[go: up one dir, main page]

RU2820049C1 - System for recovery of carbon dioxide during methanation for ship power plant - Google Patents

System for recovery of carbon dioxide during methanation for ship power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2820049C1
RU2820049C1 RU2023133744A RU2023133744A RU2820049C1 RU 2820049 C1 RU2820049 C1 RU 2820049C1 RU 2023133744 A RU2023133744 A RU 2023133744A RU 2023133744 A RU2023133744 A RU 2023133744A RU 2820049 C1 RU2820049 C1 RU 2820049C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
methane
carbon dioxide
methanation
unit
gas
Prior art date
Application number
RU2023133744A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Теодор Георгиевич Тория
Алексей Иванович Епихин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2820049C1 publication Critical patent/RU2820049C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention can be used in systems for processing combustion products of internal combustion engines. Carbon dioxide recuperation system during methanation for a ship power plant comprises a unit for preliminary cleaning of exhaust gases using a "wet" method, carbon dioxide gas extraction unit, carbon dioxide preparation unit, hydrogen gas preparation unit, a unit for producing gaseous methane and a unit for preparing methane for storage and use for power supply of a ship internal combustion engine. Unit for exhaust gas pre-cleaning by "wet" method includes exhaust manifold (1) connected to internal combustion engine and connected to scrubber (2) for reception and humidification of exhaust gases. Outlet of scrubber (2) is connected to gas separation device (3), which is a part of gaseous carbon dioxide extraction unit. Gas separation device (3) is made with possibility of communication with compressor (4) and outlet of cleaned exhaust gases into atmosphere. Carbon dioxide preparation unit includes compressor (4) for creation of required pressure at inlet of additional cylinder for methanation. Hydrogen gas preparation unit includes reservoir (5) for storing compressed hydrogen and pressure reducing valve (6), which reduces the hydrogen pressure at the inlet of additional cylinder (7) for methanation to the pressure required for methanation. Gaseous methane production unit includes additional cylinder (7) for methanation driven by engine crankshaft through power takeoff flange (8) and drive device (9) and connected to condenser (10) for separation of methane from water vapour. Methane preparation unit for storage and use includes methane liquefaction system (11) and methane storage tank (12). Tank (12) for storage of methane is connected to fuel system of internal combustion engine and performs simultaneous supply of diesel fuel and methane in specified ratio.
EFFECT: elimination of carbon dioxide emissions during engine operation and use of produced methane as engine fuel.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к системам обработки продуктов сгорания топлива, входящего в их состав углекислого газа с целью его выделения, рекуперации путем метанирования, получения метана и его дальнейшего хранения и использования на судах в качестве топлива или запасенной энергии.The invention relates to engine building, in particular, to systems for processing fuel combustion products and carbon dioxide included in their composition for the purpose of its release, recovery by methanation, production of methane and its further storage and use on ships as fuel or stored energy.

Существуют энергетические установки замкнутого цикла на основе тепловых двигателей, работающих в режиме рециркуляции отработавших газов, в которых в качестве компоненты топлива двигателей используется искусственная газовая смесь, составленная очищенными отработанными газами. Существуют также устройства для получения технического водорода для использования его в двигателях внутреннего сгорания.There are closed-cycle power plants based on heat engines operating in exhaust gas recirculation mode, in which an artificial gas mixture composed of purified exhaust gases is used as an engine fuel component. There are also devices for producing technical hydrogen for use in internal combustion engines.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ:BACKGROUND:

По научно-технической информацииAccording to scientific and technical information

1. Гущин, П.А. Плазменно-каталитические превращения углекислого газа и метана в условиях СВЧ-разряда: специальность 05.17.07 "Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ": автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Гущин Павел Александрович. - Москва, 2008. - 26 с. - EDN MBTEZO.1. Gushchin, P.A. Plasma-catalytic transformations of carbon dioxide and methane under microwave discharge conditions: specialty 05.17.07 "Chemical technology of fuels and high-energy substances": abstract of the dissertation for the degree of candidate of technical sciences / Gushchin Pavel Aleksandrovich. - Moscow, 2008. - 26 p. - EDN MBTEZO.

