[发明专利]基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物的制备系统，具体涉及一种采用压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统。

背景技术

近年来，国内外对天然气水合物的研究表明，用水合物进行天然气的固态运输具有良好的开发前景。这主要体现在：1.蓄能密度大，据报道，1m³的天然气水合物(NGH)可携带标准状态下150～180m³的天然气；2.制备技术简单，NGH可以在6MPa以下、-10～10℃条件下进行制备，与液化天然气(LNG)相比避免了超低温制备的环节；3.水合物的热物理性质比较稳定，储存安全，实验发现，NGH在常压，-1～-18℃时，可以稳定地储存而不会发生分解；4.可有效地进行NGH的再气化，有两种方法可使水合物分解：①在某个温度下降压使其压力低于相平衡压力，②在某个压力下升温使其温度高于相平衡温度；5.NGH易于输送，使得NGH尤其适用于尚无输气管道的油气田和海上油气田，以及在经济上不适合建设输气管道的小型气田；6.NGH的投资成本低于LNG，1995年，挪威的Gudmundsson等人对NGH和LNG形式运输天然气的成本进行了对比研究，发现采用NGH技术比采用LNG技术总投资减少26％。因此，国内外学者普遍认为，NGH储运技术有可能替代LNG技术成为未来天然气大规模储运手段之一。

压缩气体制冷机以气体为工质，其工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀和等压吸热四个过程，它的特点是气体工质在循环过程中不发生集态变化。压缩气体制冷循环技术已经成熟并在飞机空调、低温制冷领域得到广泛应用。在天然气水合物储运技术领域，天然气水合物的制备技术日益成熟，鼓泡式水合物强化生长技术具有很强的实用可行性。在这种情况下，开发采用压缩气体制冷循环和鼓泡式水合物强化生长技术的天然气水合物连续制备装置具有很强的技术经济可行性和必要性。

中国专利CN101358685先将设置有制冷循环系统的管式层状结构储罐充满水，然后通入气体至0.1MPa左右，排出多余的水，通入气体加压至压力5～6MPa，通过冷却系统控制温度在0～4℃，使气体和储罐内管道中的水接触，在静态条件下生成NGH，然后降温，降压，冷冻到-15～-20℃，密闭储存。将NGH储罐放在安装有保温装置的NGH储运汽车(火车)槽车上，NGH经汽车(火车)运输到目的地后，从外部的制冷循环系统中直接通入温度高于15℃的水，NGH很快气化；NGH气化后，剩余的水回收或重复利用。该方法在静态体系下生成水合物的速度慢，储罐上装有制冷循环系统，势必増加运输成本。

日本专利JP2005263825A公开了一种射流式水合物生产工艺和设备，液体经高压泵由射流器喷射，同时吸入天然气，混合后喷射进入反应器中，在反应器内搅拌装置的扰动下合成NGH。该方法増加了机械搅拌，不可避免的产生热效应，影响NGH实际生成条件的维持，而且机械搅拌増加制备过程的能耗，提高制备成本。

中国发明专利97190182.1揭示了一种气泡扰动法和机械搅拌法结合来制备NGH的方法，气体从容器底部经喷嘴喷出冲击水形成气泡扰动，通过电机带动安装在容器中的搅拌器，增大气体与水的接触面积，加速NGH的生成。上述方法仍然需要使用机械搅拌，增加了生产过程中的能耗；而且该方法使用冷却水制冷，需要额外配备冷却水装置。

上述NGH合成技术上的不足极大地阻碍了其在天然气储运技术上的应用。国内NGH合成技术还很不成熟，还有许多技术问题需要研究解决，使其无法商业化应用。

发明内容

本发明是针对上述课题进行的，目的在于提供一种结构简单，无需配备专用机械搅拌装置和专用制冷装置的天然气水合物制备系统。

本发明为实现上述目的，采用了以下的技术方案：

本发明提供一种基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统，其特征在于，包括：供气装置，为水合反应提供所需的天然气；制冷循环装置，与供气装置相连通，对天然气进行冷却并驱动天然气的流动；以及天然气水合物制备装置，与制冷循环装置相连，用于制备、储存天然气水合物。

其中，制冷循环装置包括：入口端与供气装置的出口端相连通，对天然气进行干燥的干燥器；入口端与干燥器的出口端相连通，用于抽吸天然气，并对天然气进行压缩的压缩机；入口端与压缩机的出口端相连通，使天然气降温的冷却器；以及入口端与冷却器的出口端相连通，出口端与天然气水合物制备装置相连通，通过使天然气膨胀得到低温天然气，并将该低温天然气送入天然气水合物制备装置的膨胀机。