一种天然气水合物静态强化快速连续生成装置及方法与流程

本发明属于石油工程领域，具体涉及一种天然气水合物静态强化快速连续生成装置及方法。

技术背景

气体水合物是一种由水氢键构成的笼子包围气体分子组成的冰状晶体，气体分子如甲烷、二氧化碳或其他的碳氢化合物。通过将天然气与水或溶液生成气体水合物可对天然气进行存储，天然气水合物储气密度高，单位体积的天然气水合物可存储180个体积的天然气，天然气水合物生成条件简单，只需将温度与压力控制在水合物生成条件即可。因此，使用水合物方法储运天然气具有极高的经济价值和应用潜力。

天然气水合物生成过程是放热过程，如果不能及时有效的将水合物生成放出的热量移出，会使得局部温度快速升高，阻碍水合物的进一步生成，使得储气量降低。此外，水合物一般在气液相界面处生成，形成薄而多孔的晶体膜，膜阻止客体与水的直接接触，因而阻止水合物进一步生长。

基于上述问题，为了解决水合物生成过程中不能及时将热量移出的问题，本发明提供一种天然气水合物静态强化快速连续生成装置及方法，可快速高效的将水合物生成过程中产生的热量移出，实现天然气水合物连续高效的生成，采用可分离式天然气水合物储罐对生成的水合物进行储运。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种天然气水合物静态强化快速连续生成装置，本发明的进一步目的是提供这种装置的使用方法。本发明的方法与装置操作简单，生产成本低，效率高。

本发明技术方案如下。

一种天然气水合物静态强化快速连续生成装置，包括料液箱入口阀、料液箱、料液箱出口阀、然气缓冲罐入口阀、天然气缓冲罐、第一压缩机、第一压缩机出口调压阀、压力控制系统、反应釜、温度控制系统、制冷系统、第一三通阀、第一天然气水合物储罐、第二天然气水合物储罐、第二压缩机、第二压缩机出口调压阀和第二三通阀；

所述料液箱入口阀依次连接料液箱、料液箱出口阀、反应釜，所述反应釜还连接有制冷系统与温度控制系统；

所述天然气缓冲罐入口阀连接天然气缓冲罐，所述天然气缓冲罐与第一压缩机、第一压缩机出口调压阀依次连接，所述第一压缩机出口调压阀分别与压力控制系统、反应釜连接，所述反应釜底部连接有第一三通阀，所述第一三通阀分别与第一天然气水合物储罐、第二天然气水合物储罐连接；

所述天然气缓冲罐还连接有第二压缩机，所述第二压缩机与第二压缩机出口调压阀、第二三通阀依次连接，所述第二三通阀分别与第一天然气水合物储罐、第二天然气水合物储罐连接，所述压力控制系统连接第二压缩机出口调压阀；

所述反应釜内有个刮片、液体均匀分布器、进液口、进气口以及水合物浆出口，反应釜外有多个制冷半导体，所述刮片位于反应釜内部，与反应釜内壁贴合，所述进液口位于反应釜顶部，所述液体均匀分布器位于反应釜上部，进液口下方，所述进气口位于反应釜下方，所述水合物浆出口位于反应釜底部，所述制冷半导体环绕在反应釜外侧。

进一步地，所述刮片在反应釜内刮动方式包括：天然气推动、电机皮带传动或电机螺杆带动；所述刮片的个数为一个以上。

进一步地，所述反应釜为立式圆筒型，其高径比为1：4~10，所述制冷系统为环绕在反应釜外侧的多个制冷半导体与埋在釜壁中的多个温度监测器，在温度控制系统的作用下，沿反应釜轴向温度呈梯度分布，由上至下，依次降低，温度范围为：271k~261k。

进一步地，所述温度监测器检测反应釜内壁温度，反馈给温度控制系统，并对制冷半导体进行控制调节；所述压力控制系统检测反应釜与第一天然气水合物储罐或第二天然气水合物储罐内压力，并控制第一压缩机出口调压阀与第二压缩机出口调压阀。

进一步地，所述第一三通阀与第二三通阀均为可切换管路连接，当第一天然气水合物储罐装满后，可切换管路使反应釜以及第二压缩机分别与第二天然气水合物储罐连接，在第一天然气水合物储罐拆卸更换时，接入第二天然气水合物储罐，确保连续生产，后续的生产过程同上。

