[发明专利]一种喷射式页岩气水合物浆液快速合成装置及方法

说明书

本发明涉及一种喷射式页岩气水合物浆液快速合成装置及方法，属于天然气水合物应用技术领域。安装微孔隔离板，一方面不同反应室可同时反应，另一方面上级反应室的水合物颗粒可为下级反应提供结晶中心，水合物反应器等效为两个反应器串联与并联；反应室设置两个喷射器，通过流量控制阀控制管路水量，形成周期性水流喷射；水合物反应器内设置搅动器、导向器、滑动线及滑轮，通过反应室周期性水流喷射，可实现双向螺旋式搅动。本发明提供了一种喷射式页岩气水合物浆液快速合成方法，通过遗传模糊控制算法控制系统的压力、温度、气液流量及阀门开度，结合系统双向螺旋式搅动，实现水合物浆液快速合成，为页岩气集输系统提供一种天然气输送新途径。

技术领域

本发明涉及一种喷射式页岩气水合物浆液快速合成装置及方法，属于天然气水合物应用技术领域。

背景技术

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，其主要成分为甲烷。页岩气田集输流程为：页岩气井通过采气管线输至多井井场，经过预处理后，距离集气站较远井组通过集气支线与集气干线相连接，输至集气站进行最终处理，距离集气站较近的井组则直接进入集气站。

由于页岩气开发具有生产初期压降快、稳产产量低、在低压阶段生产时间长等特点，其地面工程在规划设计时也具有区别于常规气田的特殊性与难点。例如，页岩气管网储运技术中存在的“地面集输设计规模难确”、“低压单井倒灌”、“新接入气井影响管网运行稳定性”、“后期增压开采”等问题。

为避免不同生产阶段内页岩气田集输系统出现上述的问题，可通过天然气水合物储运技术进行页岩气的集输与处理。该技术是近年来一项新兴发展的技术，1m³水合物储存150～180m³天然气，其核心思想是利用水和天然气在高压低温下形成固态的水合物，利用水合物的自保护效性，令水合物在低温常压下长期储存并运输。由于该技术具有工艺简单，生产成本较低，合成及储运工艺不需要很苛刻的压力和温度条件、良好的自我储存能力、自保护效应强及稳定性高等优点，使其相对于管道运输、LNG、CNG、ANG等储运技术更加具有优势。

但目前水合物储运天然气的技术还不够完善，水合物生成效率不高，如何高效生成水合物成为一大难题。针对该问题国内外已就一系列技术问题作了大量的开发研究：

专利“一种制造天然气水合物的方法”，2013105580668，公开公告号CN103571557A，提出了一种由三段构成的多段式鼓泡反应器，气、水在下段管内流动和反应，壳侧提供冷量在反应管内形成冷阱移除反应热。目前从单纯采用的鼓泡法作为强化手段的生成实验结果来看，水合物的生成速率较低，距工业生产距离较大。

专利“复合式水合物制备用反应器”，201711176893.5，公开公告号CN 107875991A，在壳体内设置喷淋结构、鼓泡结构和搅拌结构，喷淋结构和鼓泡结构相对而设，搅拌结构设置于壳体内中下部，以解决水合物生成效率低的问题，但搅拌器动力消耗和叶轮大小的5次方成正比，要将反应器运用到工业生产当中时无法简单地放大，否则会带来较大的能量消耗。

专利“一种基于脉冲式注水与连续喷雾的水合物浆生成方法与系统”，201910074051.1，公开公告号CN 109675498 A，该水合物浆合成系统通过反应器上层连续喷雾增加气液接触面积，下层脉冲式注水增强流体扰动，但反应器内气液混合物难以获得足够的扰动，体系的传质、传热过程慢，流程生产效率不高。

为此，设计一种喷射式页岩气水合物浆液快速合成装置及方法，以实现天然气水合物连续、快速、高效制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷射式页岩气水合物浆液快速合成装置及方法，结合国内外页岩气生产特点特殊性，综合分析其地面工程的规划设计与生产运行中面临的挑战与难点，设计一种喷射式页岩气水合物浆液快速合成装置，以解决水合物反应器内气液混合物间扰动弱、生产速率低、流程生产效率不高等问题，为页岩气集输系统提供一种天然气输送新途径。