Морская система транспортировки связанного водорода

Изобретение относится к транспортным системам и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, нефтегазохимической и других отраслях промышленности. Предложена морская система транспортировки связанного водорода, которая включает установку получения связанного водорода, резервуары хранения связанного водорода, погрузочный терминал с подачей в транспортные танкеры связанного водорода, транспортные танкеры, оборудованные, по крайней мере, резервуаром для перевозки связанного водорода и палубной установкой получения водорода, и трубопровод для подачи водорода из транспортного танкера на предприятие-потребитель водорода, при этом связанный водород представляет собой аммиак и/или метанол, во время перехода транспортного танкера от порта предприятия-производителя водорода до порта предприятия-потребителя водорода в качестве топлива транспортного танкера используют водород, выработанный на палубной установке получения водорода, и/или непосредственно связанный водород из резервуара для перевозки связанного водорода. Изобретение обеспечивает повышение экономической эффективности, экологичности и безопасности транспортировки водорода потребителям на большие расстояния. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Морская система транспортировки связанного водорода относится к транспортным системам и может быть использована в химической, нефтеперерабатывающей, нефтегазохимической и других отраслях промышленности.

Топливно-энергетический комплекс наравне с важнейшими задачами добычи и производства первичных энергетических ресурсов, их транспортировки и переработки в другие виды топлива и энергии ищет пути решения экологических проблем, в частности, снижения углеродного следа - выбросов в атмосферу газов, способствующих парниковому эффекту, в первую очередь - диоксида углерода. Альтернативой углеродному топливу для двигателей транспортных средств является электроэнергия и водород. Кроме того, водород - один из важнейших реагентов крупнотоннажных процессов химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслей промышленности.

В настоящее время согласно Энергетической стратегии РФ на период до 2035 г. планируется до 2024 г. обеспечить экспорт 0,2 млн т водорода, а к 2035 г. - 2 млн т (Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 г. [Электронный ресурс] URL: http://static.government.ru/media/files/w4sigFOiDjGVDYT4IgsApssm6mZRb7wx.pdf, дата обращения 16.12.2021 г). Ожидается, что к 2050 г. Российская Федерация сможет экспортировать 7,9-33,4 млн т водорода (Власти предложили транспортировать водород по трубам «Газпрома» // Прайм Агентство экономической информации, Россия сегодня, [Электронный ресурс] URL: https://1prime.ru/energy/20210414/833459139.html, дата обращения 16.12.2021 г.). Но для реализации этих планов недостаточно только увеличить мощности по производству водорода. Одной из важнейших проблем остается его транспортировка.

Известно судно для перевозки сжиженных газов, содержащее в своем корпусе грузовые отсеки, в которых размещены термоизолированные выполненные из пенобетона призматические танки сжиженного газа, внутренняя поверхность стенок которых облицована герметизирующим тонкостенным покрытием, которое выполнено из металла, обеспечивающего транспортировку сжиженного газа при криогенных температурах (патент на изобретение RU 2429156, МПК В63В 25/08, В63В 25/16 , заявлен 11.06.2010 г., опубликован 20.09.2011 г.). Недостатками изобретения являются:

• уменьшение объема танков за счет стенок из пенобетона;

• опасное снижение устойчивости судна из-за уменьшения в 7 раз его осадки при плотности сжиженного водорода 0,07 т/м3;

• непригодность для перевозки водорода из-за использования герметизирующего металлического тонкостенного покрытия стенок танков из пенобетона, поскольку при нарушении герметичности металлического покрытия вследствие водородной коррозии произойдут большие потери водорода через проницаемый пенобетон.