Данная диссертация рассматривает плазмохимические процессы углеводородного сырья, конверсии углекислого газа на электродах, изготовленных из различных металлов и сплавов и предлагает простую в изготовлении конструкцию плазменно-каталитического реактора конверсии газов с низкой энерго- и материалоемкостью и большим ресурсом работы, однако, не предполагает улавливания углекислого газа непосредственно у источника его выбросов (потребителя углеводородного топлива, судового двигателя внутреннего сгорания), а так же не рассматривает возможности протекания реакции путем достижения необходимых условий в дополнительном цилиндре, которому сообщается механическая энергия потребителем углеводородного топлива в присутствии катализаторов на УНТ (железо, никель). Кроме того, работа упомянутой установки нацелена так же на превращения углеводородных топлив с целью получения синтез газа, что не является основной целью у системы рекуперации углекислого газа в процессе метанирования для судовых двигателей внутреннего сгорания, так как в системе достигаются условия для возобновления углеводородного топлива из продуктов сгорания (углекислого газа).This dissertation examines the plasma-chemical processes of hydrocarbon raw materials, carbon dioxide conversion on electrodes made of various metals and alloys and proposes an easy-to-manufacture design of a plasma-catalytic gas conversion reactor with low energy and material consumption and a long service life, however, does not imply carbon dioxide capture directly at the source of its emissions (hydrocarbon fuel consumer, marine internal combustion engine), and also does not consider the possibility of the reaction occurring by achieving the necessary conditions in an additional cylinder, which is provided with mechanical energy by the hydrocarbon fuel consumer in the presence of catalysts on CNTs (iron, nickel). In addition, the operation of the mentioned installation is also aimed at converting hydrocarbon fuels in order to obtain synthesis gas, which is not the main goal of the carbon dioxide recovery system during the methanation process for marine internal combustion engines, since the system achieves conditions for the renewal of hydrocarbon fuel from the products combustion (carbon dioxide).

2. Покусаева, Я.А. Гидрирование диоксида углерода на Fe-, Со- и Ni-содержащих катализаторах в газовой фазе и сверхкритических условиях: специальность 02.00.15 "Кинетика и катализ": диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук / Покусаева Яна Андреевна, 2020. - 128 с. - EDN DEDLLQ.2. Pokusaeva, Ya.A. Hydrogenation of carbon dioxide on Fe-, Co- and Ni-containing catalysts in the gas phase and supercritical conditions: specialty 02.00.15 “Kinetics and catalysis”: dissertation for the degree of candidate of chemical sciences / Pokusaeva Yana Andreevna, 2020. - 128 p. - EDN DEDLLQ.

Данная диссертация рассматривает процесс каталитического гидрирования диоксида углерода на металлах триады железа (Fe, Со, Ni), нанесенных на углеродные носители: Сибунит и углеродные нанотрубки, изучена каталитическая активность железосодержащих катализаторов в реакции водяного газа и синтезе углеводородов С1-С12, а Со- и Ni-содержащих - в реакции прямого метанирования (реакции Сабатье), продемонстрировано влияние внесения хрома в катализатор на селективное протекание реакции водяного газа в связи с отсутствием формирования фазы карбидов железа на поверхности катализаторов, влияние проведения реакции гидрирования диоксида углерода в сверхкритических условиях на селективность образования углеводородов; методом магнитометрии необходимость присутствия фазы карбида Хегга на поверхности катализатора для селективного гидрирования диоксида углерода в углеводороды. Однако в данной диссертации не предполагается процесс улавливания углекислого газа непосредственно у источника его выбросов (потребителя углеводородного топлива, судового двигателя внутреннего сгорания), а так же процессы отделения метана от образующихся водяных паров и система подготовки, хранения и дальнейшего использования метана с его последующим улавливанием и повторной рекуперацией углекислого газа с целью получения метана, характеризующегося как возобновляемое углеводородное топливо.This dissertation examines the process of catalytic hydrogenation of carbon dioxide on metals of the iron triad (Fe, Co, Ni) deposited on carbon supports: Sibunit and carbon nanotubes, the catalytic activity of iron-containing catalysts in the reaction of water gas and the synthesis of hydrocarbons C1-C12, and Co- and Ni-containing - in the direct methanation reaction (Sabatier reaction), the effect of introducing chromium into the catalyst on the selective course of the water gas reaction due to the absence of the formation of the iron carbide phase on the surface of the catalysts, the effect of carrying out the hydrogenation reaction of carbon dioxide under supercritical conditions on the selectivity of hydrocarbon formation is demonstrated ; using magnetometry, the need for the presence of a Hegg carbide phase on the surface of the catalyst for the selective hydrogenation of carbon dioxide into hydrocarbons. However, this dissertation does not assume the process of capturing carbon dioxide directly at the source of its emissions (consumer of hydrocarbon fuel, marine internal combustion engine), as well as the processes of separating methane from the resulting water vapor and a system for the preparation, storage and further use of methane with its subsequent capture and repeated recovery of carbon dioxide to produce methane, which is characterized as a renewable hydrocarbon fuel.

