天然气水合物热激法反应装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供的是一种天然气水合物热激法反应装置。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。本实用新型可使天然气水合物开采过程更加灵活，提高每个竖井的开采效率。经过加压和冷却除去水分，再经过氮气压缩机制冷到-162℃成液体甲烷，可将一部分通过反应得到的甲烷和氢气混合物用作为泵和压缩机的燃料。采用铝冰反应产生的大量热为天然气水合物分解提供热量，可避免在管道输送过程中的热量损失，提高开采效率。
【专利说明】天然气水合物热激法反应装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型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】
[0002] 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、Π 和H三种，结构I水合物的理想分子式为8M · 46H20,式中 M表示客体分子。结构II水合物理想分子式是24M · 136H20,结构H水合物理想分子式为 6M · 34H20。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/m 3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。
[0003] 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CO 2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CO 2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CO 2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。
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 本实用新型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。
[0007] 本实用新型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。
[0008] 本实用新型还可以包括：
[0009] 1、在气体收集管道的前端设置过滤网。
[0010] 2、在气体收集管道的前端的过滤网之前设置涡轮叶片。
[0011] 3、在外部导管外套有外部套管。
[0012] 本实用新型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。
[0013] 本实用新型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。AVH 2O反应的绝热温可达2862K/实际上AVH2O反应经历 了以下几个阶段的过程
[0014] A1+H20 = A10+H2 ；2A1+4H20 = 2HA10+3H2 ；
[0015] 2A1+3H20 = Al2〇3+3H2-833. 12kj/mol
[0016] 其中AlO在试验中已经测得，首先看三个反应方程式的热力学特性，计算如下：
[0017] Al+H2O = AKHH2
【权利要求】
1. 一种天然气水合物热激法反应装置，包括外部导管，其特征是：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。
2. 根据权利要求1所述的天然气水合物热激法反应装置，其特征是：在气体收集管道 的前端设置过滤网。
3. 根据权利要求2所述的天然气水合物热激法反应装置，其特征是：在气体收集管道 的前端的过滤网之前设置涡轮叶片。
4. 根据权利要求1、2或3所述的天然气水合物热激法反应装置，其特征是：在外部导 管外套有外部套管。
【文档编号】E21B43/248GK204175271SQ201420525779
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】蒋运华, 刘燕斐, 白涛, 姚跃 申请人:哈尔滨工程大学