CN105257985A

CN105257985A - 一种管道输送天然气水合物的方法和装置

Info

Publication number: CN105257985A
Application number: CN201510618015.9A
Authority: CN
Inventors: 宫清君; 潘振; 马贵阳; 韦丽娃; 刘宝玉; 商丽艳
Original assignee: Liaoning Shihua University
Current assignee: Liaoning Shihua University
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-01-20

Abstract

本发明属于水合物生成与输送领域，具体涉及一种管道输送天然气水合物的方法和装置。本发明的天然气水合物管道输送设备，包括水合物生成单元、水合物运输与分离单元两个部分，天然气水合物管道输送方法也包括水合物生成、水合物运输与分离步骤，本发明采用物理水合物输送等方法避免了管道堵塞，安全可靠，可行性比较强，同时也提高了可燃冰的经济适用性，比传统天然气管道输送提高经济效益，采用不同的处理办法，大大提高了系统的综合利用效率，为二十一世纪新型洁净能源的利用提供了便利。

Description

一种管道输送天然气水合物的方法和装置

技术领域

本发明属于石油与天然气储存与运输领域，具体涉及一种管道输送天然气水合物的方法和装置，其主要用于海底天然气水合物的输送，也可用于陆地上其他气体的运输及水合物气体的分离等领域。

背景技术

天然气水合物(简称GasHydrate)是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。海底石油、天然气输送是海底油气田开采的重要一环，其中管道输送是最常见方式。

天然气水合物甲烷含量占80％～99.9％，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。

目前，30多个国家和地区已经进行“可燃冰”的研究与调查勘探，最近两年开采试验取得较大进展。我国计划于2015年在中国海域实施天然气水合物的钻探工程，将有力推动中国“可燃冰”勘探与开发的进程。

为了防治水合物生成而对天然气管道运输的危害，本发明提出一种新的气体水合物管道输送方法及装备。这一方法的核心并不是完全杜绝水合物的出现，而是采用疏导的方法让天然气水合物分解在管道内流动，这种方法不仅能够防止水合物堵塞管道，利于天然气的运输，而且能够大幅度减少水合物抑制剂的使用以及保温材料的使用，可以显著降低运行成本。另外，据有关研究表明，天然气水合物具有很强的气体储存能力，1m³的天然气水合物一般可储存160～180m³的天然气，运输能力很强。因此，以气体水合物形式运输天然气有重要实际意义。

专利内容

本发明的目的是针对目前海底管道运输天然气过程中出现的一系列问题，提供一种管道输送天然气水合物的方法和装置。通过各种设备的系统组合，实现了在海底安全高效输送天然气的完整工艺，并且具有投资少，运行成本低等优点。

一种管道输送天然气水合物的方法，方法中采用的装置包括：计算机数据采集装置一(1)，高压气瓶(2)，稳压气罐(3)，压力调节器(4)，单向阀(5)，CR进气V₁(6)，第一流量计(7)，第一压力计(8)，第一温度计(9)，SV进气V₂(10)，第二压力计(11)，第一输水泵(12)，第二流量计(13)，第三压力计(14)，第二温度计(15)，反应釜(16)，CR进液V₃(17)，CR放空V₄(18)，PID电动阀(19),比较容器SV(20)，放空口(21),SV进气V₅(22)，温度控制装置(23)，取样口(24)，第四压力计(25)，第三温度计(26)，计算机数据采集装置二(27)，耐高压可加热破碎机(28)，第五压力计(29)，第四温度计(30)，第三流量计(31)，减压阀(32)，加药口(33),波形管道(34)，减温水泵(35)，截止阀(36)，节流阀(37)，调节阀(38)，止回阀(39)，第六压力计(40)，第五温度计(41)，第四流量计(42)，环形管道A(43)，环形管道B(44)，第七压力计(45)，第六温度计(46)，第五流量计(47)，安全阀(48),第八压力计(49)，第七温度计(50),第二输水泵(51)，第六流量计(52)，储水罐(53)，第一压缩机(54)，第七流量计(55),储气罐(56)，第九压力计(57)，第八温度计(58)，第二压缩机(59)，处理装置(60)，第三压缩机(61)，最后输出。

所述的一种管道输送天然气水合物的方法，水合物生成步骤：天然气从高压气瓶(2)里出来经过稳压气罐(3)、压力调节器(4)、单向阀(5)、最后气体进入反应釜(16)；由第一压力计(8)、第一温度计(9)和第一流量计(7)实时监测输气管道的运行情况；同时，水也进入反应釜(16)；输水管道同样设置第三压力计(14)、第二温度计(15)和第二流量计(13)进行工况的检测；经气液混合的天然气和水进入反应釜(16)后开始反应；反应釜(16)内的温度为2―5℃，管道内压力为10―15MPa，生成水合物晶体，生成水合物的全程在恒温水浴中进行，温度和反应釜(16)内的相同为2―5℃；