По патентной информацииAccording to patent information

Известен «Способ рекуперации двуокиси углерода» по патенту РФ №2402373, МПК BO1D 53/14, опубл. 12.12. 2006. В данном патенте рассматривается способ рекуперации двуокиси углерода из газовых потоков, содержащих двуокись углерода, содержит стадию абсорбции с жидкостью, стадию регенерации абсорбирующей жидкости, представленной раствором амина. Однако данный патент не предусматривает превращения углекислого газа в метан в процессе метанирования в дополнительном цилиндре, улавливаемого непосредственно у источника выбросов (потребителя углеводородного топлива, судового двигателя внутреннего сгорания), рассматривая лишь возможность регенерации абсорбирующей его жидкости для повторного улавливания.Known “Method for carbon dioxide recovery” according to RF patent No. 2402373, IPC BO1D 53/14, publ. 12.12. 2006. This patent discusses a method for the recovery of carbon dioxide from gas streams containing carbon dioxide, contains the stage of absorption with a liquid, the stage of regeneration of the absorbent liquid, represented by an amine solution. However, this patent does not provide for the conversion of carbon dioxide into methane during the methanation process in an additional cylinder, captured directly at the emission source (hydrocarbon fuel consumer, marine internal combustion engine), considering only the possibility of regenerating the liquid that absorbs it for recapture.

Известен «Способ улавливания углекислого газа из дымового газа электростанции и установка для его осуществления» по патенту РФ №2015101909, МПК BO1D 53/14, опубл. 10.08. 2016. Данный патент предусматривает улавливание углекислого газа непосредственно у источника выбросов углекислого газа (потребителя углеводородного топлива) использованием раствора амина, термическим разложением смешанного раствора, возвращением водного раствора композиционного сорбента в качестве сорбента для рециркуляции, охлаждение отделенного углекислого газа, осуществление сепарации для удаления воды и получения углекислого газа с чистотой, превышающую 99%, его осушение, сжатие и конденсация. Однако данный патент не рассматривает возможности полезного использования полученного углекислого газа в процессе метанирования в дополнительном цилиндре в присутствии температуры, давления и катализатора с целью получения при смешивании с водородом метана для его повторного использования в качестве топлива, при сгорании которого в потребителе углеводородного топлива (судовом двигателе внутреннего сгорания) возможна повторная рекуперация углекислого газа, что делает подобное углеводородное топливо возобновляемым, а его использование устраняет выбросы углекислого газа в атмосферный воздух.Known is the “Method for capturing carbon dioxide from the flue gas of a power plant and the installation for its implementation” according to RF patent No. 2015101909, IPC BO1D 53/14, publ. 10.08. 2016. This patent provides for the capture of carbon dioxide directly at the source of carbon dioxide emissions (consumer of hydrocarbon fuel) by using an amine solution, thermal decomposition of the mixed solution, returning the aqueous solution of the composite sorbent as a sorbent for recycling, cooling the separated carbon dioxide, performing separation to remove water and obtaining carbon dioxide with a purity exceeding 99%, its drying, compression and condensation. However, this patent does not consider the possibility of beneficial use of the resulting carbon dioxide during the process of methanation in an additional cylinder in the presence of temperature, pressure and a catalyst in order to obtain methane when mixed with hydrogen for its reuse as fuel, upon combustion of which in the hydrocarbon fuel consumer (marine engine internal combustion), repeated recovery of carbon dioxide is possible, which makes such hydrocarbon fuel renewable, and its use eliminates carbon dioxide emissions into the air.

Известен «Способ получения метана из атмосферного диоксида углерода» по патенту РФ №2533710, МПК С07С 9/04, С07С 1/12, B01J 23/60, B01J 20/04, B01J 20/06, опубл. 20.11.2014. Данный патент рассматривает способ получения метана из атмосферного диоксида углерода и характеризуется использованием механической смеси термически регенерируемого сорбента карбоната калия, закрепленного в порах диоксида титана, использует альтернативную возобновляемую энергию для синтеза топлив. Однако данный патент не предусматривает получение метана достижением необходимых давлений и температур в присутствии катализатора в дополнительном цилиндре, приводимом в работу приводным устройством от двигателя внутреннего сгорания, являющегося источником выбросов углекислого газа, а также возможность повторной рекуперации углекислого газа после использования полученного метана в качестве топлива в потребителе углеводородного топлива (судовом двигателе внутреннего сгорания).Known is the “Method for producing methane from atmospheric carbon dioxide” according to RF patent No. 2533710, IPC S07S 9/04, S07S 1/12, B01J 23/60, B01J 20/04, B01J 20/06, publ. November 20, 2014. This patent examines a method for producing methane from atmospheric carbon dioxide and is characterized by the use of a mechanical mixture of thermally regenerated potassium carbonate sorbent fixed in the pores of titanium dioxide, using alternative renewable energy for the synthesis of fuels. However, this patent does not provide for the production of methane by achieving the required pressures and temperatures in the presence of a catalyst in an additional cylinder driven by a drive device from an internal combustion engine, which is a source of carbon dioxide emissions, as well as the possibility of re-recovering carbon dioxide after using the resulting methane as fuel in consumer of hydrocarbon fuel (marine internal combustion engine).

