CN103103004A - 一种天然气水合物合成-分解一体化工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

一种天然气水合物合成-分解一体化工艺，在一个系统中，在1～10MPa压力和0～15℃温度的条件下，使天然气与水进行合成反应，生成天然气水合物；在0.1～5MPa压力和-10～10℃温度下，运送到天然气用户；在0.01～2MPa压力和5～25℃温度的条件下，使天然气水合物分解为天然气，供给用户使用。所述系统包括天然气缓冲罐、天然气压缩机、合成-分解器、水和添加剂的贮罐、水泵和冷、热媒供给系统。本发明的优点是：1、在一个系统中既可进行天然气与水的合成反应，又可进行天然气水合物的分解反应。2、既能提供合成反应降温的冷量，又能提供分解反应升温的热量。3、该工艺系统为一个可移动的撬装系统，方便应用。

Description

一种天然气水合物合成-分解一体化工艺及系统
技术领域：
本发明属于天然气储存与输送的技术领域，特别涉及一种利用天然气与水在降温升压条件下生成天然气水合物进行储存与输送、在升温降压条件下天然气水合物进行分解为天然气供用户使用的一体化工艺及系统。
背景技术：
天然气主要成分是甲烷，由于氢碳比高，有害物和杂质少，是环境友好型能源，天然气是我国城镇燃气的主要发展方向。天然气的储存与输送是天然气利用的重要环节，当前天然气的储存与输送有管道天然气、液化天然气、压缩天然气等方式。管道天然气的输送量大，适于大规模、长距离输送，但压力较高，一次投资大；液化天然气的体积小，适于跨国海上运输，但能耗和运行费用高；压缩天然气设备简单，适于小规模、短距离输送，但压力高，输送费用高。我国已经建立若干长输天然气管道，沿海建立了多个液化天然气的接收基地，还有许多中小城镇未用上天然气。为了发展城镇天然气，需要开发安全、经济的天然气储存与输送技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种天然气与水生成天然气水合物而进行储存、输送与分解为天然气而利用的系统。该系统是基于天然气与水在较高压力和较低温度的条件下合成天然气水合物、在较低压力和较高温度的条件下天然气水合物分解成天然气的原理而设计的。
本发明的技术方案是：一种天然气水合物合成-分解一体化工艺，其特征在于：在一个系统中，在1～10 MPa压力和0～15 ℃温度的条件下，使天然气与水进行合成反应，生成天然气水合物；在0.1～5 MPa压力和-10～10 ℃温度下，运送到天然气用户；在0.01～2 MPa压力和5～25 ℃温度的条件下，使天然气水合物分解为天然气，供给用户使用。
所述的天然气水合物合成-分解一体化工艺所用的系统，包括天然气缓冲罐、天然气压缩机、合成-分解器、水和添加剂的贮罐、水泵和冷、热媒供给系统；天然气缓冲罐与天然气压缩机的进气口连接，天然气压缩机的出气口与合成-分解器底部进气口相通，合成-分解器底部出液口与水和添加剂的贮罐连通，水和添加剂的贮罐通过水泵与合成-分解器顶部进液口连通、合成-分解器顶部出气口与天然气缓冲罐连通；
所述合成-分解器由壳体、安装在壳体顶部的喷淋器、安装在壳体内部的换热盘管和安装在壳体底部的筛孔托架组成；
所述冷、热媒供给系统由冷媒或热媒泵、冷媒或热媒换热器、节流阀、热源或热汇换热器、五通换向阀、压缩机、发动机组成，冷媒或热媒泵分别与换热盘管和冷媒或热媒换热器连接，冷媒或热媒换热器分别连接换热盘管、热源或热汇换热器，并通过五通换向阀与工质压缩机连接，工质压缩机与发动机连接，发动机的进口与天然气缓冲罐的外供天然气管道连接；冷媒或热媒换热器与热源或热汇换热器连接的管道上安装节流阀。
所述系统为可移动的撬装系统。
所述合成-分解器顶部出气口连接安全阀。
所述工质压缩机与发动机通过皮带或靠背轮连接。
本发明具有如下的优点和积极效果：
(1) 在一个系统中既可进行天然气与水的合成反应，又可进行天然气水合物的分解反应。
(2) 该系统既能提供合成反应降温的冷量，又能提供分解反应升温的热量。
(3) 该工艺系统为一个可移动的撬装系统，方便应用。
综上所述，本发明是一种利用天然气与水在降温升压条件下生成天然气水合物而进行储存与输送、在升温降压条件下天然气水合物进行分解为天然气而供天然气用户使用的一体化技术。
附图说明：
图1是本发明的系统流程图。
图中：1—天然气缓冲罐；2—天然气压缩机；3—安全阀；4—合成-分解器；5—水（含添加剂）喷淋器；6—换热盘管；7—筛孔托架；8—水和添加剂的贮罐；9—水泵；10—冷媒或热媒泵；11—冷媒或热媒换热器；12—节流阀；13—热源或热汇换热器；14—五通换向阀；15—工质压缩机；16—发动机。图中a、b、c、……、k为11个阀门。
具体实施方式：
(1)在1～5 MPa 压力和0～10 ℃温度的条件下，使天然气与水进行合成反应，进行天然气水合物合成过程。
天然气由气源天然气管道经阀门b进入天然气缓冲罐1，天然气经阀门d由天然气压缩机2加压到一定压力后，通过阀门f送到合成-分解器4，经筛孔托架7向上流动，贮罐8中的水和添加剂经水泵9加压后，经阀门h和阀门i，由喷淋器5喷入合成-分解器4中，换热盘管6中通入由冷媒换热器11提供的冷媒，使合成-分解器4内降温，天然气与水合成的天然气水合物堆积在筛孔托架7上，从筛孔托架7流下未参加反应的水和添加剂，经阀门g流入贮罐8中。当合成-分解器4内充满天然气水合物时，关闭天然气压缩机2和水泵9，停止合成过程。
(2) 在0.1～2 MPa压力和-10～0 ℃温度下，将天然气水合物运送到天然气用户。
天然气水合物合成-分解撬装系统运输过程中，由冷媒换热器11向换热盘管6继续提供一定量冷媒，使系统保持在一定的低温条件下。合成-分解器4内的压力超过设定压力时，安全阀3会自动打开，天然气经阀门c排至天然气缓冲罐1内。
(3) 在0.2～1 MPa压力和10～20 ℃温度的条件下，使天然气水合物分解为天然气，供给用户使用。
天然气水合物合成-分解撬装系统送到用户后，将外供天然气管道连接到用户系统。同时向换热盘管6通入由热媒换热器11提供的热媒，靠热媒的热量将天然气水合物加热到一定温度，天然气水合物分解，产生的天然气经阀门e、阀门c通入天然气缓冲罐1中，经阀门a进入外供天然气系统。直到合成-分解器4内的压力降到设定压力时，停止分解过程。
(4) 冷媒、热媒工作过程。
天然气水合物合成和输送过程需要冷媒时，五通换向阀14的阀芯处于实线位置。由天然气缓冲罐1出来的天然气经阀门k进入发动机16，驱动工质压缩机15，将气态工质加压为高温高压状态，经五通换向阀14进入热汇换热器13中，使气态工质冷凝为液态工质。液态工质经节流阀12减压后，进入冷媒换热器11中，吸收冷媒的热量而蒸发为气态工质，冷凝放出的热量排至热汇。降温后的冷媒由冷媒泵10送到换热盘管6。冷媒换热器11排出的气态工质经五通换向阀14进入压缩机15，循环进行。
天然气水合物分解过程需要热媒时，五通换向阀14的阀芯处于虚线位置。压缩机15排出的高温高压气态工质经五通换向阀14进入热媒换热器11中，气态工质的冷凝热传给热媒而冷凝为液态工质，升温后的热媒由热媒泵10送到换热盘管6。液态工质经节流阀12减压后，进入热源换热器13中，吸收热源的热量而蒸发为气态工质，进入压缩机15，循环进行。

