[发明专利]天然气水合物热激法反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种采矿装置，具体地说是一种天然气水合物的开采装置。

背景技术

天然气水合物是由天然气与水分子在一定压力和较低温度下形成的一种固态结晶物质。自然界中存在的天然气水合物中天然气的主要成分为甲烷。该资源储量大、分布范围广、能量密度高、杂质少、无污染。自1810年在实验室首次发现天然气水合物和1888人工合成天然气水合物后，国内外学者一直对天然气水合物进行研究和探索。迄今为止，已发现的水合物晶体结构有I、II和H三种，结构I水合物的理想分子式为8M·46H₂O，式中M表示客体分子。结构II水合物理想分子式是24M·136H₂O，结构H水合物理想分子式为6M·34H₂O。在在空隙中没有客体分子的假想状态下，结构I和结构II水合物的密度分别为796kg/m³和786kg/m³。笼形水合物晶体密度在880-900kg/m³之间，一般比水轻。目前，世界各地科学家对天然气水合物的类型和物化性质、自然赋存和成藏条件、资源评价、勘探开发手段以及天然气水合物与全球气候变化及海洋地质灾害的关系等进行了广泛而卓有成效的研究。虽然天然气水合物的储量很丰富，开采和使用的价值及前景都很好，但是目前并没有实现广泛有效的商业开采利用，多是研究型开采和特殊气藏条件下的开采。

究其原因，主要是一直以来没有一套能够被广泛采用并且取得有效开采价值的开采方法。经过科学家的研究，已经有一些开采方法，它们是降压法，热激法，注入化学试剂法和CO₂置换法等，可是每一种方法都又有其缺点。对于降压法是通过降低天然气水合物赋存地层的压力打破其稳定存在的条件，迫使它分解。只有当天然气水合物赋存地层位于平衡边界附近时减压开采法才具有商业开采价值。对于化学开采法是用一些特殊化学试剂破坏水合物形成的平衡条件，迫使其分解，该方法成本高且有一定环境污染。对于CO₂置换法是借助于CO₂和气水合物二者稳定状态时存在的压力不同进行开采，要想将CO₂乳化液应用于实际开采中，必须想办法制备出可以稳定存在并且成本较低的CO₂乳化液。

关于热激法及其装置的公开报道较多，例如：申请号为200410077272.8的专利文件中公开了“一种开采天然气水合物的方法和装置”；专利申请号为200510100811.X的专利文件中公开了“一种天然气体水合物水下注热开采装置”等。热激法是对含天然气水合物的地层进行加热升温从而迫使其分解，热激法最大问题在于热量利用率低，虽然最近有人提出微波及电磁加热，但是还没有从根本上解决热量利用率低的问题。

因此，从已有的开采方法可知，限制天然气水合物商业性开发利用的瓶颈就在于如何寻找行之有效的能够在各种气藏条件下广泛使用的开采方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热效利用率高，能够在各种气藏条件下广泛使用的天然气水合物热激法反应装置。

本发明的目的是这样实现的：包括外部导管，在外部导管内布置纳米铝粉输送管道和气体收集管道，在纳米铝粉输送管道的前端设置引燃炸药。

本发明还可以包括：

1、在气体收集管道的前端设置过滤网。

2、在气体收集管道的前端的过滤网之前设置涡轮叶片。

3、在外部导管外套有外部套管。

本发明主要借助纳米铝粉与冰反应能够产生大量的热，并且将冰反应掉，使得天然气水合物快速分解，它主要解决了热激法开采方法热效率利用低的矛盾，且能够在各种气藏条件下广泛使用。

本发明的原理是利用输送纳米级金属铝材料过程没有热损失，同时纳米级金属铝材料与冰能够快速激烈反应并释放大量的热，这些热量会使得当地温度快速升高，打破气水合物的平衡条件，并且会反应掉大量的水分子，使得天然气释放出来。同时生成对天然气没有影响的可燃气体氢气。Al/H₂O反应的绝热温可达2862K/实际上Al/H₂O反应经历了以下几个阶段的过程

Al+H₂O＝AlO+H₂；2Al+4H₂O＝2HAlO+3H₂；

2Al+3H₂O＝Al₂O₃+3H₂-833.12kj/mol