CN107364910A

CN107364910A - 一种利用海底低温的水合物淡化海水的方法及装置

Info

Publication number: CN107364910A
Application number: CN201710774825.2A
Authority: CN
Inventors: 张�杰; 万亭宇; 罗文�; 唐旭; 李鑫; 谢超; 杨森
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2017-11-21

Abstract

本发明涉及一种利用海底低温的水合物淡化海水的方法及装置，其装置包括进料系统、淡化系统和收集系统；其方法包括水合物生成阶段和水合物分解阶段，在水合物生成阶段，利用海底低温海水和海上气田产出的经分离、冷却后的纯天然气生成天然气水合物，并排出剩余的浓缩海水；在水合物分解阶段，利用电热带加热水合物釜，使天然气水合物分解成为热天然气和淡水，得到的淡水输送至平台或陆地，得到的热天然气回流至气井，有助于防止油管内生成天然气水合物堵塞油管。本发明节约了制冷设备和制气设备，大大减少了成本，简化了工艺流程。

Description

一种利用海底低温的水合物淡化海水的方法及装置

技术领域

本发明涉及海水淡化领域，特别涉及一种利用海底低温的水合物淡化海水的方法及装置。

背景技术

淡水作为人类生存与发展的基本物质，正日渐成为一种稀缺品。而海水覆盖了地球70％的面积，是非常可观的水资源。所以，利用科学技术将海水淡化，逐渐成为解决淡水资源稀缺问题的有效方法之一。现有的海水淡化方法有反渗透法、电渗法和蒸馏法等，但它们能量消耗巨大，并且设备昂贵、系统复杂、维修运行成本高。这些缺点严重制约了海水淡化方法的推广应用。

水合物海水淡化方法原理是水合物结晶仅包含水和生成水合物的气体组分(如二氧化碳、甲烷等)，并且该气体在水合物中的组成和其在原相态中组成不同。因此，借助于在水溶液系统中加入某种水合物气体，使其生成水合物可以得到淡水和浓缩的水溶液。水合物是一种在高压低温的条件下生成的笼型结晶化合物，其形成的三个条件是：高压、低温以及充足的气源。常规的利用水合物淡化海水的方法是在海平面以上进行操作，这就需要制冷设备、制气设备等，大大的增加了能耗和成本。

专利号为2011110134047.3的发明专利中公开了一种海水淡化方法，该方法需要在生成水合物之前对海水进行冷却，所以需要额外配置制冷设备，并且需要充足的气源，这就增加了成本和能耗。

值得注意的是，在深海1000m左右，三大洋平均温度为3-4度，在此温度下，天然气水合物的平衡压力为2-4MPa。因此，海底是生成水合物的理想场所。利用海底低温生成水合物淡化海水，省去了制冷设备。并且，只要在海上气田附近安装水合物淡化海水系统，可省去制气设备，大大的节约了成本，简化了流程。

本发明就是在水合物淡化海水的原理基础上，利用海底低温生成水合物进行海水淡化。

发明内容

本发明的目的是针对现有的海水淡化方法的不足，提出一种利用海底低温的水合物淡化海水的方法及装置，将海上气田产出的气体和海水在海底低温条件下合成水合物以淡化海水。

本发明的技术方案：一种利用海底低温的水合物淡化海水的方法及装置，其装置包括：进料系统、淡化系统和收集系统；其中，进料系统包括气液分离器、海底进气管、进气阀、海底泵、海底进水管、进水阀和喷嘴；淡化系统包括外壳、电热带、水合物釜、压力监测装置、水合物检测装置；收集系统包括废水管、废水阀、流量传感器、海底泵、淡水管、淡水阀、天然气管、排气阀；其中，进料系统中，海底进气管和进气阀处于水合物釜的左下侧，海底进水管、进水阀和喷嘴处于水合物釜的右上侧，海底进气管和海底进水管上均安装有海底泵；淡化系统中，电热带处于外壳和水合物釜之间并缠绕在水合物釜外侧，压力监测装置和水合物监测装置均处于水合物釜上部；收集系统中，废水管和废水阀、淡水管和淡水阀处于水合物釜右下侧，废水管和淡水管上均安装有流量传感器和海底泵；天然气管和排气阀处于水合物釜左上侧，天然气管由保温材料制造，其上安装有海底泵。

