技术摘要：
本发明提供的海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，通过开采平台将可燃冰开采得到的生产水和甲烷气体输送到可燃冰合成预处理系统中；经由可燃冰合成预处理系统对生产水和甲烷气体进行预处理，并输送到甲烷气体固态化装置中；甲烷气体固态化装置用于可燃冰的合成、压缩  全部
背景技术：
可燃冰，又名天然气水合物，是一种由气体分子(自然界主要为甲烷分子)  和水分 子在高压、低温环境条件下形成的一种结晶状笼型化合物，因其分布广、储量大、能量密度 高、燃烧后清洁无污染等优点被誉为21世纪最富潜力的接替能源。 专利申请(公开号为：108192684A)块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法虽然 公开了一种块状可燃冰的制备方法，但在实际应用过程中，海洋可燃冰开采远离大陆，安全 经济的将开采出来后的产品甲烷气体输运至大陆终端用户才是决定可燃冰产业化利用的 重要环节。常规的管道天然气输运方式对远洋环境存在长距离铺设管道成本高、风险大、管 道在海洋环境易腐蚀等缺点。目前远洋环境天然气储运主要是利用液化天然气技术，在开 采平台将天然气进行三脱除杂后将天然气进行液化运输。液化天然气储运需要在-162℃处 理，且输运过程中，储存容器一直保持在高压和低温环境，对输运人员和相关操作人员要求 高，且液化和净化工艺相对复杂，容易发生爆炸。
技术实现要素：
本发明为克服现有的通过液化天然气进行远洋环境天然气储运的方式，存在对输 运人员和相关操作人员要求高，且液化和净化工艺相对复杂，容易发生爆炸的技术缺陷，提 供一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统与方法。 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下： 一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统，包括开采平台、可燃冰合成预处理 系统、甲烷气体固态化装置、可燃冰存储装置和管路系统；其中： 所述开采平台用于将可燃冰分离为生产水和甲烷气体，生产水和甲烷气体经由所 述管路系统输送到所述可燃冰合成预处理系统中； 所述可燃冰合成预处理系统对生产水和甲烷气体进行预处理，并经由所述管路系 统输送到所述甲烷气体固态化装置中； 所述甲烷气体固态化装置用于可燃冰的合成、压缩固态化以及造型处理，并将处 理后的可燃冰输送到所述可燃冰存储装置中进行存储运输。 上述方案中，本发明相对于现有可燃冰储运利用甲烷气体和纯水合成可燃冰，提 出了在远洋原位环境将可燃冰开采后的生产水进行处理后与开采得到的甲烷气体合成可 燃冰，既利用了可燃冰开采的生产水再形成可燃冰时具备“记忆效应”的特点，又对可燃冰 开采的生产水进行了原位处理，避免了将生产水拉回大陆环境处理带来的高成本效应。可 实现可燃冰开采气体产业化生态储运。 其中，所述可燃冰合成预处理系统包括生产水存储装置、生产水处理装置和甲烷 5 CN 111577213 A 说　明　书 2/8 页 气体存储装置；其中： 所述生产水存储装置将生产水从所述开采平台通过所述管路系统接出并进行存 储，其与所述生产水处理装置通过所述管路系统连通，在管路系统上设置有控制阀； 所述生产水处理装置用于对存储后的生产水进行多级过滤分离和膜渗透处理，并 将处理完成的生产水接入所述甲烷气体固态化装置中； 所述甲烷气体存储装置将甲烷气体从所述开采平台通过所述管路系统接出并进 行存储，其输出口与所述甲烷气体固态化装置连接。 上述方案中，生产水存储装置一方面起到储存生产水的作用，另一方面通过静置 存储取出生产水中的泥沙，在生产水存储装置的下部设计有排泥原件；同时，在储存过程中 为了尽量保证生产水的“记忆效应”，不可温度过高，生产水存储装置外壁包裹有保温层和 水浴制冷夹套，以保证整个储存过程中，生产水的温度不高于25℃；生产水处理装置主要是 通过水处理工艺将可燃冰开采的生产水进行多级过了分离和膜渗透，去除开采过程携带的 泥沙和其它杂质，以确保处理后的生产水的水质能满足形成可燃冰的需要。