CN115094094A - 一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法及装置。这种方法包括:制备氢气和二氧化碳;盐穴中储存氢气和二氧化碳;氢气、二氧化碳和甲烷从盐穴排出,甲烷经过膜分离装置分级后进入管网,氢气和二氧化碳重新进入盐穴,循环反应。本发明结构简单,膜分离装置能够有效控制甲烷中氢气的含量,实现甲烷的分级利用,应用于不同方面,扩大使用范围;氢气和二氧化碳重新进入盐穴,循环反应,提高利用率。
Description
技术领域
本发明涉及氢能源技术领域,尤其是一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法及装置。
背景技术
氢气的地下储存一直以来被各国不断的探索与研究,早期是以50~60%的比例与甲烷混合制成人造煤气注入地下储库,后期也开展了纯氢气(95%氢气加3%~4%的二氧化碳)的地下储存,其中,法国、德国、英国、美国等欧美国家在氢气地下储存方面的研究与实践较多,我国在这方面的探究相对较少。当前,为应对能源危机,各国都在积极实施能源战略储备战略,地下盐穴储备库是能源战略储备工作中最重要的一环,盐岩地下储库具有储存量大、调峰速度快、安全经济等优点,如今已是国际公认的天然气及石油等战略能源最佳的地下储存场所,近年来地下盐穴储氢***建设在我国发展迅速,对我国未来氢气的储存与应用具有十分重要的指导意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术中之不足,提供一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法及装置,具体包括如下步骤:
S1、制备氢气和二氧化碳;
S2、将氢气和二氧化碳通过装有微生物培养液的盐穴,并储存在盐穴中;
S3、在微生物培养液的作用下,氢气和二氧化碳反应制得甲烷;
S4、氢气、二氧化碳和甲烷从盐穴排出,甲烷经过膜分离装置分级后进入管网,氢气和二氧化碳重新进入盐穴,循环反应。
进一步地,所述S1中氢气由电解水制得,同时电解水制得的氧气与甲烷燃烧得到二氧化碳。
一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的装置,所述装置使用上述利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法;
所述装置包括***的盐穴的排气外管和进气内管,排气外管和进气内管内外同轴设置,进气内管***微生物培养液,排气外管位于微生物培养液上方;
所述进气内管进料端连接有进料装置;排气外管出料端连接有甲烷分级装置。
进一步地,所述进料装置包括二氧化碳缓冲罐、氢气缓冲罐和压缩机,二氧化碳缓冲罐的出气管路连通有汇总管路,氢气缓冲罐的出气管路也与汇总管路连通,汇总管路与压缩机进料端连接,压缩机出料端连接有原料管路,原料管路与进气内管进料端连接;所述原料管路上依次设置有第一换热器、除水器和第三出口阀,且第一换热器靠近压缩机出料端设置
进一步地,所述二氧化碳缓冲罐的出气管路上设有第一出口阀,氢气缓冲罐的出气管路上设有第二出口阀,汇总管路上设有进气阀。
进一步地,所述甲烷分级装置包括膜分离装置,膜分离装置进料端通过盐穴出气管路与排气外管出料端连接;
所述膜分离装置出料端设有包括氢气出口、二氧化碳出口和甲烷出口,氢气出口和二氧化碳出口分别通过管路与进料装置连接,甲烷出口通过管路外排。
进一步地,所述盐穴出气管路上依次设置有第四出口阀、旋风分离器和三甘醇脱水装置,且三甘醇脱水装置靠近膜分离装置进料端设置。
进一步地,所述盐穴出气管路上还设置有减压撬和第二换热器,减压撬和第二换热器位于第四出口阀和旋风分离器之间,减压撬靠近第四出口阀设置。
本发明的有益效果是:本发明结构简单,设计合理,操作简便,具有以下优点:
(1)、膜分离装置能够有效控制甲烷中氢气的含量,实现甲烷的分级利用,应用于不同方面,扩大使用范围;氢气和二氧化碳重新进入盐穴,循环反应,提高利用率;
(2)、有效实现碳排放的控制,并能实现更高密度的能量储存;
(3)、能够实现甲烷和氢气的混存,对储存环境要求低,方便储存;另外也能将氢气存储于天然气矿井中,进一步拓宽储存方式。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的工艺图;
图2是本发明的流程图。
