一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台的制作方法

1.本发明涉及船舶建造及设计领域，具体涉及以核能为动力，在海上即可制氢制氨并且储舱的平台。


背景技术：

2.传统的制氨和制氢工厂属于高污染高能耗的企业，在全球环保减碳的大背景下，原有的高耗能模式必然遭到淘汰，使用环保无污染的能源是未来的趋势，而核能是现有成熟无污染能源的代表。核动力作为常规船舶的直接推进动力，将受到航行区域和靠泊港口的限制，传统的化石能源无法实现零碳排放，作为实现碳减排和碳中和路线图和目标能源，核动力是理想的清洁能源之一。
3.陆地上建设制氢和氨合成工厂，受到用地、选址和投资等诸多因素限制，而海上浮式制氢和氨合成及液化储存平台，可以实现分布式、小型化、低风险的清洁燃料来源和供给。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，旨在达到在海上可利用核电相结合，进行制氢的目的，其所采用的技术方案是：
5.一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，有漂浮于海上的浮式平台，在浮式平台一端、浮式平台甲板下方设置有核动力装置、发电模块、配电模块，发电模块、配电模块与核动力装置之间设置有隔离空舱，核动力装置通过管路依次与发电模块、配电模块相连接，在浮式平台甲板下方还设置有一个或一个以上的液氨储舱。
6.浮式平台甲板上方设置有海水淡化装置、电解制氢模块、空气制氮模块、制氨模块、氨液化模块，海水淡化装置、电解制氢模块、制氨模块、氨液化模块、液氨储舱通过管路顺次连接，空气制氮模块伸出的支管路与制氨模块连接，配电模块通过管路分别与海水淡化装置、电解制氢模块、空气制氮模块、制氨模块、氨液化模块连接。配电模块通过电缆与风力电网相连接。
7.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，核动力装置与发电模块之间设置有蒸汽轮机，核动力装置依次与蒸汽轮机、发电模块相连接。
8.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，氨液化模块与液氨储舱相连通。
9.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，发电模块、配电模块设置在浮式平台甲板下方的舱室内。
10.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，浮式平台通过系泊装置停泊在作业位置。
11.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，在浮式平台甲板上方、远离核动力装置一侧，设置有办公生活楼。
12.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，液氨储舱是半冷半压式储舱或全冷式储舱。
13.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，海水淡化装置是蒸发式或反渗透式淡化装置。
14.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，空气制氮模块带有增压设备，空气制氮模块产生的氮气通过增压设备供给到制氨模块内。
15.上述一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，更进一步地，应急发电机组位于浮式平台甲板下方、生活楼下方
16.核能作为一次清洁能源，但存在陆上应用的技术和法规方面的限制性；海上风电作为又一清洁能源，减少了对陆地资源的占用，但也存在向陆上输电距离长电能输送损耗大和发电负荷与输电负荷不匹配的问题；本发明开创性的提出了在海上，尤其是接近于海上风场附近，高效利用核能，为海上制氢制氨提供电力，并利用液氨存储的便利性，实现碳减排和碳中和。
