專利名稱：一種氣體水合物生產方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于氣體水合物應用及儲運技術領域，特指一種氣體水合物生產方法及裝置。
背景技術：
氣體水合物是輕質氣體如甲垸、乙烷、丙烷、C02 、 H2S等和水在一定溫度和壓
力(一般為低溫高壓)下生成的非化學計量的固體結晶物質。
部分氣體在0'C生成氣體水合物的壓力順序為H2S〈異丁烷< 丙烷< 乙烷< 乙烯
<C02<甲垸< 氧氣< 氮氣。其中丙垸氣體由于低毒易得，在0t:和小于0.2MPa的條件 下即可形成水合物，所以應用廣泛。雖然水合物的結構和形成條件差別很大，但是如果 每種水合物的各籠都被氣體分子占據，它們表現出驚人的相似性，即都是由質量分數為 85 %左右的水和質量分數為15 %左右的氣體組成。但水合物在這些領域的應用跟氣體水 合物生成的促進與抑制作用密切相關。受到其儲氣密度低、生成速度慢以及誘導時間長 等因素的阻礙，尤其當前水合物應用技術面臨的最大技術障礙就是如何提高水合物的生 成速率和效率。例如甲烷在靜止純水體系中壓力為5.76MPa、溫度為4.3'C時，形成水合 物的誘導時間在28小時以上，水合物晶體的生長速度慢直接影響水合物利用技術的推廣。 為解決這些問題，采用了多種方法促進水合物的形成(林于拉等，化工進展，2005， 24 (11): 1229—1233):通過攪拌可以提高水合物的生長速度，但是攪拌又帶來了一些其 他不利因素能量消耗增大、水合物儲氣密度降低等；采用超聲波霧化，增大氣-水接觸 面積，可以提高水合物生成速度，但是系統添加的超聲波霧化器不僅使投資費用增大， 而且運行費用也增大；噴淋和氣泡法都能增大相界面積，從而提高水合物生成速度；在 水合物形成體系中添加一些添加劑可以促進水合物生成，提高水合物生長速度，國內外 研究較多的是在水中添加陰離子表面活性劑，如十二垸基硫酸鈉(SDS)、四氫呋喃等。可 使水合物形成誘導時間縮短到1 1.5小時，壓力較純水體系降低1 2 MPa。然而，這類 表面活性劑盡管能使水合物生成速度加快，但還是不能令人滿意，且水合物儲氣密度不 高。美國專利US5,536，893(公告日1996年7月16日)公開了生產氣體水合物裝置，操作 流程和設備復雜，工業化難度較大。近幾年關于氣體水合物的研究很多，但大量文獻僅 涉及到水合物的實驗室制備，而沒有涉及到氣體水合物快速連續生產裝置和生產工藝
發明內容
本發明要解決的技術問題是開發出能高效、快速、連續生產氣體水合物的裝置及工 藝，為氣體水合物利用技術的推廣提供技術裝備。
為實現上述目的，本發明提供了一種氣體水合物利用的水合物生產方法及工藝，如 天然氣水合物、煤層氣水合物、H2S水合物、C02水合物、乙烯水合物等，本發明采用的 技術方案包括
(1) 低溫罐，將水合物促進劑和運行后水合物分離器分離出的含有水合物晶核的水
和低溫罐中的水混合形成0 7。C的低溫水，稱為"富水"。"富水"經泵增壓到1 25MPa 進入管道。水合物促進劑由占總溶液質量分額1 10%的環戊烷與濃度為800 1300ppm 的十二垸基苯磺酸鈉配制而成。
(2) 降溫后的氣體尤其是天然氣經過管道混合器2按摩爾比1: 9 1: 180與"富 水"混合。
(3) 氣水混合物經過螺旋氣泡發生器5產生旋轉的氣液兩相泡狀流，使氣液兩相以 較大的相面積充分混合。視反應管道長短，螺旋氣泡發生器可裝設1個或多個。
(4) 然后進入管道螺旋管反應器6完成誘導期的水合物反應，形成含有大量水合物 晶核的水合物漿液。反應器溫度在0 7'C范圍內。管道螺旋管反應器的盤管長度視不同 體系的誘導時間和水合物產量而定。
(5) 水合物發生器8由倒錐體和柱體組成，錐角6 35度，錐體起擴壓作用，水合 物漿液在水合物發生器8內降速提壓，迅速生成水合物。
(6) 通過分離器9將水合物與未進行反應的氣體和水分離，水合物裝罐14，含有水 合物晶核的水通過調節閥11返回低溫水箱l，氣體通過調節閥10返回壓氣機入口繼續使 用。
本發明的有益效果是，采用管道式氣體水合物連續生產裝置，反應器本體的螺旋盤 管設計有效地節省了空間，錐形水合物發生器的設計則利用了流動介質的能量轉換將動 能和位能轉化為壓能，從而提高了水合物生成速度。本發明結構緊湊、方法簡單、易于 操作和控制、成本少、能耗低。可用于儲存和運輸海上油田伴生氣、陸上油田伴生氣、 煤層氣、二氧化碳氣體等等以及基于水合物利用的相關技術領域如天然氣中脫硫、脫碳， 煤層氣脫氧，制冷技術等等。進一步節省天然氣儲運費用，提高氣體分離效率，有效的 節約了能源和成本。
圖1為氣體水合物生產裝置流程圖
