一种天然气水合物产品连续快速生产系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种天然气水合物产品连续快速生产系统及方法。该系统由乳液配制器8、水合物合成塔27、产品过滤生产单元、油相收集罐51、闪蒸气收集罐42、制冷控制单元组成。该方法包括：（1）往乳液配制器中泵入水、油‑环戊烷‑乳化剂混合溶液；（2）将配样器顶部抽真空，让油预先溶解饱和天然气；（3）向合成塔注入一定压力的天然气；（4）开启制冷控制单元；（5）将配样器的水/油‑环戊烷乳液泵输至合成塔中，环戊烷、水与天然气接触后快速生成水合物油浆液；（6）水合物油浆液进入过滤器，水合物晶体被收集、运输，油相和气相进入油相收集罐、闪蒸气收集罐。本发明专利技术有效解决了目前水合法储天然气密度和效率不高、难以实现连续生产的问题。

A continuous and rapid production system and method of natural gas hydrate products

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物产品连续快速生产系统及方法
本专利技术属于天然气水合物合成领域，特别是涉及一种天然气水合物产品连续快速生产系统及方法。
技术介绍
气体水合物是水与轻烃、CO2及H2S等小分子气体在低温、高压环境下形成的非化学计量性笼型晶体物质。水合法储气具有生成和储存条件温和，储存空间小，不易燃烧爆炸，操作过程较简单等优点，是一种具有广阔应用前景的新型储气技术。理想状况下，每立方米水合物能储存常压下172m3的天然气，但在实际操作过程中，由于受气体传质速率以及大量存在于水合物晶粒间未反应“间隙水”的影响，水合法的实际储气密度和效率很低（刘昌岭,等.天然气水合物储气量直接测定的实验技术.天然气工业,2005,25(3):44-47）。此外，采用水溶液来合成天然气水合物时，生成的水合物聚集成块、流动性差，且具有爬壁现象，不利于反应结束后将水合物产品取出和进行进一步收集与运输，这也是限制水合法储气实现大规模工业化应用的又一个缺陷。尽管大量的水合强化法包括机械强化法、物理化学强化法等被报道，但实际获得的水合转化率、合成速率离工业需求标准还有很大差距。与水溶液相比，现有研究报道表明当将气体与添加了合适阻聚剂的水/油乳液在低温、高压下接触生成水合物后，水合物以颗粒状分散于油相中，具有较好流动性。Liu等采用水/油乳液在水合条件下对烟道气、沼气、煤气化混合气等进行了研究（LiuH,etal.High-efficiencyseparationofaCO2/H2mixtureviahydrateformationinW/OemulsionsinthepresenceofcyclopentaneandTBAB.Internationaljournalofhydrogenenergy,2014,39(15):7910-7918；LiuH,etal.Separationofethylenefromrefinerydrygasviaforminghydrateinw/odispersionsystem.SeparationandPurificationTechnology,2013,116:342-350），发现与单独水溶液相比，采用水/油乳液时所表现出的气体分离效果显著提高，且反应时间明显缩短。其原因是与单独水溶液相比，水是以纳微尺度分散于油相中，当气体与乳液接触时，气体首先溶解在油相中，由于不同气体组分的溶解能力不同，也就是说油相首先对混合气进行了一次分离；然后溶解的混合气再与水滴接触生成水合物，由于乳液中水-液滴的接触面积远大于气-水溶液体系，因此前者中水的水合转化率（单位储气量）显著提高，又由于不同气体在水合物晶胞中占有比不同，也就是说水合物生成过程对油相中溶解的混合气又进行了一次分离，总体实现了一个吸收-水合耦合分离的叠加效果；在此基础上生成的水合物油浆液具有良好的流动性，水合物的爬壁现象被消除。天然气在水/油乳液中生成也有报道，大多都侧重于油-气-水多相混输过程抑制水合物的生成，防止水合物生成和聚集而堵塞管道，实现流动安全保障。专利CN100489370（陈光进,等.