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 PDFInfo
- 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
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 153
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims description 17
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 130
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 21
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims abstract 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 21
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 21
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000011964 heteropoly acid Substances 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 238000005404 magnetometry Methods 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 102200118166 rs16951438 Human genes 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
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
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,
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
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
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
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
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
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
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820049C1 true RU2820049C1 (en) | 2024-05-28 |
Family
ID=
Citations (6)
| 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)
| 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 |