Известен способ транспортировки и хранения криогенных газов, в котором криогенный газ охлаждают до состояния жидкости, последнюю заливают, по крайней мере, в один бак, отделяют от окружающей среды теплоизоляцией и поддерживают при расчетных температуре и давлении за счет отбора натекающего тепла, при этом, по крайней мере, один бак с криогенной жидкостью отделяют от окружающей среды холодильной камерой, содержащей в своих стенках теплоизоляцию, а полость холодильной камеры заполняют и поддерживают при избыточном давлении нейтрального газа, не конденсирующегося при температуре криогенной жидкости (патент на изобретение RU 2334646, МПК B63B 25/16, B63J 2/14, заявлен 27.03.2007 г., опубликован 27.09.2008 г.). Недостатками изобретения являются:

• транспорт водорода в криогенных условиях, требующий рядом с транспортной сетью создания системы глубокого холода;

• необходимость использования в качестве инертного агента в холодильной камере дорогостоящего неона, который, являясь прослойкой между стенкой холодильной камеры и бака, заполненного водородом, будет способствовать нагреванию водорода за счет теплопередачи в конвективных потоках, возникающих в пространстве между холодной стенкой бака и теплой стенкой холодильной камеры, сообщающейся с окружающей средой;

• отсутствие защиты бака от водородной коррозии, что приводит к опасности разгерметизации бака.

Известно устройство для доставки углеводородов в арктическом бассейне, состоящее из танкерного модуля с эластическими емкостями для размещения углеводородов, подводного буксира с атомной энергетической установкой и движителем, а также лоцманского глайдера, с возможностью его движения впереди подводного буксира, при этом танкерный модуль устройства доставки углеводородов в арктическом бассейне содержит центральную трубу с расположенными на ней продольными перегородками, закрытыми наружной обрешеткой, с размещенными в сформированных грузовых камерах по всей длине эластичными емкостями, состоящими из наружной и внутренней оболочек из теплоизолирующего материала, вложенных одна в другую, причем все эластичные емкости с обеих сторон заканчиваются запирающими устройствами с фланцами для подсоединения к заправочному терминалу, при этом на боковых сторонах корпуса танкерного модуля расположены разнесенные по длине корпуса поворотные реверсивные электродвигатели с гребными винтами, а нижняя камера предназначена для размещения топливных элементов, вырабатывающих электроэнергию для питания исполнительных механизмов, в свободном пространстве верхней и нижней грузовых камер располагаются замкнутые балластные камеры с водяными и воздушными насосами, загрузка танкерного модуля нефтепродуктом и его разгрузка после доставки к месту назначения осуществляется в подводном положении при помощи подводных заправочных станций (патент на изобретение RU 2700518, МПК B63B 25/08, B63G 8/42, заявлен 17.04.2018 г., опубликован 17.09.2019 г.). Недостатками изобретения являются:

• выполнение операций по загрузке и разгрузке танкерного модуля в подводном положении при швартовке к соответствующим подводным заправочным станциям, реализуемое водолазным персоналом;

• рекомендуемая низкая скорость транспортировки модуля, приводящая к значительному удорожанию перевозки продукта за счет возрастания амортизационных затрат;

• рекомендуемый движитель в виде подводной лодки с атомным энергоблоком, функционирующий автоматически без обслуживающего персонала, увеличивающий риски аварийной ситуации вплоть до разрушения транспортной системы и радиоактивного заражения региона;

• неэффективное управление поворотными реверсивными электродвигателями и вентилятором транспортного модуля с лоцманского глайдера при протяженности системы глайдер-подводная лодка-транспортный модуль в несколько сот метров в условиях опасного фарватера (мелководье, подошвы торосов и др.), связанное с рисками повреждения транспортного модуля и разливом транспортируемого продукта;

• потеря части водорода при его транспортировке через эластичные оболочки грузовых камер из-за высокой проницаемости соединения.