所述的一种管道输送天然气水合物的方法，水合物运输与分离步骤：生成的天然气水合物经过取样口进入耐高压可加热破碎机(28)，破碎机内的压力和反应釜(16)内的差不多，为10―15MPa，温度200℃；由第五压力计(29)、第四温度计(30)和第三流量计(31)实时监测输气管道的运行情况；然后进入压力阀(32)中进行降压；与此同时，减温水泵(35)开始运作，经过截止阀(36)、节流阀(37)、调节阀(38)、止回阀(39)、最后经过环形管道A(43)和环形管道B(44)与干流的波形管道(34)汇合，输水管道全程同样设置第六压力计(40)、第五温度计(41)和第四流量计(42)进行工况的实时检测；当流体流经加药口(33)的时候加入适量的水合物抑制剂；此时，含有气液两相的流体到达安全阀(48)时温度已经降到了20―30℃，压力也回到了0.98MPa大气压；由第七压力计(45)、第六温度计(46)和第五流量计(47)实时监测输气管道的运行情况；经过安全阀(48)后，产生上下两个分支，向上经过第一压缩机(54)和第七流量计(55)进入储气罐(56)中，储气罐(56)上也装有第九压力计(57)和第八温度计(58)实时测量工况数据；然后进入第二压缩机(59)途径处理装置(60)，最后经过第三压缩机(61)输出纯净的天然气；向下经过第二输水泵(51)进入储水罐(53)；并设有流量计(52)实时监测流量的大小。

发明专利的优点

本发明专利的优点：(1)本发明通过利用比较容器的压力与反应釜的压差来精确的测定反应釜中的压力；(2)本发明在天然气水合物的生成时，本系统的温度控制由恒温水浴来完成，由温度传感器直接测量反应釜中的温度；而压力控制则由压力控制阀CV(4)完成(PID根据CR中的压力控制调节压力控制阀)；(3)发明了在输送过程中设置一耐高压可加热破碎机，其中加热可使甲烷的产生效率大大提高；(4)发明了减温设备，减温水经过减温水泵(35)、截止阀(36)、节流阀(37)、调节阀(38)、止回阀(39)、第四流量计(42)、第六压力计(40)、第五温度计(41)、最后一分支经过曲形弯道A(43)进行第一次降温，另一分支经过曲形弯道B(44)进行第二次降温；最后两条曲形弯道在干路上的波形管道(34)汇合进行第三次降温，整个过程既经济又环保还高效，水还可以循环利用；(5)本发明为了进一步提高分解速度，可在减压阀后设置一加药口，根据水合物的分解情况，适量加入水合物抑制剂，提高分解速度。(6)发明了天然气水合物分离方法：经过降压降温后的水合物多相流在经过安全阀(48)后一条分支向上经过第一压缩机(54)和第七流量计(55)进入竖直放置的储气罐(56)，储气罐上装有第九压力计(57)和第八温度计(58)，经过第二压缩机(59)、处理装置(60)、第三压缩机(61)然后外输另一分支经过第二输水泵(51)、第六流量计(52)进入储水罐(53)；(7)本发明在各个步骤中，压力计、温度计、流量计、中得到的数据均输入计算机采集系统进行处理分析，保证整个系统的正常运行并利用了天然气水合物在高温条件下容易分离出甲烷的特性，且甲烷常温下极难溶于水，其密度也小于空气的密度的物理特性。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为一种管道输送天然气水合物的方法和装备的工艺流程。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对发明专利作进一步详细的说明：发明专利具体涉及一种管道输送天然气水合物的方法，方法中采用的装置包括：计算机数据采集装置一(1)，高压气瓶(2)，稳压气罐(3)，压力调节器(4)，单向阀(5)，CR进气V₁(6)，流量计(7)，第一压力计(8)，第一温度计(9)，SV进气V₂(10)，第二压力计(11)，第一输水泵(12)，第二流量计(13)，第三压力计(14)，第二温度计(15)，反应釜(16)，CR进液V₃(17)，CR放空V₄(18)，PID电动阀(19),比较容器SV(20)，放空口(21),SV进气V₅(22)，温度控制装置(23)，取样口(24)，第四压力计(25)，第三温度计(26)，计算机数据采集装置二(27)，耐高压可加热破碎机(28)，第五压力计(29)，温度计(30)，第三流量计(31)，减压阀(32)，加药口(33),波形管道(34)，减温水泵(35)，截止阀(36)，节流阀(37)，调节阀(38)，止回阀(39)，第六压力计(40)，第五温度计(41)，第四流量计(42)，环形管道A(43)，环形管道B(44)，第七压力计(45)，第六温度计(46)，第五流量计(47)，安全阀(48),第八压力计(49)，第七温度计(50),第二输水泵(51)，第六流量计(52)，储水罐(53)，第一压缩机(54)，第七流量计(55),储气罐(56)，第九压力计(57)，第八温度计(58)，第二压缩机(59)，处理装置(60)，第三压缩机(61)。

