CN101513600B - 一种气体水合物生产方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能高效、快速、连续生产气体水合物的工艺及装置，为气体水合物利用技术的推广提供技术装备，本发明采用管道式气体水合物连续生产装置，反应器本体采用螺旋盘管设计有效地节省了空间，锥形水合物发生器利用流动介质的能量转换将动能和位能转化为压能，从而提高了水合物生成速度。本发明结构紧凑、方法简单、易于操作和控制、成本少、能耗低。
Description
技术领域
本发明属于气体水合物应用及储运技术领域，特指一种气体水合物生产方法及装置。
背景技术
气体水合物是轻质气体如：甲烷、乙烷、丙烷、CO2、H2S等和水在一定温度和压力(一般为低温高压)下生成的非化学计量的固体结晶物质。
部分气体在0℃生成气体水合物的压力顺序为：H2S＜异丁烷＜丙烷＜乙烷＜乙烯＜CO2＜甲烷＜氧气＜氮气。其中丙烷气体由于低毒易得，在0℃和小于0.2MPa的条件下即可形成水合物，所以应用广泛。虽然水合物的结构和形成条件差别很大，但是如果每种水合物的各笼都被气体分子占据，它们表现出惊人的相似性，即都是由质量分数为85％左右的水和质量分数为15％左右的气体组成。但水合物在这些领域的应用跟气体水合物生成的促进与抑制作用密切相关。受到其储气密度低、生成速度慢以及诱导时间长等因素的阻碍，尤其当前水合物应用技术面临的最大技术障碍就是如何提高水合物的生成速率和效率。例如甲烷在静止纯水体系中压力为5.76MPa、温度为4.3℃时，形成水合物的诱导时间在28小时以上，水合物晶体的生长速度慢直接影响水合物利用技术的推广。为解决这些问题，采用了多种方法促进水合物的形成(林于拉等，化工进展，2005，24(11)：1229-1233)：通过搅拌可以提高水合物的生长速度，但是搅拌又带来了一些其他不利因素：能量消耗增大、水合物储气密度降低等；采用超声波雾化，增大气-水接触面积，可以提高水合物生成速度，但是系统添加的超声波雾化器不仅使投资费用增大，而且运行费用也增大；喷淋和气泡法都能增大相界面积，从而提高水合物生成速度；在水合物形成体系中添加一些添加剂可以促进水合物生成，提高水合物生长速度，国内外研究较多的是在水中添加阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠(SDS)、四氢呋喃等。可使水合物形成诱导时间缩短到1～1.5小时，压力较纯水体系降低1～2MPa。然而，这类表面活性剂尽管能使水合物生成速度加快，但还是不能令人满意，且水合物储气密度不高。美国专利US5,536,893(公告日：1996年7月16日)公开了生产气体水合物装置，操作流程和设备复杂，工业化难度较大。近几年关于气体水合物的研究很多，但大量文献仅涉及到水合物的实验室制备，而没有涉及到气体水合物快速连续生产装置和生产工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是开发出能高效、快速、连续生产气体水合物的装置及工艺，为气体水合物利用技术的推广提供技术装备。
为实现上述目的，本发明提供了一种气体水合物利用的水合物生产方法及工艺，如天然气水合物、煤层气水合物、H2S水合物、CO2水合物、乙烯水合物等，本发明采用的技术方案包括：温水箱，所述低温水箱上还设有上水管，水合物生成促进剂通过加药管加入所述低温水箱，然后经增压泵至气液混合器，经螺旋气泡发生器进入螺旋管式反应器内，所述螺旋管式反应器内上升布置的螺旋盘管。水合物浆液从螺旋管式反应器出来，自上而下进入锥形水合物发生器，所述锥形水合物发生器连接三相分离器将水合物与未参与反应的天然气和水进行分离，分离出的水含有水合物晶核，通过水压力调节阀控制返回低温水箱。分离出的天然气通过气体压力调节阀控制返回压气机入口继续使用；分离出的天然气水合物进入水合物储罐储存。其中：
(1)低温罐，将水合物促进剂和运行后水合物分离器分离出的含有水合物晶核的水和低温罐中的水混合形成0～7℃的低温水，称为“富水”。“富水”经泵增压到1～25MPa进入管道。水合物促进剂由占总溶液质量分额1～10％的环戊烷与浓度为800～1300ppm的十二烷基苯磺酸钠配制而成。
(2)降温后的气体尤其是天然气经过管道混合器2按摩尔比1∶9～1∶180与“富水”混合。
