采用压缩式制冷循环的天然气水合物制备系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种采用压缩式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，与制冷装置相连，用于制备天然气水合物，其中，制冷装置包括：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，通过节流使所述天然气降温，并将降温后的天然气送入天然气水合物制备装置的节流阀。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及天然气水合物的制备系统，具体涉及一种采用压缩式制冷循环的 天然气水合物制备系统。 采用压缩式制冷循环的天然气水合物制备系统
【背景技术】
[0002] 近年来，国内外对天然气水合物的系统研究表明，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，lm3的天然气水合物（NGH) 可携带标准状态下150?160m3的天然气；2.制备技术简单，NGH可以在6MPa以下、-10? l〇°C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°C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。
[0003] 气体制冷机以气体为工质，压缩式气体制冷机的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，它的特点是工质在循环过程中不发生集态变化。压缩式 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，开发采用压缩式天然气制冷循环的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。
[0004] 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.IMPa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°C，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°C，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°C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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。 实用新型内容
[0008] 本实用新型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 的机械搅拌装置和制冷装置的天然气水合物制备系统。
[0009] 本实用新型为实现上述目的，采用了以下的技术方案：
[0010] 本实用新型提供一种采用压缩式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，与制冷装置相连，用于制备 天然气水合物，其中，制冷装置包括：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，通过节流使所述天然气降温，并将 降温后的天然气送入天然气水合物制备装置的节流阀，天然气水合物制备装置包括：为水 合反应提供所需水的供水部；与该供水部的出口端和节流阀的出口端相连通，用于使天然 气和水进行水合反应生成天然气水合物的鼓泡式水合物反应釜；入口端与该鼓泡式水合物 反应釜相连的循环泵；以及与循环泵的出口端相连的脱水储存器，鼓泡式水合物反应釜具 有本体；位于本体底部，与节流阀的出口端相连通的气流入口；位于本体顶部，与干燥器的 入口端相连通，用于排出水合反应剩余的天然气的气流出口；位于本体的侧面下方，与水泵 的出口端相连通的第一入水口；位于本体的侧面下方，与脱水储存器相连通的第二入水口； 位于本体的侧面上方，与循环泵的入口端相连通的水合物出口；以及安装在本体的底部，并 位于气流入口的上方，用于平均气流的孔板，脱水储存器将天然气水合物与夹带的天然气 和水进行分离，并用于存储分离后的天然气水合物，具有多层的多孔筛板主体；位于主体顶 端，与干燥器的入口端相连通，用于排出分离出的天然气的出气口；位于主体的侧面上方， 与循环泵的出口端相连通的水合物入口；以及位于主体的侧面下方，与鼓泡式水合物反应 釜的第二入水口相连通，将分离出的水导入水合物反应釜的出水口。
[0011] 实用新型的作用与效果
