CN107715812A - 气体水合物生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体水合物生成装置，其包括：反应腔，所述反应腔构造成能在其中生成气体水合物；进水通道，所述进水通道与所述反应腔相连通以向所述反应腔内供应生成气体水合物所需的水；以及加热机构，所述加热机构至少设置在所述反应腔与所述进水通道的连通处，以对所述连通处进行加热。通过使用这种气体水合物生成装置能提高气体水合物的生成效率。

Description

气体水合物生成装置

技术领域

本发明属于油气储运领域，具体涉及一种气体水合物生成装置。

背景技术

对于天然气的开发来说，对采集到的天然气进行运输是一个非常重要的研究课题。如果采集到的天然气无法顺利运输到需要的地方，无法将其充分利用，那么将会严重影响到我国的油气开发技术的发展。

在现有技术中，通常在油气井附近将天然气合成为气体水合物的形式，以方便对天然气进行运输。然而，在生成气体水合物的过程中，生成气体水合物的反应腔内保持高压、低温的环境，从而与反应腔相连通以用于向其中供应水的进水通道内也会保持高压、低温的环境。一旦水和天然气在进水通道与反应腔的连通处聚集，则非常容易在此生成气体水合物。这些气体水合物容易聚集在进水通道与反应腔的连通处并堵塞进水通道。如此一来，水就难以通过进水通道进入到反应腔内了。在此情况下，气体水合物的合成效率将大大地降低，大量的天然气将会因无法合成气体水合物而难以运输到需要使用天然气的较远的地方。这对于我国工业发展非常不利，并且为人们的生活带来了很大的不便。

因此，需要一种能提高气体水合物的生成效率的气体水合物生成装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种气体水合物生成装置，通过使用这种气体水合物生成装置能提高气体水合物的生成效率。

根据本发明提出了一种气体水合物生成装置，包括：反应腔，所述反应腔构造成能在其中生成气体水合物；进水通道，所述进水通道与所述反应腔相连通以向所述反应腔内供应生成气体水合物所需的水；以及加热机构，所述加热机构至少设置在所述反应腔与所述进水通道的连通处，以对所述连通处进行加热。

通过使用本发明的气体水合物生成装置，能够在反应腔内生成天然气的气体水合物。同时，加热机构能对进水通道与反应腔的连通处或者更多的进水通道的部分进行加热，以使得连通处的水的温度高于生成气体水合物的最高温度，从而防止天然气和水在此结合生成气体水合物而堵塞进水通道。通过这种结构和方式能有效地确保天然气能高效地生成气体水合物，从而能尽可能多地将天然气运输到距离较远的地方以供使用。

在一个实施例中，加热机构包括加热管，所述加热管套设在所述进水通道的外部，在所述加热管内容纳有加热流体。通过套设在进水通道外的加热管中的加热流体，能有效地加热进水通道，使其温度升高，并由此使得其内部的温度升高。

在一个实施例中，所述加热机构包括加热管，所述加热管套设在所述进水通道的内部，在所述加热管内容纳有加热流体。在所述进水通道的内径较大时，通过这种设置能够更加均匀且快速地对进水通道内的原料水(水)进行加热。

在一个实施例中，加热机构包括加热管，至少部分加热管缠绕在所述进水通道周围，在所述加热管内容纳有加热流体。通过这种缠绕的加热管和加热流体能有效地加热进水通道，使其温度升高，并由此使其内部的温度升高。

在一个实施例中，加热机构还包括涡流管，所述涡流管与所述加热管相连通，所述加热流体为加热气体，其中，向所述涡流管提供辅助气体，所述辅助气体在所述涡流管中分离出所述加热气体，所述加热气体进入到加热管内。通过这种方式产生加热气体无需过多额外的能耗，并由此降低了装置的复杂度以及气体水合物的生成成本。

在一个实施例中，在加热管上设置有控制阀，所述控制阀构造成在所述反应腔内的温度低于生成气体水合物的最高温度时允许所述加热气体进入到所述加热管的与所述进水通道相接触或设置在所述进水通道周围的部分。在生成气体水合物之前，需要将反应腔内的温度降低至低于生成气体水合物的最高温度。在完成这一过程之前，加热气体不对进水通道进行加热。

在一个实施例中，气体水合物生成装置还包括进气通道，所述进气通道与所述反应腔连通以向所述反应腔内供应天然气，所述加热机构还包括冷却气体通道，所述冷却通道的一端与所述涡流管相连通，另一端与所述进气通道相连通，其中，所述辅助气体在所述涡流管中分离出所述加热气体和冷却气体，所述冷却气体经所述冷却气体通道进入所述进气通道。通过涡流管能够实现同时分离出加热气体和冷却气体。即是说，将加热气体用于加热进水通道，并且将冷却气体通入到进气通道中，并随着通过进气通道进入反应腔的天然气一起进入反应腔。冷却通道具有较低的温度，因此这种设置对于降低冷却腔内的温度来说是非常有利的。