所述的一种管道输送天然气水合物的方法，连接顺序为：计算机数据采集装置一(1)，进气通道和进水通道；进气通道由高压气瓶(2)，稳压气罐(3)，压力调节器(4)，单向阀(5)，CR进气V₁(6)，第一流量计(7)，第一压力计(8)，第一温度计(9)构成，进水管道由第一输水泵(12)，第二流量计(13)，第三压力计(14)，第二温度计(15)，CR进液V₃(17)组成，进气通道和进水通道混合于反应釜(16)；进气管道经过单向阀(5)的另一个分支由SV进气V₂(10)，第二压力计(11)，此时与经过PID电动阀(19)的反应釜流体在比较容器SV(20)混合；来自反应釜的流体的另一条分支经过CR放空V₄(18)到放空口(21)；而比较容器(20)的出口经过SV进气V₅(22)；整套天然气生成装置的所有器材都放置在高精度的恒温水浴中，并用温度控制装置(23)控制和监测；水合物运输与分离单元，包括计算机数据采集装置二(27)，降压装置和降温装备，降压装置有取样口(24)，经第四压力计(25)，第三温度计(26)，到耐高压可加热破碎机(28)，第五压力计(29)，第四温度计(30)，第三流量计(31)到减压阀(32)和加药口(33)；同时降温装置流经减温水泵(35)，截止阀(36)，节流阀(37)，调节阀(38)，止回阀(39)，第四流量计(42)，第六压力计(40)，第五温度计(41)，环形管道A(43)，环形管道B(44)，最后和干流在波形管道(34)汇合；混合后经过第七压力计(45)，第六温度计(46)，第五流量计(47)，到达安全阀(48)，再经过第八压力计(49)，第七温度计(50)后一条分支向下经过第二输水泵(51)，第六流量计(52)，最后到达储水罐(53)；另一分支向上经过第一压缩机(54)，第七流量计(55),储气罐(56)，第九压力计(57)，，第八温度计(58)，第二压缩机(59)，处理装置(60)，第三压缩机(61)，最后输出。

所述的一种管道输送天然气水合物的方法，水合物生成步骤：天然气从高压气瓶(2)里出来经过稳压气罐(3)、压力调节器(4)、单向阀(5)、最后气体进入反应釜(16)；由第一压力计(8)、温度计(9)和第一流量计(7)实时监测输气管道的运行情况；同时，水也进入反应釜(16)；输水管道同样设置第三压力计(14)、温度计(15)和第二流量计(13)进行工况的检测；经气液混合的天然气和水进入反应釜(16)后开始反应；反应釜(16)内的温度为2―5℃，管道内压力为10―15MPa，生成水合物晶体，生成水合物的全程在恒温水浴中进行，温度和反应釜(16)内的相同为2―5℃。

所述的一种管道输送天然气水合物的方法，水合物运输与分离步骤：生成的天然气水合物经过取样口进入耐高压可加热破碎机(28)，破碎机内的压力和反应釜(16)内的差不多，为10―15MPa，温度200℃；由第五压力计(29)、第四温度计(30)和第三流量计(31)实时监测输气管道的运行情况；然后进入压力阀(32)中进行降压；与此同时，减温水泵(35)开始运作，经过截止阀(36)、节流阀(37)、调节阀(38)、止回阀(39)、最后经过环形管道A(43)和环形管道B(44)与干流的波形管道(34)汇合，输水管道全程同样设置第六压力计(40)、第五温度计(41)和第四流量计(42)进行工况的实时检测；当流体流经加药口(33)的时候加入适量的水合物抑制剂；此时，含有气液两相的流体到达安全阀(48)时温度已经降到了20―30℃，压力也回到了0.98MPa大气压；由第七压力计(45)、第六温度计(46)和第五流量计(47)实时监测输气管道的运行情况；经过安全阀(48)后，产生上下两个分支，向上经过第一压缩机(54)和第七流量计(55)进入储气罐(56)中，储气罐(56)上也装有第九压力计(57)和第八温度计(58)实时测量工况数据；然后进入第二压缩机(59)途径处理装置(60)，最后经过第三压缩机(61)输出纯净的天然气；向下经过第二输水泵(51)进入储水罐(53)；并设有第六流量计(52)实时监测流量的大小。

