CN107903969A - 一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置 - Google Patents

一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107903969A
CN107903969A CN201711222370.XA CN201711222370A CN107903969A CN 107903969 A CN107903969 A CN 107903969A CN 201711222370 A CN201711222370 A CN 201711222370A CN 107903969 A CN107903969 A CN 107903969A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrate
gas
coal bed
methane
bed gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711222370.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107903969B (zh
Inventor
王树立
蔡跃跃
饶永超
梁俊
葛昊
闫朔
周诗岽
李恩田
赵书华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou University
Original Assignee
Changzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou University filed Critical Changzhou University
Priority to CN201711222370.XA priority Critical patent/CN107903969B/zh
Publication of CN107903969A publication Critical patent/CN107903969A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107903969B publication Critical patent/CN107903969B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/10—Working-up natural gas or synthetic natural gas
    • C10L3/108—Production of gas hydrates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

本发明涉及石油天然气工业领域，特指一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置和方法。本发明分别是利用扭带提高传热传质的扭带水合物制取装置1台和利用拉瓦尔喷管提高过冷度的拉瓦尔水合物制取装置2台。同时在扭带水合物装置后设有两台三相分离装置，一台是存储状态，一台是水合物分解状态，两台状态可以相互转化。扭带产生的螺旋流可以保证水合物以浆液的形式进入三相分离装置而不堵塞在扭带水合物制取装置中。没有完全反应的煤层气进入拉瓦尔喷管水合物制取装置，以达到甲烷水合物生成条件进一步提取煤层气中的甲烷。拉瓦尔水合物制取装置也有两台，也分为制取状态和分解状态。通过两种状态的相互转换来达到水合物连续制取的工业要求。

Description

一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置
技术领域
本发明涉及石油天然气工业领域，具体是一种利用螺旋流和拉瓦尔喷管加快水合物制备效率并用于提取混空煤层气中甲烷气体的装置。
背景技术
煤层气是与煤伴生以吸附状态储存于煤层中的一种非常规天然气，是宝贵的洁净能源,更是煤矿安全生产的最大威胁。中国煤层气资源丰富，42个主要含气盆地(群)埋深2000m以内的煤层气地质资源量达36.81×1012m3，居世界第三位。近两年来，我国煤层气新区勘探成果显著，煤层气产量保持平稳增长，煤层气技术研发力度持续加大。混空煤层气的主要成分是CH4，同时含有SO2、N2等成分。与常规天然气相比，煤层气属于边际气田，由此决定了煤层气是一种低成本运行的项目。煤层气井产量低，生产周期长，项目经济性差，导致了近几年来煤层气勘探开发投入明显降低。所以一种快速高效的提取煤层气中的CH4的技术的开发显得非常有必要。
