專利名稱：一種開(kāi)采深?？扇急难b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種開(kāi)采深?？扇急姆椒ê脱b置，特別涉及一種利用超臨界水氧化法開(kāi)采深?？扇急姆椒?，屬于能源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可燃冰，學(xué)名天然氣水合物，是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類(lèi)冰狀的結(jié)晶物質(zhì)，分布于深海沉積物中?？扇急屑淄檎?0%-99. 9%，可直接點(diǎn)燃，燃燒值高，清潔無(wú)污染?？扇急恼Q生至少要滿足三個(gè)條件第一是溫度不能太高，如果溫度高于20°C，它就會(huì)“煙消云散”，所以，深海的溫度最適合可燃冰的形成；第二是壓力要足夠大，深海越深 壓力就越大，可燃冰也就越穩(wěn)定；第三是要有甲烷氣源，深海古生物尸體的沉積物，被細(xì)菌分解后會(huì)產(chǎn)生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，僅僅在深海區(qū)域，可燃冰的分布面積就達(dá)4000萬(wàn)平方公里，占地球海洋總面積的I / 4。目前，世界上已發(fā)現(xiàn)的可燃冰分布區(qū)多達(dá)116處，其礦層之厚、規(guī)模之大，是常規(guī)天然氣田無(wú)法相比的。僅僅是現(xiàn)在探明的可燃冰儲(chǔ)量，就比全世界煤炭、石油和天然氣加起來(lái)的儲(chǔ)量還要多幾倍?？扇急使虘B(tài)，不會(huì)像石油開(kāi)采那樣自噴流出。如果把它從深海一塊塊搬出，在從深海到海面的運(yùn)送過(guò)程中，甲烷就會(huì)揮發(fā)殆盡，同時(shí)還會(huì)給大氣造成巨大危害。為了獲取這種清潔能源，世界各國(guó)都在研究可燃冰的開(kāi)采方法。目前的開(kāi)采方案主要有三種。方案一是熱解法。利用“可燃冰”在加溫時(shí)分解的特性，使其由固態(tài)分解出甲烷蒸氣。但此方法難處在于不好收集。方案二是降壓法。有科學(xué)家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應(yīng)使其分解。方案三是“置換法”。將二氧化碳注射入深海的甲烷水合物儲(chǔ)層，因二氧化碳較之甲烷易于形成水合物，因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子“擠走”，從而將其置換出來(lái)。但它們都面臨著和熱解法同樣布設(shè)管道并高效收集的問(wèn)題。目前，國(guó)際上對(duì)于可燃冰的開(kāi)采只處于研究和試驗(yàn)階段。超臨界水氧化法是在超過(guò)水的臨界溫度374°C和臨界壓力22. IMPa的高溫高壓條件下，以空氣或其他氧化劑，將有機(jī)物或還原性無(wú)機(jī)物在水相中“燃燒”氧化的方法。超臨界水具有類(lèi)似液體的密度、溶解能力和良好的流動(dòng)性，同時(shí)又具有類(lèi)似氣體的擴(kuò)散系數(shù)和低黏度。在超臨界水中，氣液兩相的相界面消失，有機(jī)物及氧氣在超臨界水中完全混溶，形成均一相體系，反應(yīng)速度大大加快。大量實(shí)踐證明，在很短的反應(yīng)停留時(shí)間內(nèi)，99. 99%以上的有機(jī)物迅速燃燒氧化成二氧化碳、水和其他無(wú)毒無(wú)害的終端產(chǎn)物。整個(gè)燃燒過(guò)程，產(chǎn)生大量的熱，在滿足自身反應(yīng)所需熱量的前提下，還有大部分熱量可供利用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種開(kāi)采深?？扇急姆椒ê脱b置，解決可燃冰開(kāi)采過(guò)程中甲烷逸出無(wú)法收集的問(wèn)題，利用超臨界水氧化法將可燃冰在深海就地氧化，放出熱量加熱水用來(lái)發(fā)電，為深?？扇急拈_(kāi)采提供新的思路。[0008]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為一種開(kāi)采深?？扇急难b置，包括位于海底的內(nèi)外壓力平衡的超臨界水氧化反應(yīng)器，超臨界水氧化反應(yīng)器通過(guò)深海氧氣加熱器與氧氣加壓泵及氧氣制備裝置相連，超臨界水氧化反應(yīng)器的下部連有可燃冰給料裝置和點(diǎn)火裝置，超臨界水氧化反應(yīng)器的頂端連接深海蒸汽加熱器，深海蒸汽加熱器的熱汽出口與海平面以上的汽輪機(jī)相連，汽輪機(jī)連接發(fā)電機(jī)，深海蒸汽加熱器的底部通過(guò)氣液分離器、蒸發(fā)水泵、深海蒸發(fā)水加熱器與超臨界水氧化反應(yīng)器相通。