基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统，其特征在于，包括：供气装置，为水合反应提供所需的天然气；制冷循环装置，与供气装置相连通，对天然气进行冷却并驱动天然气的流动；以及天然气水合物制备装置，与制冷循环装置相连，用于制备、储存天然气水合物。其中，制冷循环装置包括：入口端与供气装置的出口端相连通，对天然气进行干燥的干燥器；入口端与干燥器的出口端相连通，用于抽吸天然气，并对天然气进行压缩的压缩机；入口端与压缩机的出口端相连通，使天然气降温的冷却器；以及入口端与冷却器的出口端相连通，出口端与天然气水合物制备装置相连通，通过使天然气膨胀得到低温天然气，并将该低温天然气送入天然气水合物制备装置的膨胀机。压缩机与膨胀机通过联轴器相连，可以回收膨胀功，提高系统做功效率。

【技术实现步骤摘要】
基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统
本专利技术涉及天然气水合物的制备系统，具体涉及一种采用压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统。
技术介绍
近年来，国内外对天然气水合物的研究表明，用水合物进行天然气的固态运输具有良好的开发前景。这主要体现在:1.蓄能密度大，据报道，Im3的天然气水合物(NGH)可携带标准状态下150~180m3的天然气；2.制备技术简单，NGH可以在6MPa以下、-10~10°C条件下进行制备，与液化天然气(LNG)相比避免了超低温制备的环节；3.水合物的热物理性质比较稳定，储存安全，实验发现，NGH在常压，-1~_18°C时，可以稳定地储存而不会发生分解；4.可有效地进行NGH的再气化，有两种方法可使水合物分解:①在某个温度下降压使其压力低于相平衡压力，②在某个压力下升温使其温度高于相平衡温度；5.NGH易于输送，使得NGH尤其适用于尚无输气管道的油气田和海上油气田，以及在经济上不适合建设输气管道的小型气田；6.NGH的投资成本低于LNG，1995年，挪威的Gudmundsson等人对NGH和LNG形式运输天然气的成本进行了对比研究，发现采用NGH技术比采用LNG技术总投资减少26%。因此，国内外学者普遍认为，NGH储运技术有可能替代LNG技术成为未来天然气大规模储运手段之一。压缩气体制冷机以气体为工质，其工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀和等压吸热四个过程，它的特点是气体工质在循环过程中不发生集态变化。压缩气体制冷循环技术已经成熟并在飞机空调、低温制冷领域得到广泛应用。在天然气水合物储运
，天然气水合物的制备技术日益成熟，鼓泡式水合物强化生长技术具有很强的实用可行性。在这种情况下，开发采用压缩气体制冷循环和鼓泡式水合物强化生长技术的天然气水合物连续制备装置具有很强的技术经济可行性和必要性。中国专利CN101358685先将设置有制冷循环系统的管式层状结构储罐充满水，然后通入气体至0.1MPa左右，排出多余的水，通入气体加压至压力5~6MPa，通过冷却系统控制温度在O~4°C，使气体和储罐内管道中的水接触，在静态条件下生成NGH，然后降温，降压，冷冻到-15~-20°C，密闭储存。将NGH储罐放在安装有保温装置的NGH储运汽车(火车)槽车上，NGH经汽车(火车)运输到目的地后，从外部的制冷循环系统中直接通入温度高于15°C的水，NGH很快气化；NGH气化后，剩余的水回收或重复利用。该方法在静态体系下生成水合物的速度慢，储罐上装有制冷循环系统，势必増加运输成本。日本专利JP2005263825A公开了一种射流式水合物生产工艺和设备，液体经高压泵由射流器喷射，同时吸入天然气，混合后喷射进入反应器中，在反应器内搅拌装置的扰动下合成NGH。该方法増加了机械搅拌，不可避免的产生热效应，影响NGH实际生成条件的维持，而且机械搅拌増 加制备过程的能耗，提高制备成本。中国专利技术专利97190182.1揭示了一种气泡扰动法和机械搅拌法结合来制备NGH的方法，气体从容器底部经喷嘴喷出冲击水形成气泡扰动，通过电机带动安装在容器中的搅拌器，增大气体与水的接触面积，加速NGH的生成。上述方法仍然需要使用机械搅拌，增加了生产过程中的能耗；而且该方法使用冷却水制冷，需要额外配备冷却水装置。上述NGH合成技术上的不足极大地阻碍了其在天然气储运技术上的应用。国内NGH合成技术还很不成熟，还有许多技术问题需要研究解决，使其无法商业化应用。