Известен «Способ получения метана и его производных» по патенту РФ №2218320, МПК С07С 1/12, C10G 2/00, опубл. 10.12.2003. Данный патент рассматривает способ получения углеводородов использованием водного раствора гетерополикислоты, свинцовых или медных пластин, последующее восстановление анионного комплекса, пропусканием через раствор под давлением 700-800 мм. рт.ст. углекислого газа в концентрации не более 60% по объему до получения метана или одного из насыщенных углеводородов для получения их в промышленных объемах. Однако данный патент не рассматривает способ улавливания и отделения углекислого газа из состава отработавших газов источника выбросов углекислого газа (потребителя углеводородного топлива, судового двигателя внутреннего сгорания), не использует дополнительный цилиндр, в котором в присутствии температуры, давления и катализатора при смешивании с водородом образуется метан с возможностью его повторного использования в качестве топлива, при сгорании которого в потребителе углеводородного топлива (судовом двигателе внутреннего сгорания) возможна повторная рекуперация углекислого газа, что делает подобное углеводородное топливо возобновляемым, а его использование устраняет выбросы углекислого газа в атмосферный воздух.The “Method for producing methane and its derivatives” is known according to RF patent No. 2218320, IPC C07C 1/12, C10G 2/00, publ. 12/10/2003. This patent considers a method for producing hydrocarbons using an aqueous solution of heteropolyacid, lead or copper plates, subsequent reduction of the anionic complex by passing through the solution under a pressure of 700-800 mm. Hg carbon dioxide in a concentration of no more than 60% by volume to produce methane or one of the saturated hydrocarbons for their production in industrial quantities. However, this patent does not consider a method for capturing and separating carbon dioxide from the exhaust gases of a source of carbon dioxide emissions (a consumer of hydrocarbon fuel, a marine internal combustion engine), nor does it use an additional cylinder in which methane is formed in the presence of temperature, pressure and a catalyst when mixed with hydrogen with the possibility of its reuse as fuel, upon combustion of which in the consumer of hydrocarbon fuel (marine internal combustion engine), repeated recovery of carbon dioxide is possible, which makes such hydrocarbon fuel renewable, and its use eliminates emissions of carbon dioxide into the atmospheric air.

Перечисленные патенты решают задачи по улавливанию углекислого газа, его рекуперации, повышению эффективности процессов получения метана из углекислого газа, рекуперации углекислого газа, однако, не включают в себя одновременно ряд требуемых для решения задач, среди которых: повышение экологичности путем выделения из состава отработавших газов углекислого газа, рекуперация углекислого газа в присутствии температуры, давления и катализатора при смешивании с водородом, образование метана, его отделение от водяных паров, хранение и использование в качестве топлива для питания потребителя (судового двигателя внутреннего сгорания) с возможностью повторной рекуперации, что делает данное углеводородное топливо возобновляемым; работу двигателя внутреннего сгорания более экологически чистой, энергетически выгодной и эффективной.The listed patents solve the problems of capturing carbon dioxide, its recovery, increasing the efficiency of processes for producing methane from carbon dioxide, and recovering carbon dioxide; however, they do not simultaneously include a number of tasks required to solve them, including: increasing environmental friendliness by separating carbon dioxide from exhaust gases gas, recovery of carbon dioxide in the presence of temperature, pressure and a catalyst when mixed with hydrogen, formation of methane, its separation from water vapor, storage and use as fuel to power the consumer (marine internal combustion engine) with the possibility of repeated recovery, which makes this hydrocarbon renewable fuel; operation of the internal combustion engine is more environmentally friendly, energy-efficient and efficient.

