采用蒸汽或其它加热气体或液体再气化气体水化物的方法和设备技术

一种从气体水化物中释放气体的方法和设备，其中包括采用靠近或设在块状气体水化物（１２）中的装置，用于由气体或液体（优选蒸汽）加热气体水化物。气体水化物可由气体或液体直接加热或通过导热的蛇管或通道（１６）间接加热。液体或气体的热量将气体水化物分解成相应的气体成分和水。在释放以后，可收集气体成分，接着进行储存、运输或使用。该设备还包括使至少一部分气体或液体流过加热气体水化物的装置的装置（３２）。该装置还可以是可移动的，所以能保持其紧靠气体水化物或与其接触，以便连续进行水化物的气化。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于储存和再气化气体水化物的设备和方法。本专利技术包括在本体气体水化物邻近处设置或在其中设置一个装置，以便由气体或液体热源(优选蒸汽)加热气体水化物。气体水化物可直接与气体或液体接触，也可通过导热蛇管、管道或通道间接地接触。气体或液体将其热量传给气体水化物，将它们分解成相应的气体成分和水成分。在气体成分释放后，可收集气体成分，接着进行储存、运输和使用。人们知道气体水化物已有许多年了。这些水化物是包含化合物，其中各种轻质烃气体或其它气体，例如天然气，伴生天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、硫化氢、氮和它们的组合物，在高压和低温下能与水发生物理反应。在包含由氢连接的水分子的扩张的固态水晶格网络中包含或夹带气体。由于在晶格结构中有气体和水分子之间的弱范德华力和水分子之间的氢键，所以水化物的结构是稳定的。生成天然气水化物的典型的非化学计算的反应式如下式中，“m”值一般为4-6，对于甲烷水化物，生成热(△Hf)为410kJ／kg水化物，生成热比水的熔解热约大25％。在再气化时利用的逆反应是吸热的。由于在气水界面上形成的气体水化物是固态，所以生成和再气化反应都受传质的限制。已知至少有二种不同的水化物晶体结构，其中的每一种都是笼形晶体结构。结构I的笼形水化物单晶，每46个水分子包括2个十四面体空穴和6个十二面体空穴。结构Ⅱ的笼形水化物单晶，每136个水分子包含8个大的十六面体空穴和16个十二面体空穴。在加压下在这些空穴中可夹带较大体积的气体。例如，已经确定，每立方英尺固态天然气水化物可包含多达180标准立方英尺的气体。在初期，气体水化物被看成是工业上的有害物质。在产品位于很深的地下或水下油中的场合，石油和天然气的生产设备往往处于低温环境中。在从这些井中排出产品时，存在生成气体水化物的一切必要条件和成分-即存在轻质烃气体和水，温度低，压力高。因此，在石油或天然气从井中排出时，在钻管、输送管道和设备内往往自发地生成气体水化物。由于气体水化物是固态物质，所以不能以浓浆液或固体的形式迅速地流动，当它们在石油或天然气生产过程中自发地生成时，水化物往往能堵塞生产和输送系统的设备、管道和通道。气体水化物这些不利的性质，使人们对防止水化物生成和消除这种有害物质的方法进行了大量的研究。参看例如D.卡茨等人，天然气手册，MeGraw-Hill，纽约，(1959)p189-221；E.D.小斯隆，天然气的包合水化物，Marcel Dekker有限责任公司(1991)。但由于在气体水化物中具有储存较大体积气体的潜力，实际上研究人员开始将这种“有害物质”看成是安全和经济有效地储存和／或输送气体的一种可行的方法。参见B.米勒等人，Am.Gas.Assoc.Mon.Vol.28，No.2(1946)，p63。有几位研究人员和专利权所有人叙述了生产气体水化物的方法，参见例如卡恩等人的美国专利3，514，274。虽然有大量关于气体水化物生产方法的文献资料，但在文献中却很少注意储存和再气化水化物的设备和方法。气体水化物生产的这些方面也是很重要的。如果气体水化物不能被方便、可靠和便宜地长时期储存，其生产的价值是有限的。加之，如果气体水化物不能被方便、可控制地再气化，生产和储存水化物几乎就没有什么意义。哈钦森等人的美国专利2，375，559叙述了一种使烃气体生成水化物和在储槽中储存生成的水化物的方法。在哈钦森的专利中几乎没有提供再气化这些储存的水化物的方法的细节。多纳斯的美国专利2，904，511举例说明了一种水的脱盐设备，该设备通过生成气体水化物从盐水生产脱盐水。