Известен также способ производства водорода, предназначенного для хранения и транспортировки, включающий получение гидрогенизированного ароматического соединения гидрогенизацией ароматического соединения в присутствии катализатора гидрогенизации, отделение и очистку гидрогенизированного ароматического соединения из реакционной смеси; хранение и/или транспортировку результирующего гидрогенизированного ароматического соединения в качестве носителя водорода для хранения и транспортировок, дегидрогенизацию гидрогенизированного ароматического соединения в присутствии катализатора дегидрогенизации, посредством чего производится водород, в котором при гидрогенизации ароматического соединения используется реакционный газ, полученный посредством реакции риформинга, и реакции конверсии, которая регулирует концентрацию водорода от 30 до 70% об., и в процессе гидрогенизации реакция метанизации остающегося монооксида углерода в реакционном газе выполняется одновременно с реакцией гидрогенизации ароматического соединения (патент на изобретение RU 2532196, МПК C01B 3/22, С01В 3/38, заявлен 24.03.2011 г., опубликован 27.10.2014 г.). Недостатками изобретения являются:

• низкая глубина проработки способа, так как ароматическое соединение (толуол) поступает на гидрогенизацию в поток, где при существенном избытке водорода (табл. 1, поток № 5 и табл. 2, поток № 6) присутствуют почти в таком же количестве, как избыток водорода, балластные пары воды и диоксида углерода, что приводит к нахождению в зоне каталитической реакции большого количества балластных компонентов, занимающих почти две трети объема реакционной зоны, и, как следствие, к неудовлетворительной работе реактора гидрирования, увеличению его размеров и расхода катализатора;

• потери водорода со сбрасываемым диоксидом углерода (табл. 1, поток 7), составляющие почти 20% от вырабатываемого водорода.

При создании изобретения ставилась задача разработки морской системы транспортировки связанного водорода, обеспечивающей одновременно повышение экономической эффективности, экологичности и безопасности транспортировки водорода потребителям на большие расстояния.

Поставленная задача решается за счет того, что морская система транспортировки связанного водорода включает установку получения связанного водорода, резервуары хранения связанного водорода, погрузочный терминал с подачей в транспортные танкеры связанного водорода, транспортные танкеры, оборудованные, по крайней мере, резервуаром для перевозки связанного водорода и палубной установкой получения водорода, и трубопровод для подачи водорода из транспортного танкера на предприятие-потребитель водорода, при этом связанный водород представляет собой аммиак и/или метанол, во время перехода транспортного танкера от порта предприятия-производителя до порта предприятия-потребителя водорода в качестве топлива транспортного танкера используют водород, выработанный на палубной установке получения водорода, и/или непосредственно связанный водород из резервуара для перевозки связанного водорода.

Связанный водород, полученный на соответствующей установке предприятия-производителя водорода, технологически проще и дешевле по сравнению с газообразным водородом хранить и закачивать в резервуары транспортного танкера любого типа, конструктивно предназначенного для перевозки светлых нефтепродуктов и оборудованного резервуарами как для перевозки связанного водорода, так и резервуаром для хранения водорода, а, кроме того, палубной установкой получения водорода. В качестве вещества, содержащего связанный водород и достаточно легко выделяющего молекулярный водород, применяют аммиак и/или метанол, синтезированные на установке получения связанного водорода.

Водород из аммиака получают путем его термического и/или каталитического крекинга и/или путем электролиза:

2NH3→3H2+N2.

Водород из метанола получают путем его парового риформинга:

Н2О+СН3ОН→СО2+3Н2,

Рационально, чтобы производительность палубной установки получения водорода по водороду была равна или превышала потребности предприятия-потребителя водорода, тогда в ходе получения водорода при швартовке транспортного танкера в порту предприятия-потребителя водорода будет обеспечиваться его нормальная работа. Также появляется возможность создания на предприятии-потребителе водорода резервного запаса водорода, который будет поступать на переработку во время замены в порту отработавшего транспортного танкера на вновь прибывший.

В зависимости от числа и потребностей предприятий-потребителей водорода в регионе потребления водорода один транспортный танкер может последовательно и/или параллельно обеспечивать водородом несколько предприятий-потребителей водорода с невысокой потребностью в водороде.

Целесообразно транспортный танкер дополнительно оборудовать резервуаром для хранения азота в случае получения водорода на палубной установке из аммиака и/или резервуарам для хранения диоксида углерода в случае получения водорода на палубной установке из метанола. Образующиеся азот и/или диоксид углерода могут быть реализованы в качестве товарных продуктов потребителям, например, путем доставки диоксида углерода транспортным танкером к нефтяным и/или нефтегазоконденсатным и/или газовым месторождениям, расположенным в море и/или на побережье по пути движения транспортного танкера, для закачки в них диоксида углерода для повышения продуктивности месторождений за счет поддержания внутрипластового давления или для захоронения диоксида углерода в подземных хранилищах.