Claims (5)

1.一种天然气水合物合成-分解一体化工艺，其特征在于：在一个系统中，在1～10 MPa压力和0～15 ℃温度的条件下，使天然气与水进行合成反应，生成天然气水合物；在0.1～5 MPa压力和-10～10 ℃温度下，运送到天然气用户；在0.01～2 MPa压力和5～25 ℃温度的条件下，使天然气水合物分解为天然气，供给用户使用。
2.一种根据权利要求1所述的天然气水合物合成-分解一体化工艺所用的系统，其特征在于：包括天然气缓冲罐、天然气压缩机、合成-分解器、水和添加剂的贮罐、水泵和冷、热媒供给系统；天然气缓冲罐与天然气压缩机的进气口连接，天然气压缩机的出气口与合成-分解器底部进气口相通，合成-分解器底部出液口与水和添加剂的贮罐连通，水和添加剂的贮罐通过水泵与合成-分解器顶部进液口连通、合成-分解器顶部出气口与天然气缓冲罐连通；
所述合成-分解器由壳体、安装在壳体顶部的喷淋器、安装在壳体内部的换热盘管和安装在壳体底部的筛孔托架组成；
所述冷、热媒供给系统由冷媒或热媒泵、冷媒或热媒换热器、节流阀、热源或热汇换热器、五通换向阀、压缩机、发动机组成，冷媒或热媒泵分别与换热盘管和冷媒或热媒换热器连接，冷媒或热媒换热器分别连接换热盘管、热源或热汇换热器，并通过五通换向阀与工质压缩机连接，工质压缩机与发动机连接，发动机的进口与天然气缓冲罐的外供天然气管道连接；冷媒或热媒换热器与热源或热汇换热器连接的管道上安装节流阀。
3.根据权利要求2所述的天然气水合物合成-分解一体化工艺所用的系统，其特征在于：所述系统为可移动的撬装系统。
4.根据权利要求2所述的天然气水合物合成-分解一体化工艺所用的系统，其特征在于：所述合成-分解器顶部出气口连接安全阀。
5.根据权利要求2所述的天然气水合物合成-分解一体化工艺所用的系统，其特征在于：所述工质压缩机与发动机通过皮带或靠背轮连接。
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