采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備系統，其特征在于，包括：供氣裝置，為水合反應提供所需的天然氣；制冷裝置，與供氣裝置相連通，對天然氣進行冷卻并驅動天然氣的流動；以及天然氣水合物制備裝置，與制冷裝置相連，用于制備天然氣水合物，其中，制冷裝置包括：入口端與供氣裝置的出口端相連通，對天然氣進行干燥的干燥器；入口端與干燥器的出口端相連通，用于抽吸天然氣，并對天然氣進行壓縮的壓縮機；入口端與壓縮機的出口端相連通，使天然氣降溫的冷卻器；以及入口端與冷卻器的出口端相連通，出口端與天然氣水合物制備裝置相連通，通過節流使所述天然氣降溫，并將降溫后的天然氣送入天然氣水合物制備裝置的節流閥。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及天然氣水合物的制備系統，具體涉及一種采用壓縮式制冷循環的 天然氣水合物制備系統。 采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備系統
【背景技術】
[0002] 近年來，國內外對天然氣水合物的系統研究表明，用水合物進行天然氣的固態運 輸具有良好的開發前景。這主要體現在：1.蓄能密度大，據報道，lm3的天然氣水合物（NGH) 可攜帶標準狀態下150?160m3的天然氣；2.制備技術簡單，NGH可以在6MPa以下、-10? l〇°C條件下進行制備，與液化天然氣（LNG)相比避免了超低溫制備的環節；3.水合物的熱 物理性質比較穩定，儲存安全，實驗發現，NGH在常壓，-1?-18°C時，可以穩定地儲存而不 會發生分解；4.可有效地進行NGH的再氣化，有兩種方法可使水合物分解：①在某個溫度下 降壓使其壓力低于相平衡壓力，②在某個壓力下升溫使其溫度高于相平衡溫度；5.NGH易 于輸送，使得NGH尤其適用于尚無輸氣管道的油氣田和海上油氣田，以及在經濟上不適合 建設輸氣管道的小型氣田；6.NGH的投資成本低于LNG，1995年，挪威的Gudmundsson等人 對NGH和LNG形式運輸天然氣的成本進行了對比研究，發現采用NGH技術比采用LNG技術 總投資減少26 %。因此，國內外學者普遍認為，NGH儲運技術有可能替代LNG技術成為未來 天然氣大規模儲運手段之一。
[0003] 氣體制冷機以氣體為工質，壓縮式氣體制冷機的工作過程包括等熵壓縮、等壓冷 卻、等熵膨脹和等壓吸熱四個過程，它的特點是工質在循環過程中不發生集態變化。壓縮式 氣體制冷循環技術已經成熟并在飛機空調、低溫制冷領域得到廣泛應用。在天然氣水合物 儲運【技術領域】，天然氣水合物的制備技術日益成熟，鼓泡式水合物強化生長技術具有很強 的實用可行性。在這種情況下，開發采用壓縮式天然氣制冷循環的水合物連續制備裝置具 有很強的技術經濟可行性和必要性。
[0004] 中國專利CN101358685先將設置有制冷循環系統的管式層狀結構儲罐充滿水，然 后通入氣體至0.IMPa左右，排出多余的水，通入氣體加壓至壓力5?6MPa，通過冷卻系統控 制溫度在0?4°C，使氣體和儲罐內管道中的水接觸，在靜態條件下生成NGH，然后降溫，降 壓，冷凍到-15?-20°C，密閉儲存。將NGH儲罐放在安裝有保溫裝置的NGH儲運汽車（火 車）槽車上，NGH經汽車（火車）運輸到目的地后，從外部的制冷循環系統中直接通入溫度 高于15°C的水，NGH很快氣化；NGH氣化后，剩余的水回收或重復利用。該方法在靜態體系 下生成水合物的速度慢，儲罐上裝有制冷循環系統，勢必増加運輸成本。
[0005] 日本專利JP2005263825A公開了一種射流式水合物生產工藝和設備，液體經高壓 泵由射流器噴射，同時吸入天然氣，混合后噴射進入反應器中，在反應器內攪拌裝置的擾動 下合成NGH。該方法増加了機械攪拌，不可避免的產生熱效應，影響NGH實際生成條件的維 持，而且機械攪拌増加制備過程的能耗，提高制備成本。
[0006] 中國發明專利97190182. 1揭示了一種氣泡擾動法和機械攪拌法結合來制備NGH 的方法，氣體從容器底部經噴嘴噴出沖擊水形成氣泡擾動，通過電機帶動安裝在容器中的 攪拌器，增大氣體與水的接觸面積，加速NGH的生成。上述方法仍然需要使用機械攪拌，增 加了生產過程中的能耗；而且該方法使用冷卻水制冷，需要額外配備冷卻水裝置。