Claims

1.一种管道输送天然气水合物的方法，方法中采用的装置包括：计算机数据采集装置一(1)，高压气瓶(2)，稳压气罐(3)，压力调节器(4)，单向阀(5)，CR进气V₁(6)，第一流量计(7)，第一压力计(8)，第一温度计(9)，SV进气V₂(10)，第二压力计(11)，第一输水泵(12)，第二流量计(13)，第三压力计(14)，第二温度计(15)，反应釜(16)，CR进液V₃(17)，CR放空V₄(18)，PID电动阀(19),比较容器SV(20)，放空口(21),SV进气V₅(22)，温度控制装置(23)，取样口(24)，第四压力计(25)，第三温度计(26)，计算机数据采集装置二(27)，耐高压可加热破碎机(28)，第五压力计(29)，第四温度计(30)，第三流量计(31)，减压阀(32)，加药口(33),波形管道(34)，减温水泵(35)，截止阀(36)，节流阀(37)，调节阀(38)，止回阀(39)，第六压力计(40)，第五温度计(41)，第四流量计(42)，环形管道A(43)，环形管道B(44)，第七压力计(45)，第六温度计(46)，第五流量计(47)，安全阀(48),第八压力计(49)，第七温度计(50),第二输水泵(51)，第六流量计(52)，储水罐(53)，第一压缩机(54)，第七流量计(55),储气罐(56)，第九压力计(57)，第八温度计(58)，第二压缩机(59)，处理装置(60)，第三压缩机(61)；

其特征在于：天然气水合物生成单元中有计算机数据采集装置一(1)，进气通道和进水通道，进气通道由高压气瓶(2)，稳压气罐(3)，压力调节器(4)，单向阀(5)，CR进气V₁(6)，第一流量计(7)，第一压力计(8)，第一温度计(9)构成，进水管道由第一输水泵(12)，第二流量计(13)，第三压力计(14)，第二温度计(15)，CR进液V₃(17)组成，进气通道和进水通道混合于反应釜(16)；进气管道经过单向阀(5)的另一个分支由SV进气V₂(10)，第二压力计(11)，此时与经过PID电动阀(19)的反应釜流体在比较容器SV(20)混合；来自反应釜的流体的另一条分支经过CR放空V₄(18)到放空口(21)；而比较容器(20)的出口经过SV进气V₅(22)；整套天然气生成装置的所有器材都放置在高精度的恒温水浴中，并用温度控制装置(23)控制和监测；水合物运输与分离单元，包括计算机数据采集装置二(27)，降压装置和降温装备，降压装置有取样口(24)，经第四压力计(25)，第三温度计(26)，到耐高压可加热破碎机(28)，第五压力计(29)，第四温度计(30)，第三流量计(31)到减压阀(32)和加药口(33)；同时降温装置流经减温水泵(35)，截止阀(36)，节流阀(37)，调节阀(38)，止回阀(39)，第四流量计(42)，第六压力计(40)，第五温度计(41)，环形管道A(43)，环形管道B(44)，最后和干流在波形管道(34)汇合；混合后经过第七压力计(45)，第六温度计(46)，第五流量计(47)，到达安全阀(48)，再经过第八压力计(49)，第七温度计(50)后一条分支向下经过,第二输水泵(51)，第六流量计(52)，最后到达储水罐(53)；另一分支向上经过第一压缩机(54)，第七流量计(55),储气罐(56)，第九压力计(57)，第八温度计(58)，第二压缩机(59)，处理装置(60)，第三压缩机(61)，最后输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在天然气水合物的生成时，本系统的温度控制由恒温水浴来完成，由温度传感器直接测量反应釜中的温度；而压力控制则由压力控制阀CV(4)完成(PID根据CR中的压力控制调节压力控制阀)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在天然气水合物的生成时，通过测量比较容器(20)的压力与反应釜(16)的压差来精确地测定反应釜中的压力。

4.据权利要求1所述的方法，其特征在于，在输送过程中设置一耐高压可加热破碎机(28)。

5.据权利要求1所述的方法，其特征在于，减温水经过减温水泵(35)，截止阀(36)，节流阀(37)，调节阀(38)，止回阀(39)，第六压力计(40)，第五温度计(41)，第四流量计(42)，最后一分支经过环形管道A(43)进行第一次降温，另一分支经过环形管道B(44)进行第二次降温；最后两条曲形弯道在干路上的波形管道汇合进行第三次降温。

6.据权利要求1所述的方法，其特征在于，天然气水合物经过减压阀(32)后设置一加药口。

7.据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离单元包括向上的分支，第一压缩机(54)，第七流量计(55),储气罐(56)，第九压力计(57)，第八温度计(58)，第二压缩机(59)，处理装置(60)，第三压缩机(61)；向下的分支经过第二输水泵(51)，第六流量计(52)，最后到达储水罐(53)。