Технической задачей предлагаемого изобретения является:The technical objective of the proposed invention is:

- повышение экологичности работы судовой энергетической установки путем выделения углекислого газа;- increasing the environmental friendliness of the ship’s power plant by releasing carbon dioxide;

- получение метана из выделенного углекислого газа и водорода и его дальнейшее использование в качестве топлива;- obtaining methane from separated carbon dioxide and hydrogen and its further use as fuel;

- повышение энергетических, экологических и экономических показателей двигателя внутреннего сгорания использованием метана, полученного в ходе рекуперации углекислого газа в процессе метанирования.- improving the energy, environmental and economic performance of an internal combustion engine using methane obtained during the recovery of carbon dioxide in the process of methanation.

Для достижения технической задачи предлагается система рекуперации углекислого газа в процессе метанирования для судовой энергетической установки, содержащая блок предварительной очистки отработавших газов, блок выделения газообразного углекислого газа, блок подготовки углекислого газа, блок подготовки газообразного водорода, блок получения газообразного метана и блок подготовки метана к хранению и использованию для питания двигателя внутреннего сгорания, при этом блок предварительной очистки отработавших газов включает соединенный с двигателем внутреннего сгорания выхлопной коллектор, соединенный со скруббером для приема и увлажнения отработавших газов, направляющий предварительно очищенные отработавшие газы в блок выделения газообразного углекислого газа, включающий газораспределительное устройство, причем газораспределительное устройство соединено с выходом в атмосферу, что позволяет выбрасывать очищенные отработавшие газы, выделенный углекислый газ поступает в блок подготовки углекислого газа, что включает в себя компрессор, доставляющий углекислый газ в дополнительный цилиндр для метанирования, блок подготовки газообразного водорода, включающий в себя резервуар для хранения сжатого водорода, редукционный клапан, понижающий давления сжатого водорода до необходимого и доставляющих водород в дополнительный цилиндр для метанирования, блок получения газообразного метана включает в себя дополнительный цилиндр для метанирования, соединенный с блоками подготовки газообразного водорода и углекислого газа, приводимый в движение от приводного устройство, причем приводное устройство соединено через фланец отбора мощности с двигателем внутреннего сгорания, и конденсатор, отделяющий метан от водяных паров после реакции метанирования, блок подготовки метана к хранению и использованию включает в себя систему сжижения метана, соединенную с резервуаром для хранения метана, причем метан из резервуара может поступать в топливную систему в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания.To achieve the technical task, a carbon dioxide recovery system in the methanation process is proposed for a ship power plant, containing an exhaust gas pre-treatment unit, a carbon dioxide gas separation unit, a carbon dioxide preparation unit, a hydrogen gas preparation unit, a methane gas production unit and a methane preparation unit for storage. and used to power an internal combustion engine, wherein the exhaust gas pre-cleaning unit includes an exhaust manifold connected to the internal combustion engine, connected to a scrubber for receiving and humidifying exhaust gases, directing the pre-cleaned exhaust gases to a carbon dioxide gas separating unit, including a gas distribution device, wherein the gas distribution device is connected to the outlet to the atmosphere, which allows purified exhaust gases to be emitted, the separated carbon dioxide enters the carbon dioxide preparation unit, which includes a compressor that delivers carbon dioxide to an additional cylinder for methanation, a hydrogen gas preparation unit, which includes a reservoir for storing compressed hydrogen, a pressure reducing valve that reduces the pressure of compressed hydrogen to the required level and delivers hydrogen to an additional cylinder for methanation, the methane gas production unit includes an additional cylinder for methanation, connected to blocks for preparing gaseous hydrogen and carbon dioxide, driven by a drive a device, wherein the drive device is connected through a power take-off flange to the internal combustion engine, and a condenser that separates methane from water vapor after the methanation reaction, the methane preparation unit for storage and use includes a methane liquefaction system connected to a methane storage tank, wherein the methane from the reservoir can enter the fuel system as fuel for the internal combustion engine.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТTECHNICAL RESULT