技术实现思路
本专利技术是针对上述课题进行的，目的在于提供一种结构简单，无需配备专用机械搅拌装置和专用制冷装置的天然气水合物制备系统。本专利技术为实现上述目的，采用了以下的技术方案:本专利技术提供一种基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统，其特征在于，包括:供气装置，为水合反应提供所需的天然气；制冷循环装置，与供气装置相连通，对天然气进行冷却并驱动天然气的流动；以及天然气水合物制备装置，与制冷循环装置相连，用于制备、储存天然气水合物。其中，制冷循环装置包括:入口端与供气装置的出口端相连通，对天然气进行干燥的干燥器；入口端与干 燥器的出口端相连通，用于抽吸天然气，并对天然气进行压缩的压缩机；入口端与压缩机的出口端相连通，使天然气降温的冷却器；以及入口端与冷却器的出口端相连通，出口端与天然气水合物制备装置相连通，通过使天然气膨胀得到低温天然气，并将该低温天然气送入天然气水合物制备装置的膨胀机。天然气水合物制备装置包括:为水合反应提供所需水的供水部；与该供水部的出口端和膨胀机的出口端相连通，用于使天然气和水进行水合反应生成天然气水合物的鼓泡式水合物反应釜；入口端与该鼓泡式水合物反应釜相连的循环泵；以及与循环泵的出口端相连的水合物储存器，鼓泡式水合物反应釜具有本体；位于本体底部，与膨胀机的出口端相连通的气流入口 ；位于本体顶部，与干燥器的入口端相连通，用于排出水合反应剩余的天然气的气流出口 ；位于本体的侧面下方，与水泵的出口端相连通的第一入水口 ；位于本体的侧面下方，与水合物储存器相连通的第二入水口 ；位于本体的侧面上方，与循环泵的入口端相连通的水合物出口 ；以及安装在本体的底部，并位于气流入口的上方，用于平均气流的孔板。水合物储存器将天然气水合物与夹带的天然气和水进行分离，并用于存储分离后的天然气水合物，具有多层的多孔筛板主体；位于主体顶端，与干燥器的入口端相连通，用于排出分离出的天然气的出气口 ；位于主体的侧面上方，与循环泵的出口端相连通的水合物入口 ；以及位于主体的侧面下方，与鼓泡式水合物反应釜的第二入水口相连通，将分离出的水导入水合物反应釜的出水口。进一步，本专利技术所涉及的基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统，还具有这样的特征:联轴器，将压缩机和膨胀机相连，用于回收膨胀机中天然气膨胀产生的功，并将功传递给压缩机。专利技术的作用与效果本专利技术所涉及的基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统，因为采用压缩机来驱动天然气反复穿越鼓泡式水合物反应釜，采用鼓泡式水合物反应釜制备天然气水合物，并设置孔板来平均天然气的气流，使天然气和水充分接触，因此可以有效增大天然气水合物的生成速度，使水合反应更彻底，无需另外配备专用的机械扰动装置。另外，因为采用冷却器和膨胀机使天然气降温降压后进入鼓泡式水合物反应釜，低温的天然气可以对鼓泡式水合物反应釜进行降温并吸收水合反应热，因此该制备系统无需另外配备专用的制冷装置，多余的天然气被压缩机吸走并与补充的新鲜天然气混和，再升温升压，然后经冷却器和膨胀机降温降压后再次进入鼓泡式水合物反应釜进行水合反应，实现天然气水合物的连续制备。该天然气水合物制备系统可以用于快速、连续、大量地制备天然气水合物，并且无需另外配备专用的制冷装置和专用的机械扰动装置，结构简单，成本低，具有良好的工程应用性。【附图说明】图1是天然气水合物制备系统的结构框图；和图2是天然气水合物制备系统的结构示意图。