图中:1.二氧化碳缓冲罐,2.氢气缓冲罐,3.第一出口阀,4.第二出口阀,5.进气阀,6.压缩机,7.第一换热器,8.除水器,9.第三出口阀,10.排气外管,11.进气内管,12.盐穴,13.微生物培养液,14.第四出口阀,15.旋风分离器,16.三甘醇脱水装置,17.膜分离装置,18.减压撬,19.第二换热器。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和图2所示,一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法,具体包括如下步骤:
S1、制备氢气和二氧化碳,氢气由电解水制得,同时电解水制得的氧气与甲烷燃烧得到二氧化碳;
S2、将氢气和二氧化碳通过装有微生物培养液13的盐穴12,并储存在盐穴12中;
S3、在微生物培养液13的作用下,氢气和二氧化碳反应制得甲烷;
S4、氢气、二氧化碳和甲烷从盐穴12排出,甲烷经过膜分离装置17分级后进入管网,氢气和二氧化碳重新进入盐穴12,循环反应。
这种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的装置,包括***的盐穴12的排气外管10和进气内管11,排气外管10和进气内管11内外同轴设置,进气内管11***微生物培养液13,排气外管10位于微生物培养液13上方;进气内管11进料端连接有进料装置;排气外管10出料端连接有甲烷分级装置。
进料装置包括二氧化碳缓冲罐1、氢气缓冲罐2和压缩机6,二氧化碳缓冲罐1的出气管路连通有汇总管路,氢气缓冲罐2的出气管路也与汇总管路连通,汇总管路与压缩机6进料端连接,压缩机6出料端连接有原料管路,原料管路与进气内管11进料端连接;原料管路上依次设置有第一换热器7、除水器8和第三出口阀9,且第一换热器7靠近压缩机6出料端设置;二氧化碳缓冲罐1的出气管路上设有第一出口阀3,氢气缓冲罐2的出气管路上设有第二出口阀4,汇总管路上设有进气阀5。
甲烷分级装置包括膜分离装置17,膜分离装置17进料端通过盐穴出气管路与排气外管10出料端连接;膜分离装置17出料端设有包括氢气出口、二氧化碳出口和甲烷出口,氢气出口和二氧化碳出口分别通过管路与进料装置连接,甲烷出口通过管路外排;盐穴出气管路上依次设置有第四出口阀14、旋风分离器15和三甘醇脱水装置16,且三甘醇脱水装置16靠近膜分离装置17进料端设置;盐穴出气管路上还设置有减压撬18和第二换热器19,减压撬18和第二换热器19位于第四出口阀14和旋风分离器15之间,减压撬18靠近第四出口阀14设置。
实施例1
一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法,具体包括如下步骤:
S1、电解水制得的氢气和氧气,电解水的能源由绿电提供,环保高效;氧气进入燃气电厂,与甲烷燃烧得到二氧化碳;氢气和二氧化碳分别储存在氢气缓冲罐2和二氧化碳缓冲罐1中;
S2、氢气缓冲罐2的氢气通过第二出口阀4排出,二氧化碳缓冲罐1的二氧化碳通过第一出口阀3排出,氢气和二氧化碳进入汇总管路,然后通过进气阀5进入压缩机6;压缩机6排出氢气和二氧化碳二者的混合气体,混合气体依次经过第一换热器7、除水器8和第三出口阀9,最后由进气内管11排入微生物培养液13中,氢气和二氧化碳的混合气体储存在盐穴12中;
S3、微生物培养液13为耐盐甲烷菌,在微生物培养液13的作用下,氢气和二氧化碳反应制得甲烷;
S4、氢气、二氧化碳和甲烷由排气外管10排出,依次经过第四出口阀14、减压撬18、第二换热器19、旋风分离器15和三甘醇脱水装置16,最后进入膜分离装置17;膜分离装置17能够有效控制甲烷中氢气的含量,实现甲烷的分级利用,例如PVC/RE管道、阀门和压力调节器等兼容较高装置对氢含量的要求是30%以上;燃气轮机、压缩机和压缩天然气罐等对天然气中的氢含量要求不得高于2%;甲烷分级后进入管网,氢气和二氧化碳重新进入氢气缓冲罐2和二氧化碳缓冲罐1,循环反应。
另外,经过膜分离装置17分级的甲烷一部分进入外排管网,也有一部分进入燃气电厂参与燃烧,甲烷经过燃烧后得到二氧化碳和水,二氧化碳储存在二氧化碳缓冲罐1里,水则可以作为电解水制氢的原料。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式,各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制,所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形,而不背离发明的实质和范围。
Claims (8)
1.一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法,其特征在于:具体包括如下步骤:
S1、制备氢气和二氧化碳;
S2、将氢气和二氧化碳通过装有微生物培养液(13)的盐穴(12),并储存在盐穴(12)中;
S3、在微生物培养液(13)的作用下,氢气和二氧化碳反应制得甲烷;
S4、氢气、二氧化碳和甲烷从盐穴(12)排出,甲烷经过膜分离装置(17)分级后进入管网,氢气和二氧化碳重新进入盐穴(12),循环反应。
2.根据权利要求1所述的一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法,其特征在于:所述S1中氢气由电解水制得,同时电解水制得的氧气与甲烷燃烧后得到二氧化碳。
3.一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的装置,其特征在于:所述装置使用如权利要求1所述的利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的方法;
所述装置包括***的盐穴(12)的排气外管(10)和进气内管(11),排气外管(10)和进气内管(11)内外同轴设置,进气内管(11)***微生物培养液(13),排气外管(10)位于微生物培养液(13)上方;
所述进气内管(11)进料端连接有进料装置;排气外管(10)出料端连接有甲烷分级装置。
4.根据权利要求3所述的一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的装置,其特征在于:所述进料装置包括二氧化碳缓冲罐(1)、氢气缓冲罐(2)和压缩机(6),二氧化碳缓冲罐(1)的出气管路连通有汇总管路,氢气缓冲罐(2)的出气管路也与汇总管路连通,汇总管路与压缩机(6)进料端连接,压缩机(6)出料端连接有原料管路,原料管路与进气内管(11)进料端连接;所述原料管路上依次设置有第一换热器(7)、除水器(8)和第三出口阀(9),且第一换热器(7)靠近压缩机(6)出料端设置。
5.根据权利要求4所述的一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的装置,其特征在于:所述二氧化碳缓冲罐(1)的出气管路上设有第一出口阀(3),氢气缓冲罐(2)的出气管路上设有第二出口阀(4),汇总管路上设有进气阀(5)。
6.根据权利要求3所述的一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的装置,其特征在于:所述甲烷分级装置包括膜分离装置(17),膜分离装置(17)进料端通过盐穴出气管路与排气外管(10)出料端连接;
所述膜分离装置(17)出料端设有包括氢气出口、二氧化碳出口和甲烷出口,氢气出口和二氧化碳出口分别通过管路与进料装置连接,甲烷出口通过管路外排。
7.根据权利要求6所述的一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的装置,其特征在于:所述盐穴出气管路上依次设置有第四出口阀(14)、旋风分离器(15)和三甘醇脱水装置(16),且三甘醇脱水装置(16)靠近膜分离装置(17)进料端设置。
8.根据权利要求7所述的一种利用盐穴实现氢气甲烷化并循环利用的装置,其特征在于:所述盐穴出气管路上还设置有减压撬(18)和第二换热器(19),减压撬(18)和第二换热器(19)位于第四出口阀(14)和旋风分离器(15)之间,减压撬(18)靠近第四出口阀(14)设置。
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CN116044352A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-05-02 | 郑州大学 | 一种枯竭油气藏循环生化转换二氧化碳及热气联产方法 |
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2022
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CN116044352A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-05-02 | 郑州大学 | 一种枯竭油气藏循环生化转换二氧化碳及热气联产方法 |
CN116044352B (zh) * | 2022-12-20 | 2023-12-01 | 郑州大学 | 一种枯竭油气藏循环生化转换二氧化碳及热气联产方法 |
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