一种利用海底低温的水合物淡化海水的方法及装置，其方法包括：水合物生成阶段和水合物分解阶段。

所述水合物生成阶段中，海上气田产出的气水混合物经气液分离器分离后，得到纯天然气，以防止在海底低温条件下，气水混合物在海底进气管中生成天然气水合物堵塞管道；分离得到的纯天然气流经海底进气管，被海底低温海水冷却后，通过海底进气管上的海底泵输送到淡化系统中水合物釜中；此时进气阀处于打开状态，其余各阀处于关闭状态，让天然气在水合物釜中形成高压条件；当压力监测装置监测到水合物釜中压力高于海底低温条件下的天然气水合物平衡压力3-4MPa时，保持进气阀打开，同时打开进水阀和海底进水管上的海底泵，将海底低温海水泵注进水合物釜；在喷嘴的作用下，低温海水呈雾状在水合物釜中下降，并与冷却后的纯天然气结合生成天然气水合物；当水合物检测装置检测到水合物釜中已生成大量水合物后，关闭进水阀和海底进水管上的海底泵、进气阀和海底进水管上的海底泵，让水合物釜中气水混合物继续生成天然气水合物，并利用重力分异作用使多余天然气聚集到水合物釜上部，残余浓缩海水聚集到水合物釜下部。一段时间后，打开进气阀和海底进气管上的海底泵，继续向水合物釜中注入冷却后的纯天然气，使水合物釜中压力高于海底低温条件下天然气水合物的平衡压力3-4MPa，以防止在排出浓缩海水时，水合物釜中压力下降导致天然气水合物提前分解。同时打开废水阀和废水管上的海底泵，将水合物釜底部的浓缩海水排到足够远处，当废水管上流量传感器监测到废水管流量接近于零时，关闭进气阀和海底进气管上的海底泵、废水阀和废水管上的海底泵。

所述水合物分解阶段，打开电热带，加热水合物釜，使水合物釜内天然气水合物分解；同时打开排气阀和排气管上的海底泵、淡水阀和淡水管上的海底泵，天然气水合物分解得到的天然气和之前多余的天然气经电热带增温后，排出水合物釜，流向海上气井，与油管内气体汇合，有利于增加油管内温度，防止油管内生成水合物堵塞管道；天然气水合物分解得到的淡水排出水合物釜，经淡水管流向汇管，最后输送至海上平台或陆地；当流量传感器、水合物检测装置和压力监测装置共同确定水合物釜内天然气水合物分解完全后，关闭电热带以及各阀、各泵，继续进行下一次海水淡化过程。这样，就可以通过循环生成、分解天然气水合物淡化海水得到淡水。

本发明由于采用上述技术方案，具有以下几个优点：(1)在海底布置设备，利用海底低温生成水合物，节约了制冷设备，从而减少了成本和能耗；(2)设备安装在海上气田附近，具有充足的气源，节约了制气设备和成本；(3)在同一个釜中生成和分解水合物，节约了设备和成本；(4)经加热分解得到的天然气回流到海上气井油管内，可增加油管内温度，防止油管内天然气水合物生成而造成油管堵塞。

附图说明

图1是本发明利用海底低温的水合物淡化海水的装置示意图。

图中，海平面1、海底2、海上气井3、海底进气管4、气液分离器5、进气阀6、海底泵7、外壳8、水合物釜9、水合物检测装置10、压力监测装置11、电热带12、喷嘴13、进水阀14、海底进水管15、海底泵16、淡水管17、淡水阀18、流量传感器19、海底泵20、废水管21、海底泵22、流量传感器23、废水阀2/4、天然气管25、排气阀26、海底泵27。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明中一组系统作进一步说明。