[0007] 上述NGH合成技術上的不足極大地阻礙了其在天然氣儲運技術上的應用。國內 NGH合成技術還很不成熟，還有許多技術問題需要研究解決，使其無法商業化應用。 實用新型內容
[0008] 本實用新型是針對上述課題進行的，目的在于提供一種結構簡單，無需配備專用 的機械攪拌裝置和制冷裝置的天然氣水合物制備系統。
[0009] 本實用新型為實現上述目的，采用了以下的技術方案：
[0010] 本實用新型提供一種采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備系統，其特征在 于，包括：供氣裝置，為水合反應提供所需的天然氣；制冷裝置，與供氣裝置相連通，對天然 氣進行冷卻并驅動天然氣的流動；以及天然氣水合物制備裝置，與制冷裝置相連，用于制備 天然氣水合物，其中，制冷裝置包括：入口端與供氣裝置的出口端相連通，對天然氣進行干 燥的干燥器；入口端與干燥器的出口端相連通，用于抽吸天然氣，并對天然氣進行壓縮的壓 縮機；入口端與壓縮機的出口端相連通，使天然氣降溫的冷卻器；以及入口端與冷卻器的 出口端相連通，出口端與天然氣水合物制備裝置相連通，通過節流使所述天然氣降溫，并將 降溫后的天然氣送入天然氣水合物制備裝置的節流閥，天然氣水合物制備裝置包括：為水 合反應提供所需水的供水部；與該供水部的出口端和節流閥的出口端相連通，用于使天然 氣和水進行水合反應生成天然氣水合物的鼓泡式水合物反應釜；入口端與該鼓泡式水合物 反應釜相連的循環泵；以及與循環泵的出口端相連的脫水儲存器，鼓泡式水合物反應釜具 有本體；位于本體底部，與節流閥的出口端相連通的氣流入口；位于本體頂部，與干燥器的 入口端相連通，用于排出水合反應剩余的天然氣的氣流出口；位于本體的側面下方，與水泵 的出口端相連通的第一入水口；位于本體的側面下方，與脫水儲存器相連通的第二入水口； 位于本體的側面上方，與循環泵的入口端相連通的水合物出口；以及安裝在本體的底部，并 位于氣流入口的上方，用于平均氣流的孔板，脫水儲存器將天然氣水合物與夾帶的天然氣 和水進行分離，并用于存儲分離后的天然氣水合物，具有多層的多孔篩板主體；位于主體頂 端，與干燥器的入口端相連通，用于排出分離出的天然氣的出氣口；位于主體的側面上方， 與循環泵的出口端相連通的水合物入口；以及位于主體的側面下方，與鼓泡式水合物反應 釜的第二入水口相連通，將分離出的水導入水合物反應釜的出水口。
[0011] 實用新型的作用與效果
[0012] 本實用新型所涉及的采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備系統，因為采用壓 縮機來驅動天然氣反復穿越鼓泡式水合物反應釜，采用鼓泡式水合物反應釜制備天然氣水 合物，并設置孔板來平均天然氣的氣流，使天然氣和水充分接觸，因此可以有效增大天然氣 水合物的生成速度，使水合反應更徹底，無需另外配制機械擾動設備。
[0013] 另外，因為采用冷卻器和節流閥使天然氣降溫降壓后進入鼓泡式水合物反應釜， 低溫的天然氣可以對鼓泡式水合物反應釜進行降溫并吸收水合反應熱，因此該制備系統無 需配備冷卻水裝置，多余的天然氣被壓縮機吸走并升溫升壓，然后經降溫降壓后再次進入 鼓泡式水合物反應釜進行水合反應，實現天然氣的制冷循環和充分利用。
[0014] 該天然氣水合物制備系統可以用于連續、大量地制備天然氣水合物，并且無需另 外配備專用的制冷裝置和機械擾動裝置，結構簡單，具有良好的工程應用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是天然氣水合物制備系統的結構框圖；和
[0016] 圖2是天然氣水合物制備系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 以下結合附圖，對本實用新型所涉及的采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備 系統作詳細闡述。
[0018] 實施例
[0019] 圖1是天然氣水合物制備系統的結構框圖。
[0020] 如圖1所示，天然氣水合物制備系統10包括供氣裝置11、制冷裝置12以及天然氣 水合物制備裝置13。
[0021] 圖2是天然氣水合物制備系統的結構示意圖。