Целесообразно на транспортном танкере установить паровой двигатель и/или топливные водородные элементы для дополнительной вариативности работы транспортного танкера в зависимости от наличия того или иного вида топлива.

На фигуре 1 приведен один из возможных вариантов функционирования морской системы транспортировки связанного водорода, а на фигуре 2 - схема транспортного танкера для реализации данного варианта системы с использованием следующих обозначений:

1-6 - трубопроводы;

100 -предприятие-производитель водорода;

101 - установка получения связанного водорода;

200 - резервуарный парк;

201 - резервуар хранения связанного водорода;

300 - распределительный и погрузочный терминал;

400 (а) - транспортный танкер с бункеровкой аммиака;

400 (б) - транспортный танкер, перемещающий аммиак с предприятия-производителя водорода на предприятие-потребитель водорода;

400 (в) - транспортный танкер, трансформирующий аммиак в водород;

400 (г) - транспортный танкер, возвращающийся на предприятие-производитель водорода;

401 - корпус танкера;

402 - палубная система трубопроводов;

403 - многоярусная рубка;

404 - палубная установка получения водорода;

405 - машинное отделение;

406 - резервный резервуар;

407 - резервуар для хранения водорода;

408 - резервуары балластной воды;

409 - резервуар для перевозки связанного водорода;

500 - предприятие-потребитель водорода;

501 - резервуар хранения водорода;

502 - установка, использующая водород для синтеза продукта А;

503 - установка, использующая водород для синтеза продукта Б.

Морская система транспортировки связанного водорода согласно схеме на фигуре 1 функционирует следующим образом. Предприятие-производитель водорода 100 вырабатывает на установке получения связанного водорода 101 аммиак, который по трубопроводу 1 поступает в резервуар хранения связанного водорода 201 резервуарного парка 200. После швартовки в порту предприятия-производителя водорода 100 транспортного танкера выполняется бункеровка аммиака в транспортный танкер 400 (а), при этом аммиак откачивается из резервуара хранения связанного водорода 201 по трубопроводу 2 насосами распределительного и погрузочного терминала 300 (не показаны) и по трубопроводу 3 заполняет свободные резервуары для перевозки связанного водорода 409 транспортного танкера 400 (а).

После полной бункеровки аммиаком транспортного танкера 400 (а) выполняется его рейс в качестве транспортного танкера 400 (б), перемещающего аммиак с предприятия-производителя водорода 100 на предприятие-потребитель водорода 500. По прибытии в порт предприятия-потребителя 500 и швартовки транспортный танкер 400 (в) трансформирует аммиак в водород на палубной установке получения водорода 404. Водород по трубопроводу 4 поступает в резервуар хранения водорода 501 предприятия-потребителя 500 и далее направляется в качестве реагента по трубопроводам 5 и 6 на установку, использующую водород для синтеза продукта А, 502 и на установку, использующую водород для синтеза продукта, Б 503, соответственно.

Конструкция транспортного танкера 400, который перемещает связанный водород в виде аммиака, схематично приведена на фигуре 2. В дополнение к традиционно размещаемым в корпусе танкера 401 палубной системе трубопроводов 402, многоярусной рубке 403, машинному отделению 405 предусмотрена палубная установка получения водорода 404 и иная структура резервуаров по назначению. В транспортном танкере 400 большинство резервуаров служат для перевозки связанного водорода 409, кроме того предусматривается свободный резервный резервуар 406 для загрузки азота, получаемого во время работы палубной установки получения водорода 404 в порту предприятия-потребителя водорода 500, а также резервуар для хранения водорода 407, служащий ресивером и имеющий внутреннее защитное покрытие, предохраняющее стенки от водородной коррозии. На борту транспортного танкера 400 также имеются резервуары балластной воды 408 для обеспечения устойчивости судна.