如图1所示，本发明利用海底低温的水合物淡化海水的装置包括：进料系统、淡化系统和收集系统；其中，进料系统包括海底进气管4、气液分离器5、进气阀6、海底泵7、海底进水管15、进水阀14和喷嘴13；淡化系统包括外壳8、电热带12、水合物釜9、压力监测装置11、水合物检测装置10；收集系统包括淡水管17、淡水阀18、流量传感器19、海底泵20、废水管21、海底泵22、流量传感器23、废水阀24、天然气25、排气阀26、海底泵27；其中，进料系统中，海底进气管15和进气阀14处于水合物釜9的左下侧，海底进水管15、进水阀14和喷嘴13处于水合物釜9的右上侧，海底进气管4和海底进水管15分别安装有海底泵7和海底泵16；淡化系统中，电热带12处于外壳8和水合物釜9之间并缠绕在水合物釜9外侧，压力监测装置11和水合物检测装置10均处于水合物釜9上部；收集系统中，废水管21和废水阀24、淡水管17和淡水阀18处于水合物釜9右下侧，废水管21和淡水管17上分别安装有流量传感器23和流量传感器19、海底泵22和海底泵20；天然气管25和排气阀26处于水合物釜9左上侧，天然气管25由保温材料制造，其上安装有海底泵27。

本发明在具体实施时，将海上气井3产出的气水混合物经气液分离5分离后，得到纯天然气，以防止在海底2低温条件下，气水混合物在海底进气管4中生成天然气水合物堵塞管道；分离得到的纯天然气流经海底进气管4，被海底2低温海水冷却后，通过海底进气管4上的海底泵7输送到淡化系统中水合物釜9中；此时进气阀6处于打开状态，其余各阀处于关闭状态，让天然气在水合物釜9中形成高压条件；当压力监测装置11监测到水合物釜9中压力高于海底2低温条件下的天然气水合物平衡压力3-4MPa时，保持进气阀6打开，同时打开进水阀14和海底进水管15上的海底泵16，将海底2低温海水泵注进水合物釜9；在喷嘴13的作用下，低温海水呈雾状在水合物釜9中下降，并与冷却后的纯天然气结合生成天然气水合物；当水合物检测装置10检测到水合物釜9中已生成大量水合物后，关闭进水阀14和海底进水管15上的海底泵16、进气阀6和海底进水管4上的海底泵7，让水合物釜9中气水混合物继续生成天然气水合物，并利用重力分异作用使多余天然气聚集到水合物釜9上部，残余浓缩海水聚集到水合物釜9下部。一段时间后，打开进气阀6和海底进气管4上的海底泵7，继续向水合物釜9中注入冷却后的纯天然气，使水合物釜9中压力高于海底2低温条件下天然气水合物的平衡压力3-4MPa，以防止在排出浓缩海水时，水合物釜9中压力下降导致天然气水合物提前分解。同时打开废水阀18和废水管17上的海底泵20，将水合物釜9底部的浓缩海水排到足够远处，当废水管17上流量传感器19监测到废水管17流量接近于零时，关闭进气阀6和海底进气管4上的海底泵7、废水阀18和废水管17上的海底泵20。

打开电热带12，对水合物釜9进行加热，使水合物釜9内天然气水合物分解；同时打开排气阀26和排气管25上的海底泵27、淡水阀18和淡水管17上的海底泵20，天然气水合物分解得到的天然气和之前多余的天然气经电热带12增温后，排出水合物釜9，流回海上气井3，与油管内气体汇合，有利于增加油管内温度，防止油管内生成水合物堵塞管道；天然气水合物分解得到的淡水排出水合物釜9，经淡水管17输送至海上平台或陆地；当流量传感器19、水合物检测装置10和压力监测装置11共同确定水合物釜9内天然气水合物分解完全后，关闭电热带12以及各阀、各泵，继续进行下一次海水淡化过程。这样，就可以通过循环生成、分解天然气水合物淡化海水得到淡水。