实现油-气固态混合储存和/或运输的方法）提出了一种油-气固态混合储存和运输的方法，该方法首先让气体如天然气与水/油乳液在高压、低温条件下接触生成水合物油浆液，然后将油浆的温度降到-1—-15℃使油浆固化，再在常压或低压下直接储存、运输油浆。通常乳液中油的体积分数占据了60%以上，因此将油浆固化大部分的冷量会被油相吸收，且油相在储存和运输过程中会占据大部分体积，影响储气效率。Chen等的研究表明相同温度下天然气在水/油乳液中的水合生成压力要明显高于在水溶液中（ChenJ,etal.Metastableboundaryconditionsofwater‐in‐oilemulsionsinthehydrateformationregion.AIChEjournal,2012,58(7):2216-2225），这意味着当单独采用水/油乳液来生成水合物浆液时，与采用水溶液相比，对水合物生成设备的耐压要求要高，影响应用成本。到目前为止没有关于采用水/油乳液与天然气结合来合成水合物油浆液，并进一步过滤浆液生产天然气水合物产品的报道，同时也没有关于优化天然气水合物在水/油乳液中生成条件的相关报道。总之，如何解决现有水合法储天然气密度低、水合转化率不高以及实现连续生产水合物产品等关键问题，对该项储气技术的实际应用有着重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种天然气水合物产品连续快速生产系统，采用该系统可将天然气水合物产品合成、水合物晶体分离过滤生产以及回收气、油相再循环利用一系列工艺流程耦合起来，实现天然气水合物产品的连续、快速生产，解决了目前水合法储天然气密度和效率不高、难以实现连续生产这一问题。本专利技术的另一目的还在于提供利用上述系统实现天然气水合物产品连续快速生产的方法，采用该方法在低温、较低压力下让天然气与水/油-环戊烷（CP）乳液接触合成水合物油浆液，利用CP的加入显著降低天然气在水/油乳液中的水合生成条件，利用乳液和水合物浆液良好流动性，实现水合物油浆液合成-过滤浆液生产水合物产品进行储存或运输-油、气相回收利用等连续生产流程，具有广阔的应用前景。为达到以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案。一种天然气水合物产品连续快速生产系统，该系统主要包含水/油-CP乳液配制器、高压气源、制冷单元、水合物合成塔、水合物产品过滤生产单元、过滤油相循环利用单元、过滤闪蒸气相循环利用单元、换热单元。所述水/油-CP乳液配制器为高压容器，工作压力为0-5MPa，容器体积不小于水合物合成塔容积。容器顶部有纯水、油-CP-水合物阻聚剂混合溶液、天然气、循环利用油相、循环利用闪蒸气注入口各1个，排空阀1个；容器内底部有搅拌桨1个；容器右侧下部有乳液排出口1个。整个乳液样品配制器放置于一个低温控制箱内，为水合物合成塔提供低温、饱和了天然气的水/油-CP乳液。所述制冷控制单元同时为乳液配制器和水合合成塔提供低温环境，采用现有制冷技术。所述水合物合成塔为高压反应塔，水合塔工作压力为0-10MPa，包括塔中主管，塔顶封盖和塔底封盖，封盖通过螺栓固定。在塔的高压腔体外设置了1个真空夹套层，起到一个保温作用。塔的顶部布置有乳液注入口，乳液注入管线在塔内通过喷头将乳液注入与高压气体接触；塔中布置有低温制冷盘管，用来降低流体的温度，促进气体水合物生成；塔中同时布置有填料层，填料层一方面可减缓水/油乳液、水合物油浆液下降的速度，提高气-水-水合物多相接触面积和延长反应时间，同时填料能有效传递制冷盘管的冷量而将水合反应放出的热量抵消。填料层底部被1个筛网托起，筛网网格尺寸小于填料颗粒度。合成塔侧面靠近底部布置有1个天然气注入口，注入气管线在塔内以水平盘旋状放置，盘旋管线上布有出气小孔，以减小注入气泡直径，增加注入气泡数目，提高注入气-乳液接触面积。反应塔底部布置有1个水合物油浆液排出口。