在一个实施例中，在所述进气通道上设置有冷却机构，所述冷却气体通道在所述冷却机构的下游处与所述进气通道连通。通过进气通道进入反应腔内的天然气会在冷却机构的作用下降温，从而能将这些天然气降低到生成气体水合物所需的温度。另外，在冷却机构的下游处与进气通道连通能保证冷却机构冷却作用的高效性，并且能在天然气经过冷却机构之后，再次进过冷却气体再次降温。

在一个实施例中，加热机构还包括辅助气体通道，所述辅助气体的一端在所述冷却机构的上游处与所述进气通道相连通，所述辅助气体通道的另一端与所述涡流管相连通，其中，所述辅助气体从所述进气通道经所述辅助气体通道提供给所述涡流管。通过这种结构使得，提供给涡流管的辅助气体为天然气，由此避免了引入额外的气体，从而有效地确保了进入到反应腔内的天然气的浓度较高，提高了气体水合物的生成效率。

在一个实施例中，进水通道的内径沿朝向所述反应腔的方向逐渐增大。通过这种方式能够有效地防止进水通道被堵塞。

与现有技术相比，本发明的气体水合物生成装置的优点在于：能够在反应腔内生成天然气的气体水合物。同时，加热机构能对进水通道进行加热，以使得此处的温度高于生成气体水合物的最高温度，从而防止天然气和水在此结合生成气体水合物而堵塞进水通道。通过这种结构和方式能有效地确保天然气能高效地生成气体水合物，从而能尽可能多地将天然气运输到距离较远的地方以供使用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中显示了：

图1是本发明的气体水合物生成装置的一个实施例的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了本发明的气体水合物生成装置(以下简称为“装置”)100的大体结构。

装置100包括用于在其中生成气体水合物的反应腔5。另外，装置100还包括：与反应腔5相连通的进气通道1，进气通道1用于将原料气供应到反应腔5内；与反应腔5相连通并与进气通道1间隔开的出气通道8，出气通道8用于将未反应的原料气导出反应腔5。进气通道1和出气通道8以及反应腔5构成通常的流动路径，以供原料气在其中顺利地流通。另外，装置100还包括与反应腔5相连通的进水通道4，进水通道4用于向反应腔5内供应原料水。原料水和原料气在反应腔5内相遇。在反应腔内为高压、低温环境时，原料水和原料气可以结合生成气体水合物。

对于要生成天然气的气体水合物来说，这里的原料水为水，原料气为天然气，高压例如为≥1MPa，低温例如为≤20℃。

反应腔5可构造成回转体式的。例如，反应腔5构造成如图1所示的那样，由上方的圆柱式腔体和下方的近似为圆锥式的腔体组成。也就是说，反应腔5为回转体式的，并且在朝向下方的方向上内径逐渐变小。另外，优选地，进气通道沿反应腔5的切线与反应腔5在其侧壁处连通。这样一来，原料气进入到反应腔5内之后，会在反应腔5内进行大体上呈螺旋形的运动，从而使生成的气体水合物能够被甩到反应腔5的内壁上，并顺着反应腔5的内壁下落并由反应腔5的底部离开反应腔5。

在反应腔5的下方连通有用于储存气体水合物的储存腔6。在反应腔5内生成的气体水合物能直接落入到存储腔6内，以便于收集。另外，还可在存储腔6内设置压实活塞7。在存储腔6内积攒了一定量的气体水合物之后，压实活塞7在存储腔6内移动以将气体水合物压实。由此方便了对气体水合物进行收集并存储，进而在一个存储腔6内能够存储更多的气体水合物。存储腔6通常由储罐等存储器具的内腔形成。在收集了一定量的气体水合物之后，可解除存储腔6与反应腔5之间的连通状态，由此可以将构成存储腔6的储罐运输到所需的地方。

通过进气通道1进入反应腔5的原料气本身为高压的，由此能够直接地为反应腔5提供高压的环境。而为了在反应腔5内取得生成气体水合物所需的低温环境，在进气通道上设置冷却机构2。冷却机构2能够将通过其中的原料气的温度降低。这里的冷却机构例如可以是节流阀。节流阀对于本领域的技术人员来说是众所周知的，在此不进行详细描述。

