【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氢能源应用，尤其是涉及海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统及方法。
技术介绍
1、近年来，随着天然气消费量的快速增长，对外依存度也相应增长。天然气在国家能源战略中起到关键作用，为应对气候变化，加快海上天然气的开发利用，是符合我国情的能源转型发展方向。
2、我国海域范围内拥有丰富的油气资源，其中南海天然气资源储备量大，是我国天然气产业发展的重要保障。然而，南海的天然气中含有高浓度的二氧化碳，其相应组成与内陆地区的天然气有着明显不同。南海典型气田的二氧化碳含量普遍为20％～80％，这类含有二氧化碳的天然气常被称为富碳天然气，一般需要脱除二氧化碳后供给生产和生活使用。倘若对南海富碳天然气进行传统方式的开发利用，必将造成大量温室气体排放，不利于碳减排，因此亟需发展富碳天然气利用的新技术，支撑我国海洋油气产业高质量发展。
3、根据商业天然气的输送要求，天然气中二氧化碳含量≤2％，液化天然气中二氧化碳含量≤0.2％；南海海域气田开采出的天然气中二氧化碳含量普遍较高，必须进行二氧化碳脱出处理后，才可以进一步输送和使用。
4、现有技术中，都是从天然气中物理分离出二氧化碳，再进行后续转化才避免碳排放，且采用方法所使用到的塔器在空间受限的海上平台难以实现。
5、随着世界各国对气候变化、生态环境和能源安全等问题的日益重视，重点发展可再生能源成了各国能源发展的一致方向。海上风电资源发达，利用风电余电电制水制氢将风力发出的电直接通过电解水制氢设备将电能转化为氢气和热能，通过二氧化碳加氢实
6、风能是一种取之不尽而又没有污染的能源，但其间歇性和波动性特征导致风电也呈现随机和波动状态。储能技术具有动态吸收能量并适时平稳释放的特点，能有效弥补风电间歇性、波动性的缺点，提升发电的可控性和稳定性水平。
7、氢作为一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、可存储、可再生、应用场景丰富的二次能源，作为炼化企业加氢装置氢源，是推动传统化石能源清洁高效利用的重要物质。
8、现如今，绿氢能源发展迅速，炼化企业正在实施碳减排。利用风电余电电制水制氢在海上实现二氧化碳甲烷化，可以实现大规模二氧化碳减排和利用。
9、因此，本领域需要开发一种海上风电制氢储能与海上二氧化碳加氢系统和方法，将风能和氢能相结合来实现富碳天然气转化与大规模二氧化碳减排和利用。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是提供海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统及方法；该系统及方法能够有效的利用海上风电余电，同时解决富碳天然气开采问题，实现二氧化碳甲烷化。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，包括海上风力发电装置，所述海上风力发电装置的输出端连接汇集站的输入端，所述汇集站的输出端连接低压ac-dc变换系统的输入端，所述低压ac-dc变换系统的输出端连接电池储能系统的充电接口及电解水制氢系统的电源接口，海水淡化系统产生的纯水与二氧化碳加氢反应装置的生成水供给所述电解水制氢系统使用，所述电解水制氢系统的氧气出口连接储氧系统，所述电解水制氢系统的氢气出口连接所述二氧化碳加氢反应装置，所述电池储能系统的输出端连接所述二氧化碳加氢反应装置，所述能源管理系统分别连接所述海上风力发电装置、所述汇集站、所述电池储能系统、所述海水淡化系统、所述电解水制氢系统与所述二氧化碳加氢反应装置。
3、进一步的，所述电解水制氢系统包括电解槽，所述电解槽为pem电解槽或碱性电解槽。
4、进一步的，所述二氧化碳加氢反应装置中装有二氧化碳甲烷化催化剂，所述二氧化碳甲烷化催化剂的主要活性组分为ni-mo，其中ni含量为12～18wt％，mo含量为3～5wt％。
5、进一步的，所述二氧化碳甲烷化催化剂的催化剂孔分布为介微孔结构，微孔尺寸<2nm，微孔孔容占总孔容的比率为20～40％，介孔尺寸为2nm～50nm，介孔孔容占总孔容的比率60～80％，所述二氧化碳甲烷化催化剂比表面积为80～250m2/g，孔容为0.25～0.50ml/g。
6、进一步的，所述二氧化碳甲烷化催化剂的形状为五齿球或拉西环。
7、进一步的，所述电解水制氢系统与所述二氧化碳加氢反应装置之间设置氢气缓冲装置，所述氢气缓冲装置中部分氢气供给所述二氧化碳加氢反应装置，其余部分与所述二氧化碳加氢反应装置出口气体混合。
8、进一步的，本专利技术还提供海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢方法，利用上述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，包括以下步骤，
9、s1：海上风力发电装置发电在汇集站汇集；
10、s2：所述汇集站输出电通过低压ac-dc变换系统转换成直流电，部分直流电存储在电池储能系统中，另一部分直流电进入电解水制氢系统；
11、s3：启动所述电池储能系统放电，为二氧化碳加氢反应装置提供电能；
12、s4：海水淡化系统的纯水和所述二氧化碳加氢反应装置的生成水供给所述电解水制氢系统使用；
13、s5：所述电解水制氢系统产生的氧气存储在储氧系统中，调节所述电解水制氢系统的产氢压力；
14、s6：产生的氢气部分与富碳天然气混合进入所述二氧化碳加氢反应装置中，在催化剂作用下对二氧化碳进行甲烷化处理，降低天然气中二氧化碳含量。
15、进一步的，所述二氧化碳加氢反应装置置于海上平台，或者置于平台外管输管道段。
16、进一步的，所述二氧化碳加氢反应装置采用固定床加氢方式，富碳天然气与氢气一次通过。
17、进一步的，所述二氧化碳加氢反应装置的加氢反应温度为200～350℃，加氢压力为3～4mpa，气体体积空速为5000～50000h-1，氢/二氧化碳体积比为4～10。
18、本专利技术具有的优点和积极效果是：