В других вариантах реализации морской системы транспортировки связанного водорода на предприятии-производителе водорода 100 в качестве связанного водорода может также вырабатываться метанол дополнительно или вместо аммиака. Принципы функционирования системы при этом останутся прежними.

Таким образом, заявляемое изобретение решает задачу разработки морской системы транспортировки связанного водорода, обеспечивающей одновременно повышение экономической эффективности, экологичности и безопасности транспортировки водорода потребителям на большие расстояния.

1. Морская система транспортировки связанного водорода, включающая установку получения связанного водорода, резервуары хранения связанного водорода, погрузочный терминал с подачей в транспортные танкеры связанного водорода, транспортные танкеры, оборудованные, по крайней мере, резервуаром для перевозки связанного водорода и палубной установкой получения водорода, и трубопровод для подачи водорода из транспортного танкера на предприятие-потребитель водорода, при этом связанный водород представляет собой аммиак и/или метанол, во время перехода транспортного танкера от порта предприятия-производителя водорода до порта предприятия-потребителя водорода в качестве топлива транспортного танкера используют водород, выработанный на палубной установке получения водорода, и/или непосредственно связанный водород из резервуара для перевозки связанного водорода.

2 .Система по п. 1, отличающаяся тем, что на установке получения связанного водорода используют синтез аммиака и/или синтез метанола соответственно.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что производительность палубной установки получения водорода по водороду равна или превышает потребность предприятия-потребителя водорода.

4 .Система по п. 3, отличающаяся тем, что на палубной установке получения водорода осуществляют термический и/или каталитический крекинг аммиака, и/или электролиз аммиака, и/или паровой риформинг метанола соответственно.

5. Система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что один транспортный танкер обеспечивает водородом последовательно и/или параллельно несколько предприятий-потребителей водорода.

6. Система по п. 4, отличающаяся тем, что транспортный танкер дополнительно оборудуют резервуаром для хранения азота и/или для хранения диоксида углерода соответственно.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что транспортный танкер доставляет диоксид углерода к нефтяным, и/или нефтегазоконденсатным, и/или газовым месторождениям.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что на транспортном танкере устанавливают паровой двигатель и/или топливные водородные элементы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судостроения и касается разработки безэкипажных катеров (БЭК), целевое назначение которых меняется в зависимости от размещаемой на них полезной нагрузки. БЭК содержит съемные кормовой и носовой модули сменной полезной нагрузки.

Изобретение относится к области конструкции десантных кораблей-доков, а более конкретно к конструктивным особенностям их доковых камер. Доковая камера десантного корабля содержит стапель-палубу, которая от кормового закрытия дока до его носовой поперечной переборки выполнена с наклоном, обеспечивающим прием непосредственно в док балласта в объеме, составляющем часть от корпусных цистерн, которые могут быть заняты другими корабельными помещениями.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам обеспечения морских буровых платформ (МБП). Предложено многофункциональное судно обеспечения МБП, содержащее корпус с максимально смещенной в нос многоярусной надстройкой, в корму от которой расположена грузовая палуба со взлетно-посадочной вертолетной площадкой, корпус выполнен со сквозными проходами-коридорами, расположенными по бортам под грузовой палубой, при этом его носовой части приданы ледокольные обводы.

Изобретение относится к области грузового водного транспорта. Предложен универсальный корабль, с U-образным поперечным сечением, но плоскими бортами, днищем и кормой для перевозки различных грузов в одном и том же грузовом отсеке и транспортировки и буксировки плавающих средств, при этом на его бортах закреплены листы с резьбовыми механизмами для крепления буксируемых и транспортируемых плавучих средств, причем листы выполнены выносными за борта корабля вперед и назад, киль корабля выполнен в единичном варианте или спаренным с шарнирным закреплением к днищу корабля и реверсным механизмом выдвижения и складывания вдоль днища корабля, пневматическое универсальное перегрузочное устройство корабля включает гибкий шланг с конусной насадкой и отверстиями для псевдоожижения пылевидных грузов и выгрузки пылевидных и жидкостных грузов, а на конце насадки установлен рыхлитель материалов пропеллерного типа, приводимый в действие от струи сжатого воздуха, а также предусмотрены армированные резиновые, надуваемые сжатым воздухом, перегородки с дроссельными вставками в них и с каналами лабиринтного типа для гашения кинетической энергии грузов.

