一种制造煤层气水合物的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种能够连续、稳定、高效地制造煤层气水合物的装置，属于煤层 气储运领域，利用本实用新型装置能够安全、便捷地收集储运煤层气，提高煤层气的利用效 果。
【背景技术】
[0002] 煤层气是非常规天然气能源资源，一种洁净能源，煤层气的有效利用有利于环境 保护和国民经济的可持续发展。
[0003] 能源在国民经济中具有特别重要的战略地位。我国目前能源供需矛盾尖锐，结构 不合理;能源利用效率低;一次能源消费以煤为主，化石能源的大量消费造成严重的环境污 染。能源需求中油气所占比重的攀升进而促使对国外石油和天然气的依赖程度在快速增 大，已成为危及国家战略安全的重要因素，能源资源结构和能源消费结构正在给现代化进 程带来巨大困难。
[0004] 煤层气是赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分 游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。世界煤层气储量约占天然气储量的30%以 上，世界上已发现的26个最大的天然气田中，就有16个是煤层气田，其煤层气储量占天然气 储量的77%。世界主要产煤国都十分重视开发煤层气。煤层气开发已成为世界各国发展新 能源的新趋势。煤层气是除常规天然气以外，资源量最大、最为现实的洁净能源。
[0005] 煤层气是燃烧值高而且洁净的燃料气，不仅可以用作燃料，也可以作为化工原料 和发电。煤层气与常规天然气相比，其气体成分和用途均大致相同，但是煤层气中甲烷浓度 高低不一，有的煤层气甲烷含量达95%以上，有的仅30%~50%乃至更低。
[0006] 煤层气主要成分为甲烷，是一种具有强烈温室效应的气体。据测算，所有人类活动 造成的温室效应，20%是由甲烷引起的，而我国煤矿排放的甲烷占全球的35%以上。如果煤 层气得以充分利用，将大大减少温室气体的排放，如利用l〇〇〇m 3煤层气，相当于减排约15t 二氧化碳。而煤层气替代煤炭的燃烧利用可以大大削减大气污染物排放总量，每年可节约 煤炭2000万t，二氧化硫排放减少75.6万t，烟尘排放减少186万t，同时还减少煤灰占地产生 的环境问题，避免了煤炭加工、运输时产生的扬尘等大气污染，有利于改善人类赖于生存的 环境。
[0007] 煤层气有多种利用途经。但是其利用目的的实现，必须要以煤层气顺利抵达用户 为前提。煤层气利用中面临的问题主要有：
[0008] (1)远距离运输问题
[0009] 中国在煤层气开发区域，尚未建立与之相配套的长输管线，致使开发与市场脱节， 在众多地区出现"点天灯"现象。规模以上矿区开采出的煤层气也因为无管道往外运输，都 是自采自用，主要用来解决矿区的供电、供暖问题。煤层气的运输问题限制了煤层气的规模 化利用。另外，气态煤层气体积庞大，进行远距离运输需要大面积铺设管网或者多次运输， 耗费的成本巨大。同时，一定体积的气态煤层气质量很小，释放的能量不足以支持大能耗的 工业生产需求，要想满足工业生产需求就要不断补充，这给生产带来极大的不便。
[0010] ⑵煤层气进管网问题
[0011]煤层气和天然气管网一般都是由国有大企业进行建设，在运营中存在垄断性，其 他企业生产的煤层气要利用其管道输送存在很大的困难。另外，对于甲烷浓度小于90%的 煤层气不能直接进入管道，需要经过脱水、脱硫、提纯等处理，使甲烷浓度达到95%左右后 接入管网，但是技术要求高，成本大。因此，要使煤层气利用形成规模化必须解决的问题就 是"采出煤层气的有效输送问题"。
[0012] (3)管线压力不同的连接问题
[0013] 煤层气在从井口到用户输送的每一个环节中均需要进行增压处理，导致成本增 加。另外，在采用压力管道输送煤层气时，由于有大量的02存在以及煤层气加压的同时伴有 温度的升高，因此有可能存在煤层气输送过程在燃、爆极限范围内运行的情况，导致重大的 安全问题。
[0014] (4)小规模气井能源资源的浪费问题