进一步地，所述温度控制系统中温度监测器包括pt100热电阻、k型热电阻或t型热电阻，所述压力控制系统检测压力是通过压力传感器实现的。

一种天然气水合物静态强化快速连续生成方法，将水合物生成促进剂与水配成水溶液，进入反应釜中沿反应釜内壁呈膜状流下，在流动的过程中梯度降温，从反应釜底部通入2~8mpa的天然气，与液膜逆流接触，从而形成水合物膜，在反应釜内刮片的作用下，脱离反应釜内壁，与溶液形成水合物浆流入水合物储罐中。

一种天然气水合物静态强化快速连续生成方法，包括如下步骤：

（1）进料：启动制冷系统，通过环绕在反应釜外侧的多个制冷半导体，对反应釜进行梯度降温，接着启动第一压缩机与第二压缩机，对天然气缓冲罐中的天然气加压并从反应釜底部进气，对第一天然气水合物储罐进气，设置天然气水合物储罐内压力与反应釜压力相同，启动进液泵，料液箱中的溶液从反应釜顶部进液，其经液体均匀分布器的作用，沿反应釜内壁呈膜状均匀流动；

（2）反应：保持反应釜内绝对压力为2~8mpa，温度梯度为271k~261k，天然气与水作用生成天然气水合物薄膜，在釜内刮片的作用下，实现水合物薄膜与壁面分离，与未反应的溶液形成水合物浆，进入水合物储罐；

（3）分离：待第一天然气水合物储罐装满时，切换第一三通阀与第二三通阀，使第二天然气水合物储罐与反应釜以及第二压缩机连通，拆卸更换第一天然气水合物储罐；待第二天然气水合物储罐装满时，再一次切换第一三通阀与第二三通阀，使更换后的第一天然气水合物储罐与反应釜以及第二压缩机连通，后续的生产过程同上。

上述方法中，所述水合物生成促进剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、亮氨酸、四丁基溴化铵、四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化膦、甲基叔丁基醚、甲基环乙烷、环戊烷、tween-80、十二烷基三甲基氯化铵、叔丁醇、离子液体中的一种以上。

进一步地，反应温度梯度为271k~261k，反应时绝对压力为2~8mpa。

进一步地，反应釜的换热方式包括但不限于制冷半导体、换热盘管等。

上述方法中，液体由反应釜顶部进入后，经液体均匀分布器，沿反应釜内壁膜状流动，与从反应釜下方进入的天然气反应生成水合物，刮片将附着在反应釜内壁的水合物刮下，与未反应的液体形成水合物浆，经由反应釜底部的管道进入天然气水合物储罐。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的水合反应釜内壁采用梯度降温方式，液体沿反应釜内壁膜状流下过程中，对液体实现梯度降温，可快速移除水和反应放出的热量，温度控制精准且高效。

2、本发明中水合反应釜内液相沿反应釜内壁膜状分布，可在添加水合物生成促进剂的基础上，对水合物生成过程进行动力学强化，将水合物生成热力学强化与动力学强化有机的结合在一起，不仅降低了水合物生成所需的条件，而且气液接触面积大，且有利于水合热的移除，有利于水合反应的快速高效进行，控制水合反应速率仅需要改变进液速率，操作方法比较简单，且水合反应也更容易控制。

3、本发明中反应釜内部设计了多个刮片，可将粘附在反应釜内壁上的水合物刮掉，与未反应的液体一起形成水合物浆，进入可拆卸天然气水合物储罐，无需额外设备输送水合物，水合物的生成与存储独立进行，可以稳定连续进行水合物生产，工艺简单，运行环保安全。

附图说明

图1是本发明一种天然气水合物静态强化快速连续生成装置示意图。

图2是反应釜内部的结构简图。

图中各个部件如下：料液箱入口阀1、料液箱2、料液箱出口阀3、然气缓冲罐入口阀4、天然气缓冲罐5、第一压缩机6、第一压缩机出口调压阀7、压力控制系统8、反应釜9、温度控制系统10、制冷系统11、第一三通阀12、第一天然气水合物储罐13、第二天然气水合物储罐14、第二压缩机15、第二压缩机出口调压阀16、第二三通阀17、刮片91、液体均匀分布器92、制冷半导体93、进液口94、进气口95、水合物浆出口96。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的内容作进一步详细说明。