我国是煤炭生产和消费大国，伴随着煤炭的开采，我国每年向大气排放甲烷约194亿m3，约占世界采煤排放甲烷总量的1/3，甲烷的温室效应约是二氧化碳的20倍，对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。煤层气的开发利用不仅可以有效降低甲烷的排放量，而且能够减少二氧化碳的排量。煤层气与石油、煤炭相比，同样热值释放到大气中的二氧化碳比石油少50％，比煤炭少75％，对于国家节能减排的贡献很大。利用煤层气不仅可以减少瓦斯事故导致的直接经济损失、节约瓦斯防治费用，缓解煤炭运输系统压力，而且可以从煤层气利用中获得投资报酬。(许婷婷，郑爱华.煤层气利用率对其开发综合效益的影响[J].矿产保护与利用，2010，(1)：55-28)
但是低浓度煤层气也制约了煤层气的利用，我国《煤矿安全规程》中规定浓度在30％以上的煤层气才可利用。但我国浓度低于30％的煤层气大约占70％～80％，如果不加以利用，这部分瓦斯只能排空(曾少军，陆日东.我国煤层气CDM项目开发现状及对策研究[J].煤炭经济研究，2008，(5)：7-10)。由于没有经济高效的回收手段，每年造成了大量的能源浪费。
气体水合物是在高压低温条件下，水分子通过氢键相互连接形成笼状结构。气体水合物的体积远远小于气体的体积，1m3的水合物所携带的气体量在标态下通常达150-170m3。不同的气体形成水合物的条件不同，如在273K时氧气水合物的相平衡压力为12MPa，氮气水合物则为16MPa，CH4水合物的相平衡压力为5MPa。因此可利用水合物生成条件差异来分离出煤层气中的CH4。本发明通过对煤层气抽放系统排出的煤层气进行加压降温生成水合物，通过三相分离器加热装置对水合物进行分离、分解，实现混空煤层气中CH4的分离提取。
发明内容
本发明的目的在于解决了煤层气中甲烷提取过程中成本过高，效率过低等问题。
本发明采用两种水合物制取方式，分别是利用扭带提高传热传质的扭带水合物制取装置1台，和利用拉瓦尔喷管提高过冷度的拉瓦尔水合物制取装置2台。同时在扭带水合物装置后设有两台三相分离装置，一台是存储状态，一台是水合物分解状态，两台状态可以相互转化。扭带产生的螺旋流可以保证水合物以浆液的形式进入三相分离装置而不堵塞在扭带水合物制取装置中。没有完全反应的煤层气进入拉瓦尔喷管水合物制取装置，气体通过拉瓦尔喷管提高了过冷度，以达到甲烷水合物生成条件进一步提取煤层气中的甲烷。拉瓦尔水合物制取装置也有两台，也分为制取状态和分解状态。通过两种状态的相互转换来达到水合物连续制取的工业要求。该发明提供了一种高效的利用水合物技术提取混空煤层气中甲烷气体的新方法。
本发明包括煤层气预处理系统、气体压缩解压换热系统、水合物制取分解系统三部分。
所述的煤层气预处理装置为脱酸装置。
所述气体压缩换热系统由压缩机串联组成将气体压缩至6～8MPa，每台压缩机后设有由换热装置将由气体压缩时所产生的热量收集，以用于后续分解水合物提取甲烷。排出的尾气通过减压阀减压到常压后产生的冷量也用换热装置收集可对煤层气进行预冷。
所述的水合物制取分解系统包括低温水箱，1台扭带水合物制取装置，2台三相分离器，2台拉瓦尔喷管水合物制取装置，冷却装置，缓冲罐和阀门。
经气体预处理脱酸的煤层气(25℃，0.1～0.4MPa)与换热器进行初步预冷。所述的换热器中的冷量为排放尾气经减压阀膨胀时产生的冷量。所述的串联压缩机将初步预冷的煤层气从0.1MPa加压到6～8MPa，所述压缩机后面均有换热装置，将每次加压过程中产生的热量通过换热装置收集，用于对在三相分离器中的水合物以及拉瓦尔管水合物制取装置中的水合物加热分解提取甲烷。为了提高生成速率在所述的低温(0～3℃)水箱中加入适量的促进剂。在低温水箱中对煤层气进行进一步冷却，煤层气和水箱中的水经过气液混合器后进入扭带水合物生成装置。扭带水合物生成装置包括扭带(扭带上开有小孔)，制冷装置。气液混合后在扭带水合物生成装置经过开孔的扭带加强传热传质提高水合物生成速率，同时扭带产生的螺旋流保障水合物不在扭带水合物生成装置堵塞。生成的水合物进入三相分离器分离。三相分离器上设有冷却装置和加热装置，在制取水合物时可以打开冷却装置，维持温度在0～3℃可使反应的气体在三相分离过程中进一步生成水合物同时可以保证水合物不分解，以便于储存或者直接装车装船运输。在分解水合物时的加热装置热量由回收的加压过程产生的热量和太阳能加热装置提供。未完全反应的煤层气从三相分离器出来后经压缩加压后从拉瓦尔喷管水合物制取装置底部进入拉瓦尔喷管水合物制取装置，从三相分离器分离的液体从拉瓦尔水合物制取装置顶部的喷雾装置喷出，反应装置中设有铁丝网以提高气液接触面积提高生成速率。
本发明的特征之一在于充分利用了气体在压缩机压缩过程中产生的热量和在减压阀减压过程中产生的冷量。利用换热器回收压缩过程中的热量对三相分离器和拉瓦尔喷管水合物制取装置中的水合物进行分解。对排出的尾气在减压阀减压过程中产生的冷量和气体自身的冷量也利用换热装置进行回收对混空煤层气(25℃，0.1-0.4Mpa)进行预冷。
本发明的特征之二在于采用两种水合物制取方式提高水合物制取效率和速度。