[0015]对于单井开采规模小的气井，不论是管道输运、CNG、LNG，都存在成本高、收益小的 问题，使得煤层气资源无法得到很好利用，而往往不得不将其废弃，特别在开发初期，导致 大量煤层气空排。
[0016] 我国煤层气气源充足，埋深2000m以浅的煤层气资源总量约30~35万亿m3,与陆上 常规天然气资源总量(30万亿m 3)相当，居世界第三位。
[0017] 为了解决煤层气储运面临的问题，实现煤层气的安全、便捷、可靠的储运，以便满 足工业、民用、发电和车用等行业和领域的需要，本专利提出一种新型的煤层气储运技术。
[0018] 本实用新型的技术原理是利用煤层气中甲烷的特性，以水合物态储运煤层气。图1 是甲烷一水形成水合物的多元体系相图。本专利技术通过创造适宜的压力一温度条件，促 使煤层气中与水反应形成甲烷水合物。
[0019] 煤层气水合物是煤层气与水形成的非化学计量比晶态固体，能量密度大，使用安 全、经济。以水合物态储运对煤层气加以利用，能够实现煤层气的安全储运，显著降低煤层 气储运费用。
[0020] 鲁伊恒和陈颖等(CN 103881775A)提出了一种煤层气水合物的制备及能量回收系 统，主要在于甲烷水合物提取时的能量利用，并未深入探讨煤层气水合物的制备方法和装 置。该专利中提出的冷却盘管移热在效率和稳定操作上仍然存在问题。此外装置太过复杂， 仅制冷系统就有多种方式，因此其工业化方面存在一些障碍。
[0021] Dong-Liang Zhong等人提出了采用甲烷水合物提纯气体的研究，主要集中于实验 室研究，难以显示出产业化的前景。Jing Cai等人采用鼓泡方法对煤层气水合物分离方法 进行了实验室研究，也没有表现出工业化前景。
[0022] 张建文和杨林(ZL201310558066.8)提出以鼓泡为中心，结合调晶器对形貌加以调 整，提高制造效率。制备过程中热质传递和体系停留时间难以控制，尽管提出了并流和逆流 工艺流程，但生产过程波动剧烈，难以控制。
【发明内容】
[0023]本实用新型的目的在于为煤层气能源资源的有效利用提供一种安全、便捷的水合 物储运技术，能够通过本实用新型的方法和装置持续、稳定、高效率地生产煤层气水合物。
[0024] -种制造煤层气水合物的方法，其特征在于应用如下装置:该装置包括2个工艺变 化控制单元、2个节流阀、2个内循环流反应器、2个进口阀、2个排放阀、2个输送栗、储冷单 元、制冷单元、中间储罐、添加剂储罐、水罐、分离机、中控系统；
[0025] A)内循环流反应器连接到工艺变换控制单元的两端形成回路;工艺变换控制单元 由输送栗连接变送器，变送器连接逻辑控制器控制的6个控制阀构成;实现并流和逆流生产 过程交替进行；
[0026] B)内循环流反应器，以下简称为反应器，由三段构成：内内循环流反应器下段安装 有气流分布器;反应器的冷冻剂出口与冷冻剂入口连接到制冷单元的两端形成回路;反应 器下部设有进口管与煤层气源连接，进口管与输送相连；中段为反应列管和壳侧形成的反 应段;煤层气、水在反应管内流动并进行水合反应，壳侧提供冷量移除反应管内的水合反应 热;上段为多相分离区，设有内循环器实现多相分离；内循环器与气体出口之间的空间用以 调节反应器内的压力;气体出口设有节流阀；
[0027] C)制冷单元设有五个回路:一路与内循环流反应器连通，一路与另一内循环流反 应器连通，一路与中间储罐连通，一路与水罐连通，一路与储冷单元连通；
[0028] D)内循环流反应器在工艺变换单元控制下形成串联和并联两种生产工艺；
[0029] E)内循环流反应器经排放阀、中间储罐、分离机、水罐和输送栗形成水循环回路； 一共有2个水循环回路，2个水循环回路对称布置;添加剂储罐连接到水罐上；
[0030] F)中控系统控制工艺变换单元、内循环流反应器、储冷单元、中间储罐、输送栗及 各个阀门。
[0031] 进一步，内循环流反应器反应温度为1~15°C，压力为2~9Mpa。
[0032] 进一步，储冷单元体积与反应器体积之比为2~10。
[0033] 进一步，