所述的汽輪機(jī)同時(shí)通過(guò)凝汽器、凝結(jié)水泵將凝結(jié)水通入低壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，低壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)通過(guò)除氧器、高壓水泵連接高壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，高壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)與深海蒸汽加熱器相通。 所述的氣液分離器出水口有一路與除氧器相連。所述的超臨界水氧化反應(yīng)器的底部與深海氧氣加熱器相連。本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于(I)將可燃冰在深海超臨界水狀態(tài)下氧化，利用氧化放熱來(lái)發(fā)電，避免了將可燃冰運(yùn)至海平面以上的過(guò)程中的揮發(fā)，消除環(huán)境隱患；(2)反應(yīng)器內(nèi)最初反應(yīng)的啟動(dòng)熱由外界熱源供應(yīng)，氧化反應(yīng)開(kāi)始后實(shí)現(xiàn)自給熱量供應(yīng)；氧氣由反應(yīng)器底部排出的含鹽水預(yù)熱；降溫后的氧化反應(yīng)產(chǎn)物，其中一部分被引至海平面以上，將水與二氧化碳及其他不凝氣體分離，得到淡水，除供應(yīng)蒸發(fā)水以形成反應(yīng)器內(nèi)壁的水膜及系統(tǒng)工藝水補(bǔ)給外，還可用于生活用水，大部分反應(yīng)產(chǎn)物直接排放于深海，二氧化碳以液態(tài)形式存在，能量的利用率高，基本無(wú)損耗；(3)在深海的反應(yīng)器和蒸汽加熱器，內(nèi)外壓力均為超臨界，可不采用耐高壓的材質(zhì)，降低了材質(zhì)的選擇要求。

圖I為本實(shí)用新型裝置圖；其中，1.可燃冰給料裝置、2.超臨界水氧化反應(yīng)器、3.氧氣制備裝置、4.氧氣加壓泵、5.深海氧氣加熱器、6.深海蒸汽加熱器，7深海蒸發(fā)水加熱器、8、蒸發(fā)水泵、9.氣液分離器、10.汽輪機(jī)、11.發(fā)電機(jī)、12.凝汽器、13.凝結(jié)水泵、14.低壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)、15.除氧器、16.高壓水泵、17.高壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，18點(diǎn)火裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明。一種開(kāi)采深?？扇急难b置，包括位于海底的內(nèi)外壓力平衡的超臨界水氧化反應(yīng)器2，超臨界水氧化反應(yīng)器2通過(guò)深海氧氣加熱器5與氧氣加壓泵4及氧氣制備裝置3相連，超臨界水氧化反應(yīng)器2的下部連有可燃冰給料裝置I和點(diǎn)火裝置18，超臨界水氧化反應(yīng)器2的頂端連接深海蒸汽加熱器6，深海蒸汽加熱器6的熱汽出口與海平面以上的汽輪機(jī)10相連，汽輪機(jī)10連接發(fā)電機(jī)11，深海蒸汽加熱器6的底部通過(guò)氣液分離器9、蒸發(fā)水泵8、深海蒸發(fā)水加熱器7與超臨界水氧化反應(yīng)器2相通。汽輪機(jī)10同時(shí)通過(guò)凝汽器12、凝結(jié)水泵13將凝結(jié)水通入低壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)14，低壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)14通過(guò)除氧器15、高壓水泵16連接高壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)17，高壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)17與深海蒸汽加熱器6相通。氣液分離器9出水口有一路與除氧器15相連。超臨界水氧化反應(yīng)器2的底部與深海氧氣加熱器5相連。以海平面下2250m為例，對(duì)此實(shí)用新型的方法進(jìn)行說(shuō)明在海平面下2250m設(shè)置超臨界水氧化反應(yīng)器2，基于內(nèi)外壓力平衡，將可燃冰通過(guò)可燃冰給料裝置I輸送至超臨界水氧化反應(yīng)器2內(nèi)。氧氣在海平面以上通過(guò)氧氣制備裝置3獲得，利用氧氣加壓泵4增壓，氧氣壓力與超臨界水氧化反應(yīng)器所處位置的壓力基本相同(高于22. IMPa)，利用超臨界水氧化反應(yīng)器底部排出的鹽水，通過(guò)深海氧氣加熱器5預(yù)熱后進(jìn)入超臨界水氧化反應(yīng)器2內(nèi)部。最初反應(yīng)的啟動(dòng)熱由外界熱源供應(yīng)，如點(diǎn)火裝置18，氧化反應(yīng)開(kāi)始后可實(shí)現(xiàn)自給熱量供應(yīng)。