所述乳液配制器和水合物合成塔之间管线上布置有高压注液泵，用来将配样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气水合物产品连续快速生产系统，由乳液配制器（8）、水合物合成塔（27）、产品过滤生产单元、油相收集罐（51）、闪蒸气收集罐（42）、制冷控制单元组成，其特征在于，所述乳液配制器（8）为一高压容器，容器顶部有水注入口、油-环戊烷-乳化剂混合溶液注入口、天然气注入口，容器内底部有搅拌桨，容器下部有乳液排出口，该配制器分别通过水注入口、油-环戊烷-乳化剂混合溶液注入口连接水中间容器（1）、油-环戊烷-乳化剂混合溶液中间容器（2），通过天然气注入口连接天然气瓶（13），通过乳液排出口连接水合物合成塔的乳液注入口，该配制器放置于低温控制箱中；所述水合物合成塔（27）为一高压腔体，外覆保温套（28），塔顶有乳液注入口，乳液注入管线在塔内通过喷头（26）将乳液注入；塔中设置填料层（30），填料层位于填料托盘（22）上；塔侧面靠近底部有天然气注入口，天然气注入口连接天然气瓶（13），天然气通过注气管线进入塔内，注气管线在塔内以水平盘旋状放置，该盘旋管线上有出气小孔；塔底设有水合物油浆液排出口，合成塔通过水合物油浆液排出口与产品过滤生产单元的过滤器组连接；所述产品过滤生产单元包含过滤器组和低温室，过滤器组位于低温室（47）中，过滤器组包含多个并排工作的过滤器，每个过滤器中有悬挂的过滤网箱（53），网箱侧面和底部壁面有过滤孔；过滤器顶部有排气孔，底部有排液孔，排气孔连接闪蒸气收集罐（42），排液孔连接油相收集罐（51），所述闪蒸气收集罐、油相收集罐分别连接乳液配制器；所述制冷控制单元包括制冷系统（21）、低温室（47），制冷系统连接低温控制箱的冷液循环管线（17）、合成塔内的冷液循环管线（29）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物产品连续快速生产系统，由乳液配制器（8）、水合物合成塔（27）、产品过滤生产单元、油相收集罐（51）、闪蒸气收集罐（42）、制冷控制单元组成，其特征在于，所述乳液配制器（8）为一高压容器，容器顶部有水注入口、油-环戊烷-乳化剂混合溶液注入口、天然气注入口，容器内底部有搅拌桨，容器下部有乳液排出口，该配制器分别通过水注入口、油-环戊烷-乳化剂混合溶液注入口连接水中间容器（1）、油-环戊烷-乳化剂混合溶液中间容器（2），通过天然气注入口连接天然气瓶（13），通过乳液排出口连接水合物合成塔的乳液注入口，该配制器放置于低温控制箱中；所述水合物合成塔（27）为一高压腔体，外覆保温套（28），塔顶有乳液注入口，乳液注入管线在塔内通过喷头（26）将乳液注入；塔中设置填料层（30），填料层位于填料托盘（22）上；塔侧面靠近底部有天然气注入口，天然气注入口连接天然气瓶（13），天然气通过注气管线进入塔内，注气管线在塔内以水平盘旋状放置，该盘旋管线上有出气小孔；塔底设有水合物油浆液排出口，合成塔通过水合物油浆液排出口与产品过滤生产单元的过滤器组连接；所述产品过滤生产单元包含过滤器组和低温室，过滤器组位于低温室（47）中，过滤器组包含多个并排工作的过滤器，每个过滤器中有悬挂的过滤网箱（53），网箱侧面和底部壁面有过滤孔；过滤器顶部有排气孔，底部有排液孔，排气孔连接闪蒸气收集罐（42），排液孔连接油相收集罐（51），所述闪蒸气收集罐、油相收集罐分别连接乳液配制器；所述制冷控制单元包括制冷系统（21）、低温室（47），制冷系统连接低温控制箱的冷液循环管线（17）、合成塔内的冷液循环管线（29）。


2.如权利要求1所述的一种天然气水合物产品连续快速生产系统，其特征在于，所述乳液配制器、水合物合成塔、产品过滤生产单元设有压力表。


3.如权利要求1所述的一种天然气水合物产品连续快速生产系统，其特征在于，所述乳液配制器体积不小于水合物合成塔的容积。


4.如权利要求1所述的一种天然气水合物产品连续快速生产系统，其特征在于，所述合成塔底的水合物油浆液排出口与过滤器组之间的连接管线上设有节流阀。


5.如权利要求1所述的一种天然气水合物产品连续快速生产系统，其特征在于，所述合成塔中填料层采用铜制填料。


6.如权利要求1所述的一种天然气水合物产品连续快速生产系统，其特征在于，所述水合物合成塔中填料层可采用塔板替换。


7.如权利要求1所述的一种天然气水合物产品连续快速生产系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘煌，詹思源，李瑞景，郭平，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51