【具体实施方式】以下结合附图，对本专利技术所涉及的基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统作详细阐述。实施例图1是天然气水合物制备系统的结构框图。如图1所示，天然气水合物制备系统10包括供气装置11、制冷循环装置12以及天然气水合物制备装置13。图2是天然气水合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统，其特征在于，包括：供气装置，为水合反应提供所需的天然气；制冷循环装置，与所述供气装置相连通，对所述天然气进行冷却并驱动所述天然气的流动；以及天然气水合物制备装置，与所述制冷装置相连，用于制备、储存天然气水合物，其中，所述制冷循环装置包括：入口端与所述供气装置的出口端相连通，对所述天然气进行干燥的干燥器；入口端与所述干燥器的出口端相连通，用于抽吸所述天然气，并对所述天然气进行压缩的压缩机；入口端与所述压缩机的出口端相连通，使所述天然气降温的冷却器；以及入口端与所述冷却器的出口端相连通，出口端与所述天然气水合物制备装置相连通，通过使所述天然气膨胀得到低温天然气，并将该低温天然气送入所述天然气水合物制备装置的膨胀机，所述天然气水合物制备装置包括：为所述水合反应提供所需水的供水部；与该供水部的出口端和所述膨胀机的出口端相连通，用于使所述天然气和所述水进行所述水合反应生成所述天然气水合物的鼓泡式水合物反应釜；入口端与该鼓泡式水合物反应釜相连的循环泵；以及与所述循环泵的出口端相连的水合物储存器，所述鼓泡式水合物反应釜具有不锈钢的本体；位于所述本体底部，与所述膨胀机的所述出口端相连通的气流入口；位于所述本体顶部，与所述干燥器的所述入口端相连通，用于排出所述水合反应剩余的天然气的气流出口；位于所述本体的侧面下方，与所述水泵的所述出口端相连通的第一入水口；位于所述本体的侧面下方，与所述水合物储存器相连通的第二入水口；位于所述本体的侧面上方，与所述循环泵的所述入口端相连通的水合物出口；以及安装在所述本体的底部，并位于所述气流入口的上方，用于平均气流的孔板，所述水合物储存器将所述天然气水合物与夹带的天然气和水进行分离，并用于存储分离后的天然气水合物，具有多层的筛板主体；位于所述主体顶端，与所述干燥器的所述入口端相连通，用于排出分离出的所述天然气的出气口；位于所述主体的侧面上方，与所述循环泵的所述出口端相连通的水合物入口；以及位于所述主体的侧面下方，与所述鼓泡式水合物反应釜的所述第二入水口相连通，将分离出的所述水导入所述水合物反应釜的出水口。...

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统，其特征在于，包括: 供气装置，为水合反应提供所需的天然气； 制冷循环装置，与所述供气装置相连通，对所述天然气进行冷却并驱动所述天然气的流动；以及 天然气水合物制备装置，与所述制冷装置相连，用于制备、储存天然气水合物， 其中，所述制冷循环装置包括:入口端与所述供气装置的出口端相连通，对所述天然气进行干燥的干燥器；入口端与所述干燥器的出口端相连通，用于抽吸所述天然气，并对所述天然气进行压缩的压缩机；入口端与所述压缩机的出口端相连通，使所述天然气降温的冷却器；以及入口端与所述冷却器的出口端相连通，出口端与所述天然气水合物制备装置相连通，通过使所述天然气膨胀得到低温天然气，并将该低温天然气送入所述天然气水合物制备装置的膨胀机， 所述天然气水合物制备装置包括:为所述水合反应提供所需水的供水部；与该供水部的出口端和所述膨胀机的出口端相连通，用于使所述天然气和所述水进行所述水合反应生成所述天然气水合物的鼓泡式水合物反应釜；入口端与该鼓泡式水合物反应釜相连的循环泵；以及与所述循环泵的出口端相连的水合物储存器， 所述鼓泡式水合物反应釜具有不锈钢的本体；位于所述本...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢应明，高红丽，周兴法，方亚军，闫琳，张明威，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31