Технический результат заключается в получении метана из углекислого газа, входящего в состав отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, путем его рекуперации, что полностью устраняет выбросы углекислого газа при работе двигателей внутреннего сгорания судовой энергетической установки и позволяет использовать полученный метан в качестве топлива с возможностью повторной рекуперации углекислого газа в дополнительном цилиндре до метана в процессе метанирования.The technical result consists in producing methane from carbon dioxide, which is part of the exhaust gases of an internal combustion engine, by recovering it, which completely eliminates carbon dioxide emissions during the operation of internal combustion engines of a ship power plant and allows the resulting methane to be used as fuel with the possibility of repeated recovery of carbon dioxide gas in an additional cylinder to methane during the methanation process.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Сущность изобретения заключается в том, что производят рекуперацию углекислого газа в процессе метанирования с целью получения метана из отработавших газов судовой энергетической установки: использование как рекуперационный процесс и использование газовой составляющей смеси - углекислого газа. Конструктивное решение предлагаемой системы обеспечивает экологическую очистку отработавших газов, разделение газовой смеси на очищенные отработавшие газы и углекислый газ, его трансфер к компрессору и после вместе с газообразным водородом к дополнительному цилиндру, способному образовывать метан, и его последующему использованию полученного метана в качестве топлива для питания потребителей углеводородного топлива (двигателей внутреннего сгорания) с возможностью повторной рекуперации углекислого газа из состава отработавших газов, образовавшихся при сгорании полученного метана.The essence of the invention lies in the fact that carbon dioxide is recovered in the process of methanation in order to obtain methane from the exhaust gases of a ship's power plant: use as a recovery process and the use of the gas component of the mixture - carbon dioxide. The design solution of the proposed system provides environmental purification of exhaust gases, separation of the gas mixture into purified exhaust gases and carbon dioxide, its transfer to the compressor and then, together with gaseous hydrogen, to an additional cylinder capable of forming methane, and its subsequent use of the resulting methane as fuel for power supply. consumers of hydrocarbon fuels (internal combustion engines) with the possibility of repeated recovery of carbon dioxide from the exhaust gases formed during the combustion of the resulting methane.

Установка имеет в своем составе двигатель внутреннего сгорания, выхлопной коллектор, скруббер, газоразделительное устройство, компрессор, резервуар для сжатого водорода, редукционный клапан, дополнительный цилиндр для метанирования, конденсатор, система сжижения метана, резервуар для хранения метана.The installation includes an internal combustion engine, an exhaust manifold, a scrubber, a gas separation device, a compressor, a tank for compressed hydrogen, a pressure reducing valve, an additional cylinder for methanation, a condenser, a methane liquefaction system, and a methane storage tank.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.The essence of the invention is illustrated by graphic material.

На рисунке изображена принципиальная схема системы.The figure shows a schematic diagram of the system.

Блок предварительной очистки отработавших газов содержит соединенный с двигателем внутреннего сгорания выхлопной коллектор 1, направляющий в скруббер 2 для приема предварительной очистки отработавшие газы.The exhaust gas pre-cleaning unit contains an exhaust manifold 1 connected to the internal combustion engine, which directs exhaust gases to the scrubber 2 for receiving pre-cleaning exhaust gases.

Блок выделения газообразного углекислого газа включает газоразделительное устройство 3, способное отделить углекислый газ из состава отработавших газов, причем очищенные отработавшие газы направляются на выход в атмосферу.The carbon dioxide gas separation unit includes a gas separation device 3 capable of separating carbon dioxide from the exhaust gases, and the purified exhaust gases are sent to the atmosphere.

Блок подготовки углекислого газа включает компрессор 4, направляющий полученный ранее углекислый газ в дополнительный цилиндр для метанирования.The carbon dioxide preparation unit includes a compressor 4, which directs the previously obtained carbon dioxide into an additional cylinder for methanation.

Блок подготовки газообразного водорода включает резервуар для хранения сжатого водорода 5, соединенный с редукционным клапаном 6.The hydrogen gas preparation unit includes a compressed hydrogen storage tank 5 connected to a pressure reducing valve 6.

Блок получения газообразного метана включает в себя цилиндр для метанирования 7, сообщающийся с конденсатором 10, соединенный с приводным устройством 9, сообщающимся с фланцем отбора мощности 8.The methane gas production unit includes a methanation cylinder 7, communicating with a condenser 10, connected to a drive device 9, communicating with a power take-off flange 8.

Блок подготовки метана к хранению и использованию включает в себя систему сжижения метана 11, резервуар для хранения метана 12, сообщающийся с топливной системой, направляющей метан к двигателю внутреннего сгорания.The methane preparation unit for storage and use includes a methane liquefaction system 11, a methane storage tank 12 communicating with the fuel system that directs methane to the internal combustion engine.