由于多纳斯的该专利主要涉及脱盐的方法，所以对水化物的储存和气体的回收未涉及。相反，只要将水化物送入水化物分解容器，就会从在水化物内存在的相应脱盐水中释放出气体。在此引入多纳斯的这份专利作为参考。古德芒德森还叙述了生产气体水化物的各种系统。参见例如美国专利5，536，893；WO专利公报93／01153；“以冻结的水化物形式运输天然气，”ISOPE会议论文集，Ⅵ，荷兰海牙，1995年6月；“以冻结的水化物形式储存天然气”，石油工程师学会生产和设备，1994年2月。美国专利5，536，893叙述了将气体水化物团聚成适合在常压和温度0-15℃以下长期储存的固体块料。对水化物储存和再气化采用的方法和设备几乎没有提供什么细节。古德芒德森公开了在“亚稳定”条件下，即在人们通常预料水化物是不稳定的可分解的条件下储存气体水化物。在这些比较温和的“亚稳定”条件(5°-20°F和常压)下，天然气水化物的分解足够缓慢，以致能在适合海洋运输或大规模储存的期间内(例如10天以上)保持水化物不发生变化。认为这种亚稳定性现象是由极细的水化物试样的外表面自发再气化引起的。因为水化物再气化过程是吸热的，所以一旦水化物试样的外表面分解，自动致冷使已分解的水冻结，产生冰壳，冰壳足以使块状的水化物绝热，并使来自试样内的气体的传质速度减小。另外，气体水化物是有效的绝热体(与冰的导热系数“K”为2相比，水化物的导热系数“K”为0.5W／mK)。这种绝热性能有助于防止块状的气体水化物分解太快。气体水化物的亚稳定性和绝热性能，使它们能在开始生成以后，在比较温和的条件下保持稳定。关于水化物的分解方法，在1996年6月2-6日在法国图卢兹举行的关于天然气水化物的第二届国际会议论文集中，密西西比州立大学罗杰等人的“用于储存天然气的水化物”叙述了超声波分解概念，试图将此概念用于车辆应用中。按照惯例，制备水化物的气体，例如天然气、伴生天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、氮和硫化氢一直是在高压下储存。液化的天然气和液化的丙烷就是这种类型储存系统的实例。由于高压圆筒的存在，在高压和液化条件下储存气体有明显的安全问题，费用也很高。本专利技术的一个目的是要提供一种气体水化物的储存容器和一种气体水化物再气化的方法，这种方法能使人们安全、方便、便宜和可控制地储存和再气化气体水化物，以及从储存容器中排出产品气体和水。本专利技术利用了气体水化物的有利性质并避免了在高压和／或液化条件下储存气体的缺点。为了实现这些目的，本专利技术包括从气体水化物中释放气体的设备。该设备包括由气体或液体的热量加热气体水化物的装置。这些热量使气体水化物分解成相应的气体成分和水成分。从气体水化物中释放气体的设备还包括一个使至少一部分气体或液体流过的加热装置的装置。优选将至少一部分这种从气体水化物中释放气体的设备设置在保存或储存气体水化物的容器内。虽然在本专利技术的设备中，可采用任何适宜的气体或液体加热气体水化物，但特别是对本专利技术的某些实施方案，优选的物料是蒸汽。例如，在本专利技术的一些实施方案中，加热装置包括至少一个开孔，用于将至少一部分气体或液体从加热装置注入储存的水化物中。在这种情况下，如果优选的气体或液体是水(即蒸汽或液态水)，就不会污染水化物。当加热装置包括一个或多个将一些气体或液体注入水化物中的开孔时，如果需要，这些开孔可包括在加压下将气体或液体注入水化物中的喷嘴。根据本专利技术加热气体水化物的装置优选包括至少一条蛇管或通道，利用流动装置，使至少一部分气体或液体通过其流动。该蛇管和通道相对气体水化物和／或保存气体水化物的容器可以是固定不动的，也可以是可移动的。可将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于保存气体水化物并从该气体水化物中释放气体的设备，其中包括：界定保存气体水化物的容器的装置；和由气体或液体加热气体水化物的装置，将气体水化物分解成气体成分和水成分，其中加热装置至少一部分设置在界定容器的装置内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RF海涅曼，黄大德，龙金平，RB塞格，
申请(专利权)人：美孚石油公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]