[0022] 供氣裝置11用于為水合反應提供所需的天然氣。如圖2所示，供氣裝置11包括 天然氣鋼瓶14和閥門15。閥門15與天然氣鋼瓶14的出氣口相連。
[0023] 制冷裝置12用于對天然氣進行冷卻，并驅動天然氣的流動。如圖1、2所示，制冷 裝置12包括干燥器16、壓縮機17、冷卻器18、以及節流閥19。
[0024] 干燥器16的入口端與閥門15相連通，出口端與壓縮機17的入口端相連通。壓縮 機17的出口端與冷卻器18的入口端相連通。冷卻器18的出口端與節流閥19的入口端相 連通。節流閥19的出口端與天然氣水合物制備裝置13相連通。
[0025] 天然氣水合物制備裝置13用于使天然氣和水發生水合反應來制備天然氣水合 物。如圖1、2所示，天然氣水合物制備裝置13包括供水部20、鼓泡式水合物反應釜21、循 環泵22以及脫水儲存器23。
[0026] 供水部20用于提供水合反應所需的水，包括水槽24和水泵25,水泵25分別與水 槽24和鼓泡式水合物反應釜21相連，將水槽24中的水抽入鼓泡式水合物反應釜21。
[0027] 鼓泡式水合物反應釜22用于制備天然氣水合物，包括本體26、氣流入口 27、氣流 出口 28、第一入水口 29、第二入水口 30、水合物出口 31以及孔板32。氣流入口 27位于本 體26的底部，與節流閥19的出口端相連通。氣流出口 28位于本體26的頂部，與干燥器16 的入口端相連通。第一入水口 29位于本體26的側面下方，與水泵25相連。第二入水口 30 也位于本體26的側面下方，與脫水儲存器23相連通。水合物出口 31位于本體26的側面 上方，與循環泵22的入口端相連通。孔板32安裝在本體26的底部，位于氣流入口 27的上 方。
[0028] 循環泵22用于將鼓泡式水合物反應釜21中生成的天然氣水合物抽吸進入脫水儲 存器23。循環泵22的入口端與水合物出口 31相連通，出口端與脫水儲存器23相連通。
[0029] 脫水儲存器23用于將鼓泡式水合物反應釜21中生成的天然氣水合物進行干燥， 分離夾帶的天然氣，并用于儲存分離干燥后的天然氣水合物。脫水儲存器23具有主體33、 水合物入口 34、出氣口 35、以及出水口 36。水合物入口 34位于主體33的側面上方，與循環 泵22的出口端相連通。出氣口 35位于主體33的頂部，與干燥器16的入口端相連通。出 水口 36位于主體33的側面下方，與鼓泡式水合物反應釜21的第二入水口 30相連通。
[0030] 天然氣水合物制備系統10的工作過程中，操作者首先打開水泵25,抽吸水槽24中 的水，水槽24中的水通過第一入水口 29進入鼓泡式水合物反應釜24。打開壓縮機17和 節流閥19,使鼓泡式水合物反應釜21中的工作溶液的溫度保持在3°C，壓力保持在0. 3? IMPa。打開閥門15,使天然氣鋼瓶14中的天然氣進入干燥器16,天然氣經干燥后進入壓縮 機17,在壓縮機17內壓縮成高溫高壓氣體，高溫高壓的天然氣進入冷卻器18,被冷卻成低 溫高壓的天然氣，然后進入節流閥19,低溫高壓的天然氣在節流閥19的節流作用下損失能 量，變為低溫低壓氣體。
[0031] 低溫低壓的天然氣經氣流入口 27進入鼓泡式水合物反應釜21，其中一部分低溫 天然氣吸熱升溫，使鼓泡式水合物反應釜21中的水溫度降低，另一部分低溫的天然氣與降 溫后的水相互混合就可以生成天然氣水合物漿，水合反應熱被低溫天然氣吸收并使低溫天 然氣升溫，孔板32使從氣流入口 27流入的天然氣氣流更平均穩定，從而使天然氣與鼓泡式 水合物反應釜21中的水充分接觸，提高水合物的生成速率。未參與水合反應的天然氣被壓 縮機17吸走，從鼓泡式水合物反應釜21頂部的氣流出口 28流出，進入干燥器16,然后分別 進入壓縮機17、冷卻器18和節流閥19,再次變為低溫低壓氣體后通過氣流入口 27和孔板 32進入鼓泡式水合物反應釜21，從而實現天然氣的循環利用。
[0032] 鼓泡式水合物反應釜21中生成的天然氣水合物漿浮在工作溶液的上層，采用循 環泵22將天然氣水合物漿從水合物出口 31抽出，通過水合物入口 34進入脫水儲存器23。 脫水儲存器23的主體33是多層的多孔篩板結構，天然氣水合物漿進入脫水儲存器23后， 其中夾帶的天然氣在壓縮機17的抽吸作用下，從出氣口 35流出進入干燥器16,從而再次循 環利用；天然氣水合物漿中的水被篩板濾除，從出水口 36流出，并通過第二入水口 30流入 鼓泡式水合物反應釜21，進行循環利用；固態的天然氣水合物則留在多層的篩板上，儲存 在脫水儲存器23中。