在反应腔5内的温度降低到气体水合物生成所需的温度后，即可在反应腔5内生成气体水合物了。然而，由于反应腔5与进水通道4是相连通的，所以进水通道4的与反应腔5连通的部分处的温度也会达到气体水合物生成所需的温度。由此，要通过进水通道进入到反应腔5内的原料水在该连通部分处遇到原料气时，这里的环境满足气体水合物生成所需的高压、低温条件。此时，会在进水通道4处产生气体水合物。这极易对进水通道4造成堵塞。

为了防止这种堵塞情况的发生，可以在进水通道处、至少在进水通道与反应腔的连通处设置加热结构。加热结构可以对进水通道4或其与反应腔的连通处进行加热，从而使进水通道4及其内部或者连通处及其内部的温度升高，进而使在进水通道4与反应腔5连通的部分处的温度高于生成气体水合物的最高温度(即，生成气体水合物所需的温度的最高上限)。如此一来，在该连通处的温度不符合生成气体水合物所需的条件，因而气体水合物不会在此生成。通过这种结构能有效地防止气体水合物堵塞进水通道4与反应腔5的连通处，进而能提高装置100生成气体水合物的效率。

优选地，加热结构包括加热管12，在加热管12内容纳有加热流体。加热流体例如可以是气态的和/或液态的。

在一个实施例中，加热管12的至少一部分套设在进水通道4之外，以在加热管12与进水通道4之间形成环状的空腔，加热流体容纳在该空腔内。加热流体直接与进水通道4相接触，能够非常均匀而稳定地加热进水通道，以保证进水通道及其内部环境的温度稳定而均匀地升高至高于生成气体水合物的最高温度。

在另一个实施例中，加热管12的至少一部分套设在进水通道4的内部。在加热管12的外壁与进水通道4的内壁之间形成环状的空腔，原料水经此环形空腔流入到反应腔内，而原料水经加热管12的内部流过。由此一来，尤其是在进水通道4的内径较大时，通过这种设置能够更加均匀且快速地对进水通道内的原料水(水)进行加热。

在另一个实施例中，如图1所示，加热管12的至少一部分缠绕在进水通道4周围。

使用者根据使用情况而控制加热机构对进水通道4加热的强烈程度。在保证进水通道4处的温度高于生成气体水合物的最高温度的同时，确保原料水进入到反应腔5内，能够被反应腔5内的温度冷却至气体水合物生成所需的范围内。

优选地，装置100还包括涡流管3。涡流管3构造成向其中提供的较高压的辅助气体能够分离成较低压的加热气体和冷却气体。这里的加热气体即是气态的加热流体。

涡流管3与加热管12相连通，从而在涡流管3中分离出的加热气体可以进入到加热管12内，并对进水通道4进行加热。通过这种结构和方式对进水通道4进行加热所消耗的能量非常低，并且也不会大幅地提高装置100的结构复杂度，没有过多的伴生设备，由此能够非常高效且低成本地防止气体水合物堵塞进水通道4，进而提高了气体水合物的生成效率。

还可以在加热管12上或者加热管12与涡流管3连通处设置控制阀。该控制阀构造成在反应腔5内的温度低于生成气体水合物的最高温度时允许加热气体进入到加热管12内的包围进水通道4或与进水通道4相接触的部分内。否则，加热气体就不进入到该部分内，从而不会对进水通道4进行加热，进而不会间接地对反应腔5进行加热而妨碍反应腔5降温。

另外，涡流管3通过冷却气体通道13与进气通道1相连通，以使得在涡流管3内分离出的冷却气体可以经冷却气体通道13进入到气体通道1内。由于冷却气体的温度较低，因此可以促使经进气通道1进入反应腔5的原料气温度降低，并且在进入反应腔5后，促使反应腔5内的温度降低。

优选地，冷却气体通道13与进气通道1连通的位置处于冷却机构2的下游。由此，冷却机构2能够非常高效地对进入到进气通道1内的原料气进行冷却，并且原料气在经过这次冷却后与导入的冷却气体相混合以进一步降温。与其他的冷却结构和方式相比，这种结构和方式最终能导致反应腔5内的温度下降得最为高效、快速。

此外，装置100还可包括辅助气体通道11，辅助气体通道11的一端与进气通道1相连通、另一端与涡流管3相连通，以便使辅助气体从进气通道1提供给涡流管3。

优选地，辅助气体通道11与进气通道1的连通位置处于冷却机构2的上游和/或处于冷却气体通道13与进气通道1连通的位置的上游。由此，进入到涡流管3中的辅助气体的温度较高，从而能够更加高效地分离出加热气体和冷却气体。