19、1、本专利技术在具体操作时，海上风场发电在汇集站汇集，汇集站输出电通过低压ac-dc变换系统变换后的直流电后，分为两部分，一部分存储于电池储能系统中，另一部分进入电解水制氢系统中，可启动电池储能系统放电为二氧化碳加氢反应装置提供电能，电解水制氢系统为二氧化碳加氢反应提供氢源，富碳天然气经加氢后，二氧化碳及有机硫化物含量显著下降。通过海水淡化系统处理海水，既能为电解水制氢提供重要的水资源，同时淡化海水可以为海上平台提供淡化水资源。
20、2、本专利技术结构简单，操作方便，实用性极强，海上风电能源站制氢储能与富碳天然气转化的方法一定程度有效利用绿氢能源，有望加速海上风电进一步降低成本，不仅对综合能源系统中弃电的消纳能力具有重要意义，也将解决富碳天然气开采导致碳排放问题，有利于我国海洋油气产业高质量发展。富碳天然气经加氢后，二氧化碳含量显著下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：包括海上风力发电装置，所述海上风力发电装置的输出端连接汇集站的输入端，所述汇集站的输出端连接低压AC-DC变换系统的输入端，所述低压AC-DC变换系统的输出端连接电池储能系统的充电接口及电解水制氢系统的电源接口，海水淡化系统产生的纯水与二氧化碳加氢反应装置的生成水供给所述电解水制氢系统使用，所述电解水制氢系统的氧气出口连接储氧系统，所述电解水制氢系统的氢气出口连接所述二氧化碳加氢反应装置，所述电池储能系统的输出端连接所述二氧化碳加氢反应装置，所述能源管理系统分别连接所述海上风力发电装置、所述汇集站、所述电池储能系统、所述海水淡化系统、所述电解水制氢系统与所述二氧化碳加氢反应装置。
2.根据权利要求1所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：所述电解水制氢系统包括电解槽，所述电解槽为PEM电解槽或碱性电解槽。
3.根据权利要求1或2所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：所述二氧化碳加氢反应装置中装有二氧化碳甲烷化催化剂，所述二氧化碳甲烷化催化剂的主要活性组
4.根据权利要求3所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：所述二氧化碳甲烷化催化剂的催化剂孔分布为介微孔结构，微孔尺寸<2nm，微孔孔容占总孔容的比率为20～40％，介孔尺寸为2nm～50nm，介孔孔容占总孔容的比率60～80％，所述二氧化碳甲烷化催化剂比表面积为80～250m2/g，孔容为0.25～0.50mL/g。
5.根据权利要求3所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：所述二氧化碳甲烷化催化剂的形状为五齿球或拉西环。
6.根据权利要求1或2所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：所述电解水制氢系统与所述二氧化碳加氢反应装置之间设置氢气缓冲装置，所述氢气缓冲装置中部分氢气供给所述二氧化碳加氢反应装置，其余部分与所述二氧化碳加氢反应装置出口气体混合。
7.海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢方法，利用权利要求1至6任一所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：包括以下步骤，
8.根据权利要求7所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢方法，其特征在于：所述二氧化碳加氢反应装置置于海上平台，或者置于平台外管输管道段。
9.根据权利要求7或8所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢方法，其特征在于：所述二氧化碳加氢反应装置采用固定床加氢方式，富碳天然气与氢气一次通过。
10.根据权利要求7或8所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢方法，其特征在于：所述二氧化碳加氢反应装置的加氢反应温度为200～350℃，加氢压力为3～4MPa，气体体积空速为5000～50000h-1，氢/二氧化碳体积比为4～10。
...【技术特征摘要】
1.海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：包括海上风力发电装置，所述海上风力发电装置的输出端连接汇集站的输入端，所述汇集站的输出端连接低压ac-dc变换系统的输入端，所述低压ac-dc变换系统的输出端连接电池储能系统的充电接口及电解水制氢系统的电源接口，海水淡化系统产生的纯水与二氧化碳加氢反应装置的生成水供给所述电解水制氢系统使用，所述电解水制氢系统的氧气出口连接储氧系统，所述电解水制氢系统的氢气出口连接所述二氧化碳加氢反应装置，所述电池储能系统的输出端连接所述二氧化碳加氢反应装置，所述能源管理系统分别连接所述海上风力发电装置、所述汇集站、所述电池储能系统、所述海水淡化系统、所述电解水制氢系统与所述二氧化碳加氢反应装置。
2.根据权利要求1所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：所述电解水制氢系统包括电解槽，所述电解槽为pem电解槽或碱性电解槽。
3.根据权利要求1或2所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：所述二氧化碳加氢反应装置中装有二氧化碳甲烷化催化剂，所述二氧化碳甲烷化催化剂的主要活性组分为ni-mo，其中ni含量为12～18wt％，mo含量为3～5wt％。
4.根据权利要求3所述的海上风电能源站制氢储能与富碳天然气加氢系统，其特征在于：所述二氧化碳甲烷化催化剂的催化剂孔分布为介微孔结构，微孔尺寸<2nm，微孔孔容占总孔容的比率为20～40％，介孔尺寸为2nm...
【专利技术属性】
技术研发人员：南军，于海斌，陈赞，吴巍，刘宗园，孙彦民，李佳，朱金剑，张雪梅，宋国良，
申请(专利权)人：中海油天津化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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