[0033] 實施例的作用與效果
[0034] 本實施例所涉及的采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備系統，采用壓縮機17 驅動天然氣反復穿越鼓泡式水合物反應釜21中的工作溶液，并在鼓泡式水合物反應釜21 底部安裝用于平均氣流的孔板32,使天然氣與水充分接觸，用循環泵22將生成的天然氣水 合物漿抽出，因此，鼓泡式天然氣水合物反應釜21中可以連續、快速地生成天然氣水合物， 無需配置專用的機械擾動設備。
[0035] 另外，因為采用壓縮機17、冷卻器18和節流閥19使天然氣降溫降壓，低溫的天然 氣進入鼓泡式水合物反應釜21后，可以吸收水合反應熱，對鼓泡式水合物反應釜21中的水 進行降溫，因此。鼓泡式水合物反應釜21中可以連續地生成天然氣水合物，無需配置專用 的制冷裝置。
[0036] 另外，鼓泡式水合物反應釜21中未參與水合反應的天然氣，和脫水儲存器23中從 天然氣水合物漿中分離的天然氣均被壓縮機17抽吸至制冷裝置12,形成低溫低壓的天然 氣后再次進入鼓泡式水合物反應釜21中參與水合反應，因此，制冷裝置12實現了天然氣的 制冷循環，使天然氣得到充分利用。
[〇〇37]當然，本實用新型所涉及的采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備系統并不僅 僅限定于以上實施例中所述的結構，以上僅為本實用新型構思下的基本說明，而根據本實 用新型的技術方案所作的任何等效變換，均應屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種采用壓縮式制冷循環的天然氣水合物制備系統，其特征在于，包括： 供氣裝置，為水合反應提供所需的天然氣； 制冷裝置，與所述供氣裝置相連通，對所述天然氣進行冷卻并驅動所述天然氣的流動； 以及 天然氣水合物制備裝置，與所述制冷裝置相連，用于制備天然氣水合物， 其中，所述制冷裝置包括：入口端與所述供氣裝置的出口端相連通，對所述天然氣進行 干燥的干燥器；入口端與所述干燥器的出口端相連通，用于抽吸所述天然氣，并對所述天然 氣進行壓縮的壓縮機；入口端與所述壓縮機的出口端相連通，使所述天然氣降溫的冷卻器； 以及入口端與所述冷卻器的出口端相連通，出口端與所述天然氣水合物制備裝置相連通， 通過節流使所述天然氣降溫，并將降溫后的天然氣送入所述天然氣水合物制備裝置的節流 閥， 所述天然氣水合物制備裝置包括：為所述水合反應提供所需水的供水部；與該供水部 的出口端和所述節流閥的出口端相連通，用于使所述天然氣和所述水進行所述水合反應生 成所述天然氣水合物的鼓泡式水合物反應釜；入口端與該鼓泡式水合物反應釜相連的循環 泵；以及與所述循環泵的出口端相連的脫水儲存器， 所述鼓泡式水合物反應釜具有本體；位于所述本體底部，與所述節流閥的所述出口端 相連通的氣流入口；位于所述本體頂部，與所述干燥器的所述入口端相連通，用于排出所述 水合反應剩余的天然氣的氣流出口；位于所述本體的側面下方，與所述水泵的所述出口端 相連通的第一入水口；位于所述本體的側面下方，與所述脫水儲存器相連通的第二入水口； 位于所述本體的側面上方，與所述循環泵的所述入口端相連通的水合物出口；以及安裝在 所述本體的底部，并位于所述氣流入口的上方，用于平均氣流的孔板， 所述脫水儲存器將所述天然氣水合物與夾帶的天然氣和水進行分離，并用于存儲分離 后的天然氣水合物，具有多層的多孔篩板主體；位于所述主體頂端，與所述干燥器的所述 入口端相連通，用于排出分離出的所述天然氣的出氣口；位于所述主體的側面上方，與所述 循環泵的所述出口端相連通的水合物入口；以及位于所述主體的側面下方，與所述鼓泡式 水合物反應釜的所述第二入水口相連通，將分離出的所述水導入所述水合物反應釜的出水 □。
【文檔編號】B01F13/02GK203866269SQ201420250315
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】謝應明, 高紅麗, 周興法, 方亞軍, 閆琳, 張明威 申請人:上海理工大學