甲烷气体储存 装置主要包括大型储气罐及管线系统，实现将可燃冰开采出来的甲烷气体进行储存和缓冲 的目的。 上述方案中，本系统既利用生产水的“记忆性”特点进行可燃冰的合成，又可对生 产水进行原位处理利用，避免生产水运回陆地处理增加成本。 其中，所述甲烷气体固态化装置包括快速合成可燃冰装置和可燃冰压缩及造型装 置；其中： 所述快速合成可燃冰装置包括腔体和控制电路，所述腔体内壁顶部设置有喷洒原 件，内壁底部设置有微气泡流体处理原件，内壁中部设置有促进剂喷射原件和搅拌原件；所 述腔体外壁覆盖有环壁降温爆冷系统； 所述喷洒原件、微气泡流体处理原件、促进剂喷射原件、搅拌原件和环壁降温爆冷 系统均与所述控制电路电性连接，由控制电路进行控制； 所述快速合成可燃冰装置通过所述管路系统与所述可燃冰压缩及造型装置连接； 所述可燃冰压缩及造型装置用于将所述快速合成可燃冰装置中合成的可燃冰浆 液进行过滤，根据需要形成高密度的块状或者球状可燃冰，由所述管路系统传输至所述可 燃冰存储装置。 上述方案中，快速合成可燃冰装置主要包括能将注入的处理后的生产水进行多方 向均匀的喷洒原件、将经由甲烷气体储存装置注入的甲烷气体进行微气泡流体处理原件、 注入和喷洒可燃冰形成的促进剂喷射原件、内置强化传质的搅拌原件和外覆环壁降温爆冷 系统。 上述方案中，生产水经由快速合成可燃冰装置的顶部均匀喷洒进入，同时，将甲烷 气体由甲烷气体储存装置由快速合成可燃冰装置底部引入，甲烷气体经过快速合成可燃冰 装置底部的微气泡流体处理原件分隔，然后与顶部喷洒的生产水充分混合，并且通过壁面 喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂，当可燃冰合成装置内的压力增加至设定压力范围(12- 20MPa)后，降低装置内的温度至4℃，然后启动搅拌原件，增强传质速率，进行可燃冰的合 成。搅拌模式可采取连续搅拌或者序批式搅拌模式。 上述方案中，当合成大量的可燃冰浆液后，将其从快速合成可燃冰装置引入可燃 6 CN 111577213 A 说　明　书 3/8 页 冰压缩及造型装置，降低装置内的温度为-15至-10℃范围内，随后降低装置内的压力，使其 压力范围在0.15-2MPa，可燃冰浆液在装置内被过滤掉多余的水分，然后根据需要压将过滤 后的可燃冰浆液缩成固态的球状或块状高品质可燃冰成品。 其中，所述可燃冰存储装置为多个耐压罐组成的储罐；所述储罐顶部安装有压力 计和内置有温度传感器；用于实时监测耐压罐的温度和压力。 其中，所述耐压罐顶部均设置有导管，所述导管最终合成一个管路与一个不装可 燃冰的耐压罐相连。 上述方案中，待固态高品质可燃冰合成后，装入可燃冰存储装置，在每个可燃冰储 罐的顶部预留少部分气体空间，并且将每个可燃冰储罐通过引流导管与一个与可燃冰储罐 相同的空罐连接。该空罐用来收集储运过程中不慎造成可燃冰分解释放的甲烷气体。在整 个输运过程中，应实时监测关注可燃冰储罐的温度和压力值变化，并且在可燃冰储罐内喷 洒一定量的可燃冰稳定剂。 上述方案中，本发明提出的通过在快速合成可燃冰装置内增压、降温、喷洒促进 剂、增强传质速率等方法快速合成可燃冰，然后将可燃冰浆液进行降温、减压、压缩成型，可 实现可燃冰在较低的压力环境进行长距离运输，相比液化天然气运输，有效的避免了超低 温(低于-20℃)运输的高成本支出，并且降低了液化天然气输运过程中的爆炸风险。 上述方案中，本发明提出了在可燃冰储罐中喷洒一定量的可燃冰稳定剂，可有效 的增强固态可燃冰的稳定性，避免在输运过程中由于外部环境扰动，造成可燃冰分解。并且 本发明提出了用一个空的气体储存罐与可燃冰储存罐相连接，搜集储运过程中不慎分解释 放的甲烷气体，既避免了气体释放增压带来的安全风险，又收集了气体至终端使用，可避免 整个储运过程对环境的恶劣应县，实现生态化储运。 