(3)气水混合物经过螺旋气泡发生器5产生旋转的气液两相泡状流，使气液两相以较大的相面积充分混合。视反应管道长短，螺旋气泡发生器可装设1个或多个。
(4)然后进入管道螺旋管反应器6完成诱导期的水合物反应，形成含有大量水合物晶核的水合物浆液。反应器温度在0～7℃范围内。管道螺旋管反应器的盘管长度视不同体系的诱导时间和水合物产量而定。
(5)水合物发生器8由倒锥体和柱体组成，锥角6～35度，锥体起扩压作用，水合物浆液在水合物发生器8内降速提压，迅速生成水合物。
(6)通过分离器9将水合物与未进行反应的气体和水分离，水合物装罐14，含有水合物晶核的水通过调节阀11返回低温水箱1，气体通过调节阀10返回压气机入口继续使用。
本发明的有益效果是，采用管道式气体水合物连续生产装置，反应器本体的螺旋盘管设计有效地节省了空间，锥形水合物发生器的设计则利用了流动介质的能量转换将动能和位能转化为压能，从而提高了水合物生成速度。本发明结构紧凑、方法简单、易于操作和控制、成本少、能耗低。可用于储存和运输海上油田伴生气、陆上油田伴生气、煤层气、二氧化碳气体等等以及基于水合物利用的相关技术领域如天然气中脱硫、脱碳，煤层气脱氧，制冷技术等等。进一步节省天然气储运费用，提高气体分离效率，有效的节约了能源和成本。
附图说明
图1为气体水合物生产装置流程图
图中，1-低温水箱；2-增压泵；3-压气机；4-气液混合器；5-螺旋气泡发生器；6-螺旋管式反应器；7-螺旋盘管；8-水合物发生器；9-三相分离器；10-气体压力调节阀；11-水压力调节阀；12-加药管；13-上水管；14-水合物储罐；15-低温水浴。
具体实施方式
本发明采用的气体水合物生产装置如图1所示，装置所有部件均用保温材料保温。水在容积为0.54m3低温水箱1中保持1～5℃的温度，通过加药管12加入适量的水合物生成促进剂，促进剂由占总溶液质量分额5％环戊烷与浓度1200ppm的十二烷基苯磺酸钠配制而成，混合物溶液称为“富水”。用增压泵2将“富水”升压至8MPa，流量0.7L/min，被降温至2℃的天然气经过气液混合器4按摩尔比1∶100与“富水”混合。经螺旋气泡发生器5形成泡状气液两相流，增大气液接触面积，加速质量传递。上升布置的螺旋盘管7安装在直径500mm高2000mm的螺旋管式反应器6内，螺旋管式反应器6内的水由低温水浴15控制在3～4℃。气液混合物在反应器内已形成水合物浆液，水合物浆液从反应器出来，自上而下进入锥角20度，锥高1500mm的锥形水合物发生器8，由于水合物发生器8内的压力盘管出口压力提高很多，使水合物迅速生成。三相分离器9将水合物与未参与反应的天然气和水进行分离，分离出的水含有水合物晶核，通过水压力调节阀11控制返回低温水箱1；分离出的天然气通过气体压力调节阀10控制返回压气机3入口继续使用。分离出的天然气水合物进入水合物储罐14储存，如此循环。该装置每天(24小时)能生产300kg左右的天然气水合物。
Claims (5)
1.一种气体水合物生产装置，其特征在于，所述气体水合物生产装置包括低温水箱(1)，所述低温水箱(1)上还设有上水管(13)，水合物生成促进剂通过加药管(12)加入所述低温水箱(1)，然后经增压泵(2)至气液混合器(4)，经螺旋气泡发生器(5)进入螺旋管式反应器(6)内，所述螺旋管式反应器(6)内上升布置的螺旋盘管(7)；水合物浆液从螺旋管式反应器(6)出来，自上而下进入锥形水合物发生器(8)，所述锥形水合物发生器(8)连接三相分离器(9)将水合物与未参与反应的天然气和水进行分离，分离出的水含有水合物晶核，通过水压力调节阀(11)控制返回低温水箱(1)；分离出的天然气通过气体压力调节阀(10)控制返回压气机(3)入口继续使用；分离出的天然气水合物进入水合物储罐(14)储存。
2.根据权利要求1所述的一种气体水合物生产装置，其特征在于，所述气体水合物生产装置所有部件均用保温材料保温。
3.根据权利要求1所述的一种气体水合物生产装置，其特征在于，所述螺旋管式反应器(6)的直径为500mm高2000mm，所述螺旋管式反应器(6)内的水由低温水浴(15)控制。
4.根据权利要求1所述的一种气体水合物生产装置，其特征在于，所述锥形水合物发生器(8)的锥角6～35度，锥高1500mm。
5.根据权利要求1所述的一种气体水合物生产装置，其特征在于，螺旋气泡发生器(5)设置1个或多个。
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