[0012] 本实用新型所涉及的采用压缩式制冷循环的天然气水合物制备系统，因为采用压 缩机来驱动天然气反复穿越鼓泡式水合物反应釜，采用鼓泡式水合物反应釜制备天然气水 合物，并设置孔板来平均天然气的气流，使天然气和水充分接触，因此可以有效增大天然气 水合物的生成速度，使水合反应更彻底，无需另外配制机械扰动设备。
[0013] 另外，因为采用冷却器和节流阀使天然气降温降压后进入鼓泡式水合物反应釜， 低温的天然气可以对鼓泡式水合物反应釜进行降温并吸收水合反应热，因此该制备系统无 需配备冷却水装置，多余的天然气被压缩机吸走并升温升压，然后经降温降压后再次进入 鼓泡式水合物反应釜进行水合反应，实现天然气的制冷循环和充分利用。
[0014] 该天然气水合物制备系统可以用于连续、大量地制备天然气水合物，并且无需另 外配备专用的制冷装置和机械扰动装置，结构简单，具有良好的工程应用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是天然气水合物制备系统的结构框图；和
[0016] 图2是天然气水合物制备系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图，对本实用新型所涉及的采用压缩式制冷循环的天然气水合物制备 系统作详细阐述。
[0018] 实施例
[0019] 图1是天然气水合物制备系统的结构框图。
[0020] 如图1所示，天然气水合物制备系统10包括供气装置11、制冷装置12以及天然气 水合物制备装置13。
[0021] 图2是天然气水合物制备系统的结构示意图。
[0022] 供气装置11用于为水合反应提供所需的天然气。如图2所示，供气装置11包括 天然气钢瓶14和阀门15。阀门15与天然气钢瓶14的出气口相连。
[0023] 制冷装置12用于对天然气进行冷却，并驱动天然气的流动。如图1、2所示，制冷 装置12包括干燥器16、压缩机17、冷却器18、以及节流阀19。
[0024] 干燥器16的入口端与阀门15相连通，出口端与压缩机17的入口端相连通。压缩 机17的出口端与冷却器18的入口端相连通。冷却器18的出口端与节流阀19的入口端相 连通。节流阀19的出口端与天然气水合物制备装置13相连通。
[0025] 天然气水合物制备装置13用于使天然气和水发生水合反应来制备天然气水合 物。如图1、2所示，天然气水合物制备装置13包括供水部20、鼓泡式水合物反应釜21、循 环泵22以及脱水储存器23。
[0026] 供水部20用于提供水合反应所需的水，包括水槽24和水泵25,水泵25分别与水 槽24和鼓泡式水合物反应釜21相连，将水槽24中的水抽入鼓泡式水合物反应釜21。
[0027] 鼓泡式水合物反应釜22用于制备天然气水合物，包括本体26、气流入口 27、气流 出口 28、第一入水口 29、第二入水口 30、水合物出口 31以及孔板32。气流入口 27位于本 体26的底部，与节流阀19的出口端相连通。气流出口 28位于本体26的顶部，与干燥器16 的入口端相连通。第一入水口 29位于本体26的侧面下方，与水泵25相连。第二入水口 30 也位于本体26的侧面下方，与脱水储存器23相连通。水合物出口 31位于本体26的侧面 上方，与循环泵22的入口端相连通。孔板32安装在本体26的底部，位于气流入口 27的上 方。
[0028] 循环泵22用于将鼓泡式水合物反应釜21中生成的天然气水合物抽吸进入脱水储 存器23。循环泵22的入口端与水合物出口 31相连通，出口端与脱水储存器23相连通。
[0029] 脱水储存器23用于将鼓泡式水合物反应釜21中生成的天然气水合物进行干燥， 分离夹带的天然气，并用于储存分离干燥后的天然气水合物。脱水储存器23具有主体33、 水合物入口 34、出气口 35、以及出水口 36。水合物入口 34位于主体33的侧面上方，与循环 泵22的出口端相连通。出气口 35位于主体33的顶部，与干燥器16的入口端相连通。出 水口 36位于主体33的侧面下方，与鼓泡式水合物反应釜21的第二入水口 30相连通。
[0030] 天然气水合物制备系统10的工作过程中，操作者首先打开水泵25,抽吸水槽24中 的水，水槽24中的水通过第一入水口 29进入鼓泡式水合物反应釜24。打开压缩机17和 节流阀19,使鼓泡式水合物反应釜21中的工作溶液的温度保持在3°C，压力保持在0. 3? IMPa。打开阀门15,使天然气钢瓶14中的天然气进入干燥器16,天然气经干燥后进入压缩 机17,在压缩机17内压缩成高温高压气体，高温高压的天然气进入冷却器18,被冷却成低 温高压的天然气，然后进入节流阀19,低温高压的天然气在节流阀19的节流作用下损失能 量，变为低温低压气体。