一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的方法，包括以下步骤： S1：将开采平台分离出来的生产水和甲烷气体分别通过管路系统接入可燃冰合成 预处理系统； S2：可燃冰合成预处理系统对于生产水和甲烷气体进行预处理后进行存储，由管 路系统接入甲烷气体固态化装置中； S3：甲烷气体固态化装置将输入的甲烷气体与生产水充分混合，通过壁面喷洒一 定量的形成可燃冰的促进剂；当甲烷气体固态化装置内的压力增加至设定的易于可燃冰合 成的压力范围(12-20MPa)后，然后降低装置内的温度至4℃并进行搅拌，进行可燃冰的合 成； S4：当合成大量的可燃冰浆液后，降低甲烷气体固态化装置的温度在-15至  -10 ℃，随后降低装置内的压力，使其压力范围在0.15-2MPa，保证可燃冰稳定不分解，然后根据 需要将可燃冰浆液缩成固态的球状或块状可燃冰成品； S5：待固态的可燃冰成品合成后，装入可燃冰存储装置并对装置内的温度和压力 进行实时监测，为后续运输提供环境保障。 其中，在所述步骤S2中，所述可燃冰合成预处理系统通过生产水存储装置对生产 水进行存储静置，设置在生产水存储装置外壁的保温层和水浴制冷夹套将生产水存储装置 的温度控制在25℃以下；然后通过生产水处理装置利用水处理工艺将生产水进行多级过滤 分离和膜渗透，以得到满足可燃冰需要的水质的生产水； 7 CN 111577213 A 说　明　书 4/8 页 所述可燃冰合成预处理系统通过甲烷气体存储装置对从开采平台得到的甲烷气 体进行缓冲与储存。 上述方案中， 其中，在所述步骤S3中，甲烷气体固态化装置包括快速合成可燃冰装置和可燃冰 压缩及造型装置；其中： 所述快速合成可燃冰装置包括腔体和控制电路，所述腔体内壁顶部设置有喷洒原 件，内壁底部设置有微气泡流体处理原件，内壁中部设置有促进剂喷射原件和搅拌原件；所 述腔体外壁覆盖有环壁降温爆冷系统； 所述喷洒原件、微气泡流体处理原件、促进剂喷射原件、搅拌原件和环壁降温爆冷 系统均与所述控制电路电性连接，由控制电路进行控制； 生产水经由快速合成可燃冰装置顶部的喷洒原件均匀喷洒进入快速合成可燃冰 装置内，同时，将甲烷气体存储装置中将甲烷气体从快速合成可燃冰装置下部引入，甲烷气 体经过快速合成可燃冰装置底部的微气泡流体处理原件分隔后，与顶部喷洒的生产水充分 混合，并且通过促进剂喷射原件喷洒一定量的形成可燃冰的促进剂；当快速合成可燃冰装 置内的压力增加至易于可燃冰快速形成的压力条件(12-20MPa)后，降低装置内温度至4℃， 然后启动搅拌原件，增强传质速率，进行可燃冰合成； 在所述步骤S4中，当合成大量的可燃冰浆液后，将可燃冰浆液引入可燃冰压缩及 造型装置中，随后改变温度压力条件达，满足可燃冰能稳定存在，降低可燃冰压缩及造型装 置温度，使其设置为-15至-10℃，然后降低装置内的压力，使其保持在0.15-2MPa，可燃冰浆 液中多余的水分将被过滤，然后根据需要将过滤后的可燃冰浆液压缩成固态的球状或块状 可燃冰成品。 其中，在所述步骤S5中，待固态可燃冰合成后，装入可燃冰存储装置中，所述可燃 冰存储装置为多个耐压罐组成的储罐；在每个耐压罐的顶部预留少部分气体空间，并且将 每个储罐通过导管与一个不装可燃冰的耐压罐相连，防止甲烷气体泄漏； 在输运过程中，对装置内的温度和压力进行实时监测，为后续运输提供环境保障。 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是： 本发明提供的一种海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统与方法，利用生产水的 记忆性特点进行可燃冰的快速合成，同时，通过甲烷气体固态化装置进行可燃冰的合成、降 温、减压、压缩成型，实现了可燃冰在较低的压力环境进行长距离运输，有效的避免了超低 温运输的高成本支出，并且降低了液化天然气输运过程中的爆炸风险。 附图说明 图1为海洋可燃冰开采气体固态化储运的系统结构示意图； 图2为本发明所述方法流程示意图； 其中：1、开采平台；2、可燃冰合成预处理系统；21、生产水存储装置；22、生产水处 理装置；23、甲烷气体存储装置；3、甲烷气体固态化装置；31、快速合成可燃冰装置；32、可燃 冰压缩及造型装置；4、可燃冰存储装置；5、管路系统。 8 CN 111577213 A 说　明　书 5/8 页