[发明专利]一种新型成岩类天然气水合物的制备装置及制备方法

说明书

本发明提供一种新型成岩类天然气水合物的制备装置及方法，涉及到天然气水合物的制备技术领域，包括水槽、天然气气瓶、真空泵、冷水存储罐、围压泵和天然气水合物合成装置，所述水槽依次连接进水管、冷水预冷系统a、注水泵、高压雾化器；所述天然气气瓶依次连接进气管、预冷系统b、气体增压泵、高压雾化器，所述气体增压泵与高压雾化器连通的管道上安装有压力传感器。本发明能够调节成岩类天然气水合物的合成条件，提高成岩类天然气水合物的形成概率，可以合成所需要形状的成岩类天然气水合物。

技术领域

本发明涉及天然气水合物的制备技术领域，特别是一种新型成岩类天然气水合物的制备装置及制备方法。

背景技术

天然气水合物(Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate)，外观似冰或者致密似雪的白色结晶固体有机化合物，化学式CH₄·xH₂O。即可燃冰，分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压(＞10MPa)，低温(＜10℃)条件下形成的类冰状的结晶物质，它是一种天然气与水的非化学计量笼形物。1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。开采时，只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。在高压下，甲烷气水包合物在18℃的温度下仍能维持稳定。一般的甲烷气水化合物组成为1摩尔的甲烷及每5.75摩尔的水，然而这个比例取决于多少的甲烷分子“嵌入”水晶格各种不同的包覆结构中。据观测的密度大约在0.9g/cmsup³。一升的甲烷气水包合物固体，在标准状况下，平均包含168升的甲烷气体。

天然气水合物的生成对水质没有特殊要求，含有一定量的杂质的水更容易生成天然气水合物。天然气水合物的形成必须满足三个条件：(1)有形成天然气水合物的物质基础，即水、小分子烃类物质；(2)需要满足一定温度(＜10℃)和压力(＞10MPa)的条件；(3)存在结晶中心，使水合物具有生长发展的基础。

天然气水合物具有能量高、密度大、性能稳定、环境污染较小、制备技术简单、存储安全等特点，因此天然气水合物的合成和制备具有很高的研究意义。

在实验阶段，取天然形成的天然气水合物难度较大并且费用较高，故可以选用人造天然气水合物作为实验材料较为实用方便，且经济成本大为降低。针对上述问题，已经开发出了一些专利技术用于天然气水合物的合成工艺。例如，中国发明专利“块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法”CN108192684A，设计出了一种可以一边生产一边取出的人造天然气水合物的装置，还例如发明专利“一种水合物快速合成装置”CN106010698，利用喷淋装置联合鼓泡法快速合成天然气水合物。日本专利JP2005263825A与美国专利US8354565B1，均将水与天然气混合后，经高压泵由射流器喷射进入反应器中，直接或在搅拌器搅拌装置下生成天然气水合物。中国专利“一种喷雾强化水合物连续制备装置”CN200951393Y，利用雾化器从反应器顶部喷嘴雾化水，已生成天然气水合物。

上述天然气水合物的生成虽然快速有效，但是无法模拟真实地层中生成的天然气水合物状态，在实验室内无法进行实验应用，如模拟地层条件进行气驱替换天然气水合物中的甲烷，从而模拟真实自然条件进行天然气水合物的开采，得到相应需要的实验数据，进一步制定在自然条件下开采天然气水合物的方案。

并且上述天然气水合物合成中形成的成品率较低，无法进行产业批量制造，所以亟需对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提出了一种新型成岩类天然气水合物的制备装置及制备方法，能够进行改善成岩类天然气水合物的合成方式，大大提高成岩类天然气水合物的形成概率，并且可以合成所需要形状的成岩类天然气水合物。

本发明采用如下技术方案：