Claims

1.一种利用海底低温的水合物淡化海水的方法，包括水合物生成阶段和水合物分解阶段；其特征在于所述水合物生成阶段中，海上气田产出的气水混合物经气液分离器分离后，得到纯天然气，以防止在海底低温条件下，气水混合物在海底进气管中生成天然气水合物堵塞管道；分离得到的纯天然气流经海底进气管，被海底低温海水冷却后，通过海底进气管上的海底泵输送到淡化系统中水合物釜中；此时进气阀处于打开状态，其余各阀处于关闭状态，让天然气在水合物釜中形成高压条件；当压力监测装置监测到水合物釜中压力高于海底低温条件下的天然气水合物平衡压力3-4MPa时，保持进气阀打开，同时打开进水阀和海底进水管上的海底泵，将海底低温海水泵注进水合物釜；在喷嘴的作用下，低温海水呈雾状在水合物釜中下降，并与冷却后的纯天然气结合生成天然气水合物；当水合物检测装置检测到生成水合物已完全占据水合物釜空间后，关闭进水阀和海底进水管上的海底泵、进气阀和海底进水管上的海底泵，让水合物釜中气水混合物继续生成天然气水合物，并利用重力分异作用使多余天然气聚集到水合物釜上部，残余浓缩海水聚集到水合物釜下部；一段时间后，打开进气阀和海底进气管上的海底泵，继续向水合物釜中注入冷却后的纯天然气，使水合物釜中压力高于海底低温条件下天然气水合物的平衡压力3-4MPa，以防止在排出浓缩海水时，水合物釜中压力下降导致天然气水合物提前分解；同时打开废水阀和废水管上的海底泵，将水合物釜底部的浓缩海水排出水合物釜，当废水管上流量传感器监测到废水管流量为零时，关闭进气阀和海底进气管上的海底泵、废水阀和废水管上的海底泵；

所述水合物分解阶段，打开电热带，加热水合物釜，使水合物釜内天然气水合物分解；同时打开排气阀和排气管上的海底泵、淡水阀和淡水管上的海底泵，天然气水合物分解得到的天然气和之前多余的天然气经电热带增温后，排出水合物釜，流向海上气井，与油管内气体汇合，有利于增加油管内温度，防止油管内生成水合物堵塞管道；天然气水合物分解得到的淡水排出水合物釜，经淡水管流向汇管，最后输送至海上平台或陆地；当流量传感器、水合物检测装置和压力监测装置共同确定水合物釜内天然气水合物分解完全后，关闭电热带以及各阀、各泵，继续进行下一次海水淡化过程。

2.一种利用海底低温的水合物淡化海水的装置，包括进料系统、淡化系统和收集系统，其特征在于进料系统包括气液分离器、海底进气管、进气阀、海底泵、海底进水管、进水阀和喷嘴；淡化系统包括外壳、电热带、水合物釜、压力监测装置、水合物检测装置；收集系统包括废水管、废水阀、流量传感器、海底泵、淡水管、淡水阀、天然气管、排气阀；其中，进料系统中，海底进气管和进气阀处于水合物釜的左下侧，海底进水管、进水阀和喷嘴处于水合物釜的右上侧，海底进气管和海底进水管上均安装有海底泵；淡化系统中，电热带处于外壳和水合物釜之间并缠绕在水合物釜外侧，压力监测装置和水合物监测装置均处于水合物釜上部；收集系统中，废水管和废水阀、淡水管和淡水阀处于水合物釜右下侧，废水管和淡水管上均安装有流量传感器和海底泵；天然气管和排气阀处于水合物釜左上侧，天然气管由保温材料制造，其上安装有海底泵。