圖中，1-低溫水箱；2-增壓泵；3-壓氣機；4-氣液混合器；5-螺旋氣泡發生器；6-螺旋管式反應器；7-螺旋盤管；8-水合物發生器；9-三相分離器；10-氣體壓力調節閥； ll-水壓力調節閥；12-加藥管；13-上水管；14-水合物儲罐；15-低溫水浴。
具體實施例方式
本發明采用的氣體水合物生產裝置如圖1所示，裝置所有部件均用保溫材料保溫。 水在容積為0. 54mM氏溫水箱1中保持1 5'C的溫度，通過加藥管12加入適量的水合物 生成促進劑，促進劑由占總溶液質量分額5%環戊烷與濃度1200ppm的十二垸基苯磺酸鈉 配制而成，混合物溶液稱為"富水"。用增壓泵2將"富水"升壓至8MPa，流量0. 7L/min， 被降溫至2'C的天然氣經過氣液混合器4按摩爾比1:100與"富水"混合。經螺旋氣泡發 生器5形成泡狀氣液兩相流，增大氣液接觸面積，加速質量傳遞。上升布置的螺旋盤管7 安裝在直徑500ram高2000鵬的螺旋管式反應器6內，螺旋管式反應器6內的水由低溫水 浴15控制在3 4°C。氣液混合物在反應器內已形成水合物漿液，水合物漿液從反應器出 來，自上而下進入錐角20度，錐高1500mm的錐形水合物發生器8，由于水合物發生器8 內的壓力盤管出口壓力提高很多，使水合物迅速生成。三相分離器9將水合物與未參與 反應的天然氣和水進行分離，分離出的水含有水合物晶核，通過水壓力調節閥ll控制返 回低溫水箱l;分離出的天然氣通過氣體壓力調節閥10控制返回壓氣機3入口繼續使用。 分離出的天然氣水合物進入水合物儲罐14儲存，如此循環。該裝置每天(24小時)能生 產300kg左右的天然氣水合物。
權利要求
1、一種氣體水合物生產裝置，其特征在于，所述氣體水合物生產裝置包括溫水箱1，所述低溫水箱1上還設有上水管13，水合物生成促進劑通過加藥管12加入所述低溫水箱1，然后經增壓泵2至氣液混合器4，經螺旋氣泡發生器5進入螺旋管式反應器6內，所述螺旋管式反應器6內上升布置的螺旋盤管7；水合物漿液從螺旋管式反應器6出來，自上而下進入錐形水合物發生器8，所述錐形水合物發生器8連接三相分離器9將水合物與未參與反應的天然氣和水進行分離，分離出的水含有水合物晶核，通過水壓力調節閥11控制返回低溫水箱1；分離出的天然氣通過氣體壓力調節閥10控制返回壓氣機3入口繼續使用；分離出的天然氣水合物進入水合物儲罐14儲存。
2、 根據權利要求l所述的一種氣體水合物生產裝置，其特征在于，所述氣體水合物生產 裝置所有部件均用保溫材料保溫。
3、 根據權利要求l所述的一種氣體水合物生產裝置，其特征在于，所述螺旋管式反應器 6的直徑為500鵬高2000mm，所述螺旋管式反應器6內的水由低溫水浴15控制。
4、 根據權利要求1所述的一種氣體水合物生產裝置，其特征在于，所述錐形水合物發生 器8的錐角6 35度，錐高1500ram。
5、 根據權利要求1所述的一種氣體水合物生產裝置，其特征在于，螺旋氣泡發生器5設 置1個或多個。
6、 一種氣體水合物生產方法，其特征在于，所述氣體水合物生產方法的過程為水在容積 為0. 54m3低溫水箱1中保持0 7。C的溫度，通過加藥管12加入適量的水合物生成促 進劑，稱為"富水"；用增壓泵2將"富水"升壓至1 25MPa，天然氣經過氣液混合器4按摩爾比1: 9 1: 180與"富水"混合。經螺旋氣泡發生器5形成泡狀氣液兩相流； 螺旋管式反應器6內的水由低溫水浴15控制在0 7°C，氣液混合物在反應器內形成 水合物漿液，水合物漿液從螺旋管式反應器6出來，自上而下進入錐形水合物發生器 8，生成水合物；三相分離器9將水合物與未參與反應的天然氣和水進行分離，分離出的水含有水合物 晶核，通過水壓力調節閥ll控制返回低溫水箱l;分離出的天然氣通過氣體壓力調節閥10控制返回壓氣機3入口繼續使用； 分離出的天然氣水合物進入儲罐14儲存，進行循環利用。
7、 根據根據權利要求6所述的一種氣體水合物生產方法，其特征在于，所述水合物促進 劑由占總溶液質量分額1 10%的環戊垸與濃度為800 1300ppm的十二烷基苯磺酸鈉 配制而成。
全文摘要
本發明涉及一種能高效、快速、連續生產氣體水合物的工藝及裝置，為氣體水合物利用技術的推廣提供技術裝備，本發明采用管道式氣體水合物連續生產裝置，反應器本體采用螺旋盤管設計有效地節省了空間，錐形水合物發生器利用流動介質的能量轉換將動能和位能轉化為壓能，從而提高了水合物生成速度。本發明結構緊湊、方法簡單、易于操作和控制、成本少、能耗低。
文檔編號B01J3/00GK101513600SQ20091003024
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者周詩崠, 武玉憲, 王樹立, 趙會軍, 志 鄭 申請人:江蘇工業學院