[0031] 低温低压的天然气经气流入口 27进入鼓泡式水合物反应釜21，其中一部分低温 天然气吸热升温，使鼓泡式水合物反应釜21中的水温度降低，另一部分低温的天然气与降 温后的水相互混合就可以生成天然气水合物浆，水合反应热被低温天然气吸收并使低温天 然气升温，孔板32使从气流入口 27流入的天然气气流更平均稳定，从而使天然气与鼓泡式 水合物反应釜21中的水充分接触，提高水合物的生成速率。未参与水合反应的天然气被压 缩机17吸走，从鼓泡式水合物反应釜21顶部的气流出口 28流出，进入干燥器16,然后分别 进入压缩机17、冷却器18和节流阀19,再次变为低温低压气体后通过气流入口 27和孔板 32进入鼓泡式水合物反应釜21，从而实现天然气的循环利用。
[0032] 鼓泡式水合物反应釜21中生成的天然气水合物浆浮在工作溶液的上层，采用循 环泵22将天然气水合物浆从水合物出口 31抽出，通过水合物入口 34进入脱水储存器23。 脱水储存器23的主体33是多层的多孔筛板结构，天然气水合物浆进入脱水储存器23后， 其中夹带的天然气在压缩机17的抽吸作用下，从出气口 35流出进入干燥器16,从而再次循 环利用；天然气水合物浆中的水被筛板滤除，从出水口 36流出，并通过第二入水口 30流入 鼓泡式水合物反应釜21，进行循环利用；固态的天然气水合物则留在多层的筛板上，储存 在脱水储存器23中。
[0033] 实施例的作用与效果
[0034] 本实施例所涉及的采用压缩式制冷循环的天然气水合物制备系统，采用压缩机17 驱动天然气反复穿越鼓泡式水合物反应釜21中的工作溶液，并在鼓泡式水合物反应釜21 底部安装用于平均气流的孔板32,使天然气与水充分接触，用循环泵22将生成的天然气水 合物浆抽出，因此，鼓泡式天然气水合物反应釜21中可以连续、快速地生成天然气水合物， 无需配置专用的机械扰动设备。
[0035] 另外，因为采用压缩机17、冷却器18和节流阀19使天然气降温降压，低温的天然 气进入鼓泡式水合物反应釜21后，可以吸收水合反应热，对鼓泡式水合物反应釜21中的水 进行降温，因此。鼓泡式水合物反应釜21中可以连续地生成天然气水合物，无需配置专用 的制冷装置。
[0036] 另外，鼓泡式水合物反应釜21中未参与水合反应的天然气，和脱水储存器23中从 天然气水合物浆中分离的天然气均被压缩机17抽吸至制冷装置12,形成低温低压的天然 气后再次进入鼓泡式水合物反应釜21中参与水合反应，因此，制冷装置12实现了天然气的 制冷循环，使天然气得到充分利用。
[〇〇37]当然，本实用新型所涉及的采用压缩式制冷循环的天然气水合物制备系统并不仅 仅限定于以上实施例中所述的结构，以上仅为本实用新型构思下的基本说明，而根据本实 用新型的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种采用压缩式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； 制冷装置，与所述供气装置相连通，对所述天然气进行冷却并驱动所述天然气的流动； 以及 天然气水合物制备装置，与所述制冷装置相连，用于制备天然气水合物， 其中，所述制冷装置包括：入口端与所述供气装置的出口端相连通，对所述天然气进行 干燥的干燥器；入口端与所述干燥器的出口端相连通，用于抽吸所述天然气，并对所述天然 气进行压缩的压缩机；入口端与所述压缩机的出口端相连通，使所述天然气降温的冷却器； 以及入口端与所述冷却器的出口端相连通，出口端与所述天然气水合物制备装置相连通， 通过节流使所述天然气降温，并将降温后的天然气送入所述天然气水合物制备装置的节流 阀， 所述天然气水合物制备装置包括：为所述水合反应提供所需水的供水部；与该供水部 的出口端和所述节流阀的出口端相连通，用于使所述天然气和所述水进行所述水合反应生 成所述天然气水合物的鼓泡式水合物反应釜；入口端与该鼓泡式水合物反应釜相连的循环 泵；以及与所述循环泵的出口端相连的脱水储存器， 所述鼓泡式水合物反应釜具有本体；位于所述本体底部，与所述节流阀的所述出口端 相连通的气流入口；位于所述本体顶部，与所述干燥器的所述入口端相连通，用于排出所述 水合反应剩余的天然气的气流出口；位于所述本体的侧面下方，与所述水泵的所述出口端 相连通的第一入水口；位于所述本体的侧面下方，与所述脱水储存器相连通的第二入水口； 位于所述本体的侧面上方，与所述循环泵的所述入口端相连通的水合物出口；以及安装在 所述本体的底部，并位于所述气流入口的上方，用于平均气流的孔板， 所述脱水储存器将所述天然气水合物与夹带的天然气和水进行分离，并用于存储分离 后的天然气水合物，具有多层的多孔筛板主体；位于所述主体顶端，与所述干燥器的所述 入口端相连通，用于排出分离出的所述天然气的出气口；位于所述主体的侧面上方，与所述 循环泵的所述出口端相连通的水合物入口；以及位于所述主体的侧面下方，与所述鼓泡式 水合物反应釜的所述第二入水口相连通，将分离出的所述水导入所述水合物反应釜的出水 □。
【文档编号】B01F13/02GK203866269SQ201420250315
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】谢应明, 高红丽, 周兴法, 方亚军, 闫琳, 张明威 申请人:上海理工大学