应理解的是，这里的辅助气体为原料气。在辅助气体是原料气的情况下，优选地令加热管12的与进气通道4相接触或包围进气通道4的部分的下游部分连通到出气通道8。由此，能对加热后的原料气进行回收，以进行进一步的处理。此外，由于辅助气体为原料气而不是空气或其他气体，所以反应腔5内的原料气的浓度较高，有助于高效地生成气体水合物。

另外，还可将进水通道4构造成其内径沿朝向反应腔5的方向逐渐增大。在这种结构的辅助下，进水通道4更不易被气体水合物堵塞。

在出气通道8的下游处可以连接其他的后处理装置。优选地，在出气通道8的下游处连接有另外的装置100，以使未生成气体水合物的原料气能尽可能多地生成气体水合物。

通过使用上述气体水合物生成装置100，能防止进水通道被气体水合物堵塞，从而能更加高效而方便地生成气体水合物。通过这些气体水合物能够将天然气更加方便而安全地运送到所需的地方。对于小规模的偏远气田、海上气田以及油田伴生气的开发来说，利用气体水合物生成装置100将天然气转化为气体水合物再对气体水合物进行运输，尤其方便而安全。

下面提供一个具体的实施例，以便更好地理解装置100的特点和优势。

使用如图1所示的装置100来生成气体水合物。采用16MPa、24℃的天然气作为原料气，使反应腔内的压力为5MPa，温度为-5℃。通过涡流管得到的加热气体的温度为50℃，以该加热气体对进水通道进行加热，能使进水通道接近其与反应腔的连通处的表面上的温度到达10℃，高于该压力下的生成气体水合物的最高温度(约为6～7℃。由此，在水流至进水通道与反应腔的连通处时，其温度能保持高于该压力下的生成气体水合物的最高温度，进而能够防止气体水合物在进水通道与反应腔的连通处生成。而进入到反应腔内之后的水为2℃，低于在该压力下的生成气体水合物的最高温度，并处于生成气体水合物的温度范围内。因此，不会对反应腔内的气体水合物的生成产生负面影响或明显的负面影响。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种气体水合物生成装置，包括：

反应腔，所述反应腔构造成能在其中生成气体水合物；

进水通道，所述进水通道与所述反应腔相连通以向所述反应腔内供应生成气体水合物所需的水；以及

加热机构，所述加热机构至少设置在所述反应腔与所述进水通道的连通处，以对所述连通处进行加热。

2.根据权利要求1所述的气体水合物生成装置，其特征在于，所述加热机构包括加热管，所述加热管套设在所述进水通道的外部，在所述加热管内容纳有加热流体。

3.根据权利要求1所述的气体水合物生成装置，其特征在于，所述加热机构包括加热管，所述加热管套设在所述进水通道的内部，在所述加热管内容纳有加热流体。

4.根据权利要求1所述的气体水合物生成装置，其特征在于，所述加热机构包括加热管，至少部分加热管缠绕在所述进水通道周围，在所述加热管内容纳有加热流体。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的气体水合物生成装置，其特征在于，所述加热机构还包括涡流管，所述涡流管与所述加热管相连通，所述加热流体为加热气体，

其中，向所述涡流管提供辅助气体，所述辅助气体在所述涡流管中分离出所述加热气体，所述加热气体进入到加热管内。

6.根据权利要求的5所述的气体水合物生成装置，其特征在于，在所述加热管上设置有控制阀，所述控制阀构造成在所述反应腔内的温度低于生成气体水合物的最高温度时允许所述加热气体进入到所述加热管的与所述进水通道相接触或设置在所述进水通道周围的部分。

7.根据权利要求5或6所述的气体水合物生成装置，其特征在于，还包括进气通道，所述进气通道与所述反应腔连通以向所述反应腔内供应天然气，

所述加热机构还包括冷却气体通道，所述冷却通道的一端与所述涡流管相连通，另一端与所述进气通道相连通，

其中，所述辅助气体在所述涡流管中分离出所述加热气体和冷却气体，所述冷却气体经所述冷却气体通道进入所述进气通道。

8.根据权利要求7所述的气体水合物生成装置，其特征在于，在所述进气通道上设置有冷却机构，所述冷却气体通道在所述冷却机构的下游处与所述进气通道连通。

9.根据权利要求8所述的气体水合物生成装置，其特征在于，所述加热机构还包括辅助气体通道，所述辅助气体的一端在所述冷却机构的上游处与所述进气通道相连通，所述辅助气体通道的另一端与所述涡流管相连通，

其中，所述辅助气体从所述进气通道经所述辅助气体通道提供给所述涡流管。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的气体水合物生成装置，其特征在于，所述进水通道的内径沿朝向所述反应腔的方向逐渐增大。