17.本发明相较于陆上集中式制氢和制氨工厂，具有分布式和规模小的优点，不受陆上地形、功能划分、安全距离的因素限制。同时海上平台作为浮式结构物，具有高度的可复制性，利于标准化建造和生产管理，可以有效降低运营费用，节约管理成本。
附图说明
18.图1是本发明的结构示意图；
19.图2是浮式平台作业流程图；
20.图3是浮式平台电力流程图；
21.其中：1-核动力装置、2-核动力发电模块、3-配电模块、4-电解制氢模块、5-空气制氮模块、6-制氨模块、7-氨液化模块、8-办公生活楼、9-液氨储舱、10-浮式平台、11-系泊装置、12-隔离空舱、13-应急发电机组。
具体实施方式
22.实施例1
23.结合附图对本发明作进一步说明。
24.如图1所示，一种基于核电的海上制氢制氨储舱平台，有漂浮在海面上的浮式平台10，浮式平台通过系泊装置11固定在预定作业位置。在浮式平台的甲板下方、浮式平台一端设置有核动力装置1，与核动力装置相邻处设置有隔离空舱12，隔离空舱将核动力装置与其他设备隔离。在浮式平台甲板下方还设置有发电模块2、配电模块3和液氨储舱9，发电模块和配电模块设置在甲板下方的舱室内，减少海洋盐水雾对电气系统的腐蚀影响。就能够液氨储舱设置在甲板下方，一方面可有效利用甲板下方空间，充分利用平台容积尽可能多的储存液氨，另一方面有利于浮式平台的平稳性。在浮式平台远离核动力装置的一端，在浮式平台甲板上方设置有办公生活楼8。
25.浮式平台甲板上方设置有海水淡化装置(图中未显示)、电解制氢模块4、空气制氮模块5、制氨模块6、氨液化模块7，将上述各模块设置在甲板上方，符合海上作业平台通风等系列要求，有利于满足海上作业时安全。通过管路将海水淡化装置、电解制氢模块、制氨模
块、氨液化模块、液氨储舱顺次连接，制氨模块伸出有支管路与空气制氮模块连接。
26.如图2所示，海水经由海水淡化装置处理后，形成的淡水进入电解制氢模块，电解制氢模块将水电解成氢气与氧气。海水淡化装置可使用蒸发式或反渗透式等模式单一或相结合的方式生产淡水，将海水中的水和盐充分分离，盐水排出舷外，生产的淡水储存备用。电解制氢模块采用电解的方式把水分子分解为氢气和氧气(主要的原理如下：阴极：4h2o 4e-＝2h2 4oh-，阳极：4oh
‑‑
4e-＝o2 2h2o，总反应式：4h2o＝2h2 o2)。其中，氢气可通过增设中间储罐临时储存备用，也可通过增压设备供给到制氨模块中直接作为原料，氧气可以释放到大气之中。
27.生成的氢气被送入制氨模块，在制氨模块内，氢气与氮气相反应形成氨气，氮气是通过空气制氮模块对空气进行处理，对空气进行脱水处理，去除水分的干空气经过膜过滤，过滤出空气中的氮气，过滤出的氮气通过增压设备供给到制氨模块内，与制氨模块内的氢气进行反应，形成氨气(氨合成的原理：使用电能将氨合成炉加热，将氢气和氮气通入氨合成炉中，在催化剂的作用下氢气和氮气反应生成氨气。反应式为4h2 n2＝2nh3，反应温度设定在400
±
30℃，反应压力10atm)。经过空气制氮模块过滤出的氮气，也可以采用中间储罐临时储存备用。氨气经由氨液化模块冷却液化，形成液氨送入液氨储舱内存储。氨以液态方式存储，可以增加氨的存储量。根据船舶类型、船舶尺度、续航力等需求，液氨储舱可采用不同容积、不同型式、不同设计压力。本发明可根据船舶情况采用半冷半压式(设计温度-40℃，设计压力4～10barg不等，c型储罐)或全冷式(设计温度-40℃，设计压力≤0.7barg，a型储罐或b型储罐或薄膜型储罐)。
28.本发明的这种海上制氢制氨储舱平台，利用核能、风能相结合产生电力，对各模块进行供电，保证海上制氢制氨储舱平台进行作业。如图3所示，核动力装置与驱动蒸汽轮机(图中未显示)相连接，核动力装置将核能转化成内能，驱动蒸汽轮机将此内能转化为机械能，此机械能驱动发电模块转化成电能，发电模块与配电模块相连接，将产生的电能输送至各模块，保证海上制氢制氨储舱平台的正常作业。配电模块通过管路还连接有应急发电机组，在应急状态下使用应急发电机组发电，应急发电机组设置在生活楼下方，方便在应急状态下人员快速到达操作启动。本发明的这种海上制氢制氨储舱平台通过核能输送电力。海上制氢制氨储舱平台采用电能作为作业驱动能源，电能来源为核动力装置，以及风力电网，通过核电制氢制氨实现全生产过程的零碳排放。