РАБОТА СИСТЕМЫSYSTEM OPERATION

Судовой двигатель внутреннего сгорания в ходе своей эксплуатации производит отработавшие газы, которые направляются по выхлопному коллектору 1 в скруббер 2, где происходит барботирование их и очистка, после предварительно очищенные отработанные газы направляются в газоразделительное устройство 3, производящее отделение углекислого газа из состава отработавших газов, после чего отработавшие газы, очищенные от вредных веществ и углекислого газа направляются на выход в атмосферу, а углекислый газ поступает в компрессор 4, откуда направляется в дополнительный цилиндр для метанирования 7. Водород из резервуара для хранения сжатого водорода 5 поступает на редукционный клапан, понижая давления до необходимого, после чего поступает в дополнительный цилиндр для метанирования 7 вместе с углекислым газом. В дополнительном цилиндре 7, приводимом в работу приводным устройством 9, получающем энергию с фланца отбора мощности 8 двигателя внутреннего сгорания, в присутствии температуры, давления и катализатора происходит образование метана и воды, разделяемых в конденсаторе 10. После отделения метана от воды он поступает в систему сжижения метана 11, где происходит его сжижения с целью последующего хранения в резервуаре для хранения метана 12, откуда он может поступать в топливную систему двигателя для его питания в качестве основного или дополнительного топлива. Углекислый газ, образовавшийся при сгорании метана вновь проходит рекуперацию до метана в процессе метанирования.During its operation, a marine internal combustion engine produces exhaust gases, which are sent through the exhaust manifold 1 to the scrubber 2, where they are bubbling and cleaned, after which the pre-cleaned exhaust gases are sent to the gas separation device 3, which separates carbon dioxide from the exhaust gases, after whereby exhaust gases, cleared of harmful substances and carbon dioxide, are sent to the atmosphere, and carbon dioxide enters compressor 4, from where it is sent to an additional cylinder for methanation 7. Hydrogen from the compressed hydrogen storage tank 5 is supplied to the pressure reducing valve, reducing the pressure to necessary, after which it enters an additional methanation cylinder 7 along with carbon dioxide. In the additional cylinder 7, driven by the drive device 9, which receives energy from the power take-off flange 8 of the internal combustion engine, in the presence of temperature, pressure and catalyst, methane and water are formed, separated in the condenser 10. After separating the methane from the water, it enters the system methane liquefaction 11, where it is liquefied for the purpose of subsequent storage in a methane storage tank 12, from where it can enter the engine fuel system to power it as the main or additional fuel. Carbon dioxide formed during the combustion of methane is again recovered to methane in the process of methanation.

Claims (1)

Система рекуперации углекислого газа в процессе метанирования для судовой энергетической установки, содержащая блок предварительной очистки отработавших газов «мокрым» способом, блок выделения газообразного углекислого газа, блок подготовки углекислого газа, блок подготовки газообразного водорода, блок получения газообразного метана и блок подготовки метана к хранению и использованию для энергопитания судового двигателя внутреннего сгорания, при этом блок предварительной очистки отработавших газов «мокрым» способом включает соединенный с двигателем внутреннего сгорания выхлопной коллектор, соединенный со скруббером для приема и увлажнения отработавших газов, выход которого соединен с газоразделительным устройством, блок выделения газообразного углекислого газа включает газоразделительное устройство, установленное с возможностью сообщения с компрессором и выходом очищенных отработавших газов в атмосферу, блок подготовки углекислого газа включает компрессор для создания необходимого давления на впуске в дополнительный цилиндр для метанирования, блок подготовки газообразного водорода включает резервуар для хранения сжатого водорода, редукционный клапан, понижающий давление водорода на входе в дополнительный цилиндр для метанирования до необходимого для метанирования, блок получения газообразного метана включает дополнительный цилиндр для метанирования, приводимый в движение коленчатым валом двигателя через фланец отбора мощности и приводное устройство и соединяемый с конденсатором для отделения метана от водяного пара, блок подготовки метана к хранению и использованию включает систему сжижения метана и резервуар для хранения метана, причем резервуар для хранения метана связан с топливной системой двигателя внутреннего сгорания и осуществляет одновременную подачу дизельного топлива и метана в установленном соотношении.A carbon dioxide recovery system in the methanation process for a ship power plant, containing a unit for preliminary purification of exhaust gases using a “wet” method, a unit for separating carbon dioxide gas, a carbon dioxide preparation unit, a hydrogen gas preparation unit, a methane gas production unit and a methane preparation unit for storage and used for power supply of a marine internal combustion engine, wherein the unit for preliminary purification of exhaust gases using the “wet” method includes an exhaust manifold connected to the internal combustion engine, connected to a scrubber for receiving and humidifying exhaust gases, the output of which is connected to a gas separation device, a unit for releasing carbon dioxide gas includes a gas separation device installed with the possibility of communication with the compressor and the release of purified exhaust gases into the atmosphere, the carbon dioxide preparation unit includes a compressor to create the necessary pressure at the inlet into the additional cylinder for methanation, the hydrogen gas preparation unit includes a tank for storing compressed hydrogen, a pressure reducing valve, reducing the hydrogen pressure at the inlet to the additional methanation cylinder to that required for methanation, the methane gas production unit includes an additional methanation cylinder driven by the engine crankshaft through the power take-off flange and drive device and connected to a condenser for separating methane from water vapor, the block preparing methane for storage and use includes a methane liquefaction system and a methane storage tank, wherein the methane storage tank is connected to the fuel system of the internal combustion engine and simultaneously supplies diesel fuel and methane in a set ratio.
RU2023133744A 2023-12-12 System for recovery of carbon dioxide during methanation for ship power plant RU2820049C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2820049C1 true RU2820049C1 (en) 2024-05-28