Изобретение относится к области кораблестроения и касается формирования во внутреннем пространстве корабля, а именно в кормовой его конечности, помещения, предназначенного для погрузки (выгрузки), транспортировки и использования по прямому назначению временно устанавливаемого на корабль вооружения (в том числе авиационного) и техники, а также размещения дополнительного персонала.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к транспортным судам, предназначенным для погрузки, транспортировки и выгрузки самоходной и плавающей техники и базирования летательных аппаратов. В заявляемом транспортном судне предусмотрены надстройка, расположенная в средней части, со сквозным ангаром для летательных аппаратов, имеющим доступ как со стороны вертолетной площадки, так со стороны носовой части верхней палубы и имеющим выдвижную в нос секцию, вертолетная площадка в кормовой части корабля с несколькими посадочными местами для вертолетов, свободная часть верхней палубы в носовой части, сквозной грузовой трюм, кормовое и носовое высадочные устройства.

Изобретение относится к устройствам для перемещения грузов на борту судна (корабля), а именно к устройствам, обеспечивающим вертикальное перемещение грузов между различными палубами судна (корабля). Судовой (корабельный) подъемник с одновинтовым приводом содержит грузовую платформу, выполненную с возможностью перемещения вдоль неподвижных вертикальных направляющих, привод вертикального перемещения платформы, включающий вертикально закрепленный ходовой винт с ходовой гайкой, привод ходового винта, траверсу, шарнирно соединенную с грузовой платформой и с ходовой гайкой, силовую опору ходового винта.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам для транспортировки контейнеров-цистерн для СПГ. Предложено судно для транспортировки контейнеров-цистерн для СПГ, которое содержит внутренний грузовой трюм для загрузки контейнеров-цистерн для СПГ; место загрузки/выгрузки, расположенное во внутреннем грузовом трюме и предназначенное для установки внешнего транспортного средства, выполненного с возможностью перемещения контейнера-цистерны для СПГ из внутреннего грузового трюма наружу из судна и наоборот; кран, выполненный в верхней части внутреннего грузового трюма и перемещающий контейнер в грузовом трюме; по меньшей мере одну основную раму для транспортирования, направляющую кран для перемещения в первом направлении в горизонтальной плоскости; и по меньшей мере одну вспомогательную раму для транспортирования, соединенную с основной рамой для транспортирования и направляющую кран для перемещения во втором направлении в горизонтальной плоскости, при этом второе направление пересекает первое направление.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судну (100), совмещающему функции перевозки тяжеловесных грузов и логистики и предназначенному для приема другого судна (105). Кроме того, судно (100), совмещающее функции перевозки тяжеловесных грузов и логистики, может обеспечивать логистическую поддержку для другого судна в удаленных регионах.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания средств для осуществления транспортировки, установки, снятия грузов под водой, а также для осмотра, технического обслуживания, ремонта подводных сооружений. Предложена многоцелевая подводная лодка для осуществления транспортировки, установки, снятия грузов под водой, имеющая в своем составе корпус из двух параллельно расположенных легких корпусов с расположенными внутри прочными корпусами, связанных между собой поперечными жесткими связями с образованием открытой зоны для размещения транспортируемого груза, в прочном корпусе расположены машинное отделение с энергетической установкой, помещения с вспомогательными системами и механизмами, жилые помещения и центр управления, а также имеющая балластную систему, грузоподъемные технические средства, систему фиксации грузов, систему контроля положения грузов в зоне для размещения грузов, подруливающие устройства, расположенные в носу и корме, телеуправляемые подводные аппараты.
Наверх