[发明专利]采用蒸汽或其它加热气体或液体再气化气体水化物的方法和设备

说明书

本发明涉及用于储存和再气化气体水化物的设备和方法。本发明包括在本体气体水化物邻近处设置或在其中设置一个装置，以便由气体或液体热源(优选蒸汽)加热气体水化物。气体水化物可直接与气体或液体接触，也可通过导热蛇管、管道或通道间接地接触。气体或液体将其热量传给气体水化物，将它们分解成相应的气体成分和水成分。在气体成分释放后，可收集气体成分，接着进行储存、运输和使用。

人们知道气体水化物已有许多年了。这些水化物是包含化合物，其中各种轻质烃气体或其它气体，例如天然气，伴生天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、硫化氢、氮和它们的组合物，在高压和低温下能与水发生物理反应。在包含由氢连接的水分子的扩张的固态水晶格网络中包含或夹带气体。由于在晶格结构中有气体和水分子之间的弱范德华力和水分子之间的氢键，所以水化物的结构是稳定的。

生成天然气水化物的典型的非化学计算的反应式如下：

式中，“m”值一般为4-6，对于甲烷水化物，生成热(△H_f)为410kJ／kg水化物，生成热比水的熔解热约大25％。在再气化时利用的逆反应是吸热的。由于在气水界面上形成的气体水化物是固态，所以生成和再气化反应都受传质的限制。

已知至少有二种不同的水化物晶体结构，其中的每一种都是笼形晶体结构。结构I的笼形水化物单晶，每46个水分子包括2个十四面体空穴和6个十二面体空穴。结构Ⅱ的笼形水化物单晶，每136个水分子包含8个大的十六面体空穴和16个十二面体空穴。在加压下在这些空穴中可夹带较大体积的气体。例如，已经确定，每立方英尺固态天然气水化物可包含多达180标准立方英尺的气体。

在初期，气体水化物被看成是工业上的有害物质。在产品位于很深的地下或水下油中的场合，石油和天然气的生产设备往往处于低温环境中。在从这些井中排出产品时，存在生成气体水化物的一切必要条件和成分-即存在轻质烃气体和水，温度低，压力高。因此，在石油或天然气从井中排出时，在钻管、输送管道和设备内往往自发地生成气体水化物。由于气体水化物是固态物质，所以不能以浓浆液或固体的形式迅速地流动，当它们在石油或天然气生产过程中自发地生成时，水化物往往能堵塞生产和输送系统的设备、管道和通道。气体水化物这些不利的性质，使人们对防止水化物生成和消除这种有害物质的方法进行了大量的研究。参看例如：D.卡茨等人，天然气手册，MeGraw-Hill，纽约，(1959)p189-221；E.D.小斯隆，天然气的包合水化物，Marcel Dekker有限责任公司(1991)。

但由于在气体水化物中具有储存较大体积气体的潜力，实际上研究人员开始将这种“有害物质”看成是安全和经济有效地储存和／或输送气体的一种可行的方法。参见B.米勒等人，Am.Gas.Assoc.Mon.Vol.28，No.2(1946)，p63。有几位研究人员和专利权所有人叙述了生产气体水化物的方法，参见例如卡恩等人的美国专利3，514，274。

虽然有大量关于气体水化物生产方法的文献资料，但在文献中却很少注意储存和再气化水化物的设备和方法。气体水化物生产的这些方面也是很重要的。如果气体水化物不能被方便、可靠和便宜地长时期储存，其生产的价值是有限的。加之，如果气体水化物不能被方便、可控制地再气化，生产和储存水化物几乎就没有什么意义。

哈钦森等人的美国专利2，375，559叙述了一种使烃气体生成水化物和在储槽中储存生成的水化物的方法。在哈钦森的专利中几乎没有提供再气化这些储存的水化物的方法的细节。

多纳斯的美国专利2，904，511举例说明了一种水的脱盐设备，该设备通过生成气体水化物从盐水生产脱盐水。由于多纳斯的该专利主要涉及脱盐的方法，所以对水化物的储存和气体的回收未涉及。相反，只要将水化物送入水化物分解容器，就会从在水化物内存在的相应脱盐水中释放出气体。在此引入多纳斯的这份专利作为参考。