氧化反應(yīng)后的產(chǎn)物主要為二氧化碳和水及少部分不凝氣體，攜帶熱量，通過(guò)深海蒸汽加熱器6將由海平面以上供給的汽輪10排汽凝結(jié)水(高于22. 5MPa)加熱。氧化反應(yīng)產(chǎn)物降溫后，將其中一部分引至海面，通過(guò)氣液分離器9進(jìn)行氣液分離，凝結(jié)水中不含鹽分，其中一部分通過(guò)蒸發(fā)水泵8打入深海蒸發(fā)水加熱器7進(jìn)行預(yù)熱， 然后進(jìn)入超臨界水氧化反應(yīng)器2，在內(nèi)壁形成一層亞臨界水膜，用于保護(hù)反應(yīng)器壁；另一部分作為補(bǔ)給水進(jìn)入除氧器15，進(jìn)入系統(tǒng)；剩余凝結(jié)水作為生活用水。大部分氧化產(chǎn)物預(yù)熱蒸發(fā)水后排入海中，二氧化碳以液態(tài)形式存在。汽輪機(jī)排汽經(jīng)過(guò)凝汽器冷凝為凝結(jié)水，由凝結(jié)水泵13打入低壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)14中預(yù)熱，聯(lián)同補(bǔ)給水通過(guò)除氧器15后進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)高壓水泵16加壓至高于22. 5MPa后，進(jìn)入高壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)17繼續(xù)加熱，其中海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)由汽輪機(jī)抽汽提供熱源。經(jīng)過(guò)多級(jí)加熱的水進(jìn)入深海通過(guò)深海蒸汽加熱器6加熱至540°C，進(jìn)入汽輪機(jī)10帶動(dòng)發(fā)電機(jī)11發(fā)電。
權(quán)利要求1.一種開(kāi)采深?？扇急难b置，其特征是，包括位于海底的內(nèi)外壓力平衡的超臨界水氧化反應(yīng)器，超臨界水氧化反應(yīng)器通過(guò)深海氧氣加熱器與氧氣加壓泵及氧氣制備裝置相連，超臨界水氧化反應(yīng)器的下部連有可燃冰給料裝置和點(diǎn)火裝置，超臨界水氧化反應(yīng)器的頂端連接深海蒸汽加熱器，深海蒸汽加熱器的熱汽出口與海平面以上的汽輪機(jī)相連，汽輪機(jī)連接發(fā)電機(jī)，深海蒸汽加熱器的底部通過(guò)氣液分離器、蒸發(fā)水泵、深海蒸發(fā)水加熱器與超臨界水氧化反應(yīng)器相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開(kāi)采深海可燃冰的裝置，其特征是，所述的汽輪機(jī)同時(shí)通過(guò)凝汽器、凝結(jié)水泵將凝結(jié)水通入低壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，低壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)通過(guò)除氧器、高壓水泵連接高壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，高壓海面汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)與深海蒸汽加熱器相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開(kāi)采深?？扇急难b置，其特征是，所述的氣液分離器出水口有一路與除氧器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開(kāi)采深海可燃冰的裝置，其特征是，所述的超臨界水氧化反應(yīng)器的底部與深海氧氣加熱器相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種開(kāi)采深?？扇急难b置，包括位于海底的內(nèi)外壓力平衡的超臨界水氧化反應(yīng)器，超臨界水氧化反應(yīng)器通過(guò)深海氧氣加熱器與氧氣加壓泵及氧氣制備裝置相連，超臨界水氧化反應(yīng)器的下部連有可燃冰給料裝置和點(diǎn)火裝置，超臨界水氧化反應(yīng)器的頂端連接深海蒸汽加熱器，深海蒸汽加熱器的熱汽出口與海平面以上的汽輪機(jī)相連，汽輪機(jī)連接發(fā)電機(jī)，深海蒸汽加熱器的底部通過(guò)氣液分離器、蒸發(fā)水泵、深海蒸發(fā)水加熱器與超臨界水氧化反應(yīng)器相通。本實(shí)用新型裝置將可燃冰在深海超臨界水狀態(tài)下氧化，利用氧化放熱來(lái)發(fā)電，避免了將可燃冰運(yùn)至海平面以上的過(guò)程中的揮發(fā)，消除環(huán)境隱患。
文檔編號(hào)E21B43/01GK202755954SQ201220411720
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者馬春元, 陳桂芳, 陳守燕, 張鳳鳴, 徐純燕, 張勇 申請(qǐng)人:山東大學(xué)