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000063295A (en) * 1998-08-21 2000-02-29 Sony Corp Method for hydrogenating multiple bond molecules, method for producing methane, and hydrogenation catalyst
RU2218320C1 (en) * 2002-08-30 2003-12-10 Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" Method to produce methane and its derivants
WO2004082809A1 (en) * 2003-03-20 2004-09-30 Bp Exploration Operating Company Limited Process for removal of acid gases
RU2402373C2 (en) * 2005-12-12 2010-10-27 Басф Се Method of recovering carbon dioxide
RU2460570C2 (en) * 2006-05-03 2012-09-10 Сэйбертек Эл.Эл.Си. Method and device for reduction of gaseous wastes emission
RU2804672C1 (en) * 2023-03-29 2023-10-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" System for integrated recycling of exhaust gases from ship's power plant

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000063295A (en) * 1998-08-21 2000-02-29 Sony Corp Method for hydrogenating multiple bond molecules, method for producing methane, and hydrogenation catalyst
RU2218320C1 (en) * 2002-08-30 2003-12-10 Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" Method to produce methane and its derivants
WO2004082809A1 (en) * 2003-03-20 2004-09-30 Bp Exploration Operating Company Limited Process for removal of acid gases
RU2402373C2 (en) * 2005-12-12 2010-10-27 Басф Се Method of recovering carbon dioxide
RU2460570C2 (en) * 2006-05-03 2012-09-10 Сэйбертек Эл.Эл.Си. Method and device for reduction of gaseous wastes emission
RU2804672C1 (en) * 2023-03-29 2023-10-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" System for integrated recycling of exhaust gases from ship's power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394754C1 (en) Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon material
US9371755B2 (en) Membrane separation method and system utilizing waste heat for on-board recovery and storage of CO2 from motor vehicle internal combustion engine exhaust gases
RU2561755C2 (en) Operating method and system of gas-turbine plant
GB2540798A (en) Method of recaiming and utilizing water and carbon dioxide from the exhaust system of an internal combustion engine to achieve a near zero greenhouse gas
WO2016076041A1 (en) Co2 recovery device of internal combustion engine
CN103111172B (en) System and method for waste heat recovery and exhaust gas treatment of ship main engine
CN113877397B (en) Non-complete regeneration method for carbon dioxide zero-emission catalytic cracking
CN115350574B (en) Gas heat function recovery and carbon capture comprehensive utilization method and device
RU2820049C1 (en) System for recovery of carbon dioxide during methanation for ship power plant
CN219815797U (en) Ship CO capable of being flexibly arranged 2 Trapping system
CN112983689A (en) Vehicle-mounted methanol and/or ethanol hydrogen production device based on engine tail gas preheating
CN116036829A (en) A system and working method for reducing carbon dioxide by using peak shaving and abandoning electricity to produce hydrogen and reduce carbon dioxide
CN103353207B (en) Device for purifying methane liquid from purified landfill gas
WO2017183388A1 (en) Internal combustion engine
CN216320988U (en) Carbon dioxide pressurization recycling device of combined alkali preparation process
JP7524609B2 (en) Hydrocarbon production system and method
US11242785B2 (en) Process to capture SOx onboard vehicles and ships
CN119508793B (en) Comprehensive utilization and energy recovery method and device for carbon capture
CN109679675B (en) Method and system for producing low-carbon olefin by using semi-coke tail gas
CN119499848B (en) Gas oxidation treatment and carbon capture comprehensive utilization method and device
KR20230061125A (en) Exhaust gas pre-treatment device and power generating system having apparatus for reducing CO2
CN116906230B (en) A method and device for improving the fuel economy of a methanol engine
CN221108197U (en) Production system of methyl alcohol
CN116605398B (en) Zero carbon emission's boats and ships SOFC/GT/SCO2Hybrid power system
CN221822122U (en) System for preparing methanol and acetic acid and coproducing LNG (liquefied Natural gas) by using blast furnace gas and coke oven gas