如图1~图2所示，一种天然气水合物静态强化快速连续生成装置，包括料液箱入口阀1、料液箱2、料液箱出口阀3、然气缓冲罐入口阀4、天然气缓冲罐5、第一压缩机6、第一压缩机出口调压阀7、压力控制系统8、反应釜9、温度控制系统10、制冷系统11、第一三通阀12、第一天然气水合物储罐13、第二天然气水合物储罐14、第二压缩机15、第二压缩机出口调压阀16和第二三通阀17；所述料液箱入口阀1依次连接料液箱2、料液箱出口阀3、反应釜9，所述反应釜9还连接有制冷系统11与温度控制系统10；所述天然气缓冲罐入口阀4连接天然气缓冲罐5，所述天然气缓冲罐5与第一压缩机6、第一压缩机出口调压阀7依次连接，所述第一压缩机出口调压阀7分别与压力控制系统8、反应釜9连接，所述反应釜9底部连接有第一三通阀12，所述第一三通阀12分别与第一天然气水合物储罐13、第二天然气水合物储罐14连接；所述天然气缓冲罐5还连接有第二压缩机15，所述第二压缩机15与第二压缩机出口调压阀16、第二三通阀17依次连接，所述第二三通阀17分别与第一天然气水合物储罐13、第二天然气水合物储罐14连接，所述压力控制系统8连接第二压缩机出口调压阀16；所述反应釜内有个刮片91、液体均匀分布器92、进液口94、进气口95以及水合物浆出口96，反应釜外有多个制冷半导体93，所述刮片91位于反应釜内部，与反应釜内壁贴合，所述进液口94位于反应釜顶部，所述液体均匀分布器92位于反应釜上部，进液口下方，所述进气口95位于反应釜下方，所述水合物浆出口96位于反应釜底部，所述制冷半导体93环绕在反应釜外侧。

所述刮片在反应釜内刮动方式包括：天然气推动、电机皮带传动或电机螺杆带动；以天然气推动为例：天然气与液相反应生成水合物时，消耗气体，使得釜内压力下降，刮片在压力差的推动下，贴着反应釜内壁轴向移动，将反应釜内壁上的水合物膜刮下。

所述刮片的个数为一个以上。所述反应釜9为立式圆筒型，其高径比为1：4~10，所述制冷系统11为环绕在反应釜9外侧的多个制冷半导体93与埋在釜壁中的多个温度监测器，在温度控制系统的作用下，沿反应釜轴向温度呈梯度分布，由上至下，依次降低，温度范围为：271k~261k。所述温度监测器检测反应釜9内壁温度，反馈给温度控制系统10，并对制冷半导体93进行控制调节；所述压力控制系统8检测反应釜9与第一天然气水合物储罐13或第二天然气水合物储罐14内压力，并控制第一压缩机出口调压阀7与第二压缩机出口调压阀16。所述第一三通阀12与第二三通阀17均为可切换管路连接，当第一天然气水合物储罐13装满后，可切换管路使反应釜9以及第二压缩机15分别与第二天然气水合物储罐14连接，在第一天然气水合物储罐13拆卸更换时，接入第二天然气水合物储罐14，确保连续生产，后续的生产过程同上。所述温度控制系统10中温度监测器包括pt100热电阻、k型热电阻或t型热电阻，所述压力控制系统检测压力是通过压力传感器实现的。

本发明的使用过程如下：

1）进料：启动制冷系统，通过环绕在反应釜外侧的多个制冷半导体，对反应釜进行梯度降温，接着启动第一压缩机与第二压缩机，对缓冲罐中的天然气加压并从反应釜底部进气，对第一天然气水合物储罐进气，设置天然气水合物储罐内压力与反应釜压力相同，启动进液泵，料液箱中的溶液从反应釜顶部进液，其经液体均匀分布器的作用，沿反应釜内壁呈膜状均匀流动。

（2）反应：保持反应釜内绝对压力为2~8mpa，温度梯度为271k~261k，天然气与水作用生成天然气水合物薄膜，在釜内刮片的作用下，实现水合物薄膜与壁面分离，与未反应的溶液形成水合物浆，进入水合物储罐；

（3）分离：待第一天然气水合物储罐装满时，切换第一三通阀与第二三通阀，使第二天然气水合物储罐与反应釜以及第二压缩机连通，拆卸更换第一天然气水合物储罐；待第二天然气水合物储罐装满时，再一次切换切换第一三通阀与第二三通阀，使更换后的第一天然气水合物储罐与反应釜以及第二压缩机连通，后续的生产过程同上。