方式一：使用扭带水合物生成装置，气液混合器进入扭带水合物生成装置时通过扭带产生螺旋流，由于螺旋流可以加快传热和传质的特点加快水合物生产效率，扭带上开有圆形小孔进一步提高气液混合程度。同时利用制冷装置保证生成单元的温度在0～3℃，螺旋流的另一个作用是防止水合物在扭带水合物生成装置内堵塞，保证生成的水合物能顺利运输至三相分离器。方式二：利用拉瓦尔喷管水合物制取装置对未完全提取的混空煤层气中的甲烷进行进一步提取，提高甲烷提取效率。经三相分离器分离出来的未完全反应的煤层气，经压缩机压缩，再经过换热器换热后进入拉瓦尔喷管利用拉瓦尔喷管提高过冷度来达到甲烷水合物的生成条件。装置内设有铁丝网以增加气液混合度，提高气液接触面积。三相分离器分离出来的液体经泵后从雾化喷淋装置喷出，雾化可以提高气液接触面积，提高制取效率。
本发明的特征在之三于运用2台三相分离装置来实现水合物连续制取。两台分离装置有制取和分解两个状态，且可以相互转换。一台处于制取状态时，一台变为分解状态。第一三相分离装置处于制取状态时打开第三控制阀、第四控制阀、第七控制阀，关闭第五控制阀、第六控制阀。三相分离器中的冷却装置打开，可维持温度为0～3℃防止水合物分解，同时可以使部分未完全生成水合物的煤层气在三相分离器中继续生成甲烷水合物。第二三相分离装置处于分解状态时关闭第八控制阀、第十控制阀、第十二控制阀，同时打开加热装置对水合物进行分解提取甲烷。打开第九控制阀分解出来的甲烷可以收取，打开第十一控制阀分解水合物剩余溶液返回低温水箱。进一步为了提高分离效率，使用2台拉瓦尔喷管水合物制取装置来对为完全反应的煤层气进一步制取水合物，以提高煤层气中甲烷的提取效率。同样的拉瓦尔喷管水合物制取装置也可分为制取状态和分解状态。本发明的显著优点在以下几个方面：
(1)采用换热装置回收气体压缩过程中产生的热量和尾气膨胀过程中产生的冷量达到提高能源利用率的目的。
(2)本发明利用不同组分产水合物的生成条件不同来制取甲烷水合物提取煤层气中的甲烷(甲烷水合物生成温度260～285K，生成压力为2～8Mpa；氮气水合物的生成温度为270～275k，生成压力为14～20Mpa)。
(3)采用两种水合物制取方式，一种是利用螺旋流可以提高传热传质速率的特点提高水合物制取速率，第二种是利用拉瓦尔喷管的特点通过拉瓦尔喷管的气体可以提高过冷度，从而达到水合物生成条件制取水合物。达到充分提取混空煤层气中的甲烷，制取甲烷水合物的目的。
(4)采用扭带产生螺旋流，螺旋流的另一特点是产生能切向力，提高了壁面剪切力，使水合物不易沉积在装置内，以达到水合物顺利运输到三相分离装置分离的目的。
(5)采用拉瓦尔喷管，利用通过拉瓦尔喷管能使气体降温的特点提高过冷度。故拉瓦尔喷管水合物制取装置中不安装冷却装置，达到了简化了设备的目的。
(6)采用太阳能加热装置在水合物分解时对其加热达到节能环保的目的。
(7)采用2台三相分离装置和2台拉瓦尔喷管水合物制取装置，均有水合物制取、分解两个状态，通过两个状态的相互转化，实现制取水合物再分解的方式达到连续提取煤层气中的甲烷的目的。
(8)整体投资费用和运行费用较低。
附图说明
图1水合物连续提取煤层气中甲烷的流程示意图。
图2扭带水合物生成装置的生成单元示意图。
图3三相分离装置示意图。
图4拉瓦尔喷管水合物生成装置示意图。
图1为水合物连续提取煤层气中甲烷的流程示意图，其中1(1-1～1-25)为控制阀，对应于第一控制阀至第二十五控制阀；2(2-1、2-2)为单向阀，对应于第一单向阀，第二单向阀；3为脱酸装置；4(4-1、4-2、4-3、4-4、4-5)为压缩机，对应于第一压缩机至第五压缩机；5(5-1、5-2、5-3、5-4、5-5)为换热器，对应于第一换热器至第五换热器；6为低温水箱；7(7-1、7-2)为流量计，对应于第一流量计、第二流量计；8(8-1、8-2、8-3)为泵，对应于泵1、泵2、泵3；9为气液混合器；10为扭带水合物生成装置；11(11-1、11-2)为三相分离器，对应于第一三相分离器，第二三相分离器；12(12-1、12-2)为拉瓦尔喷管水合物生成装置，对应于第一拉瓦尔喷管水合物生成装置、第二拉瓦尔喷管水合物生成装置；13为减压阀；14为冷却装置；15为缓冲罐。
图2为扭带水合物生成装置的生成单元示意图，其中10-1为扭带；10-2为扭带上的圆形小孔；10-3制冷装置。
图3为三相分离装置示意图，其中11-1-1为太阳能加热装置；11-1-2为冷却装置；11-1-3为利用煤层气压缩时回收的热量加热装置。
图4为拉瓦尔喷管水合物生成装置示意图，其中12-1-1为太阳能加热装置；12-1-2为拉瓦尔喷管；12-1-3为雾化喷淋装置；12-1-4为煤层气压缩时回收的热量加热装置；13-1-5为开孔隔板或铁丝网。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细的说明，下面即是一套装置的具体参数：
煤层气(0.1MPa，25℃)主要成分为CH465％、SO23％、CO212％、N220％，先经过脱酸装置3进行气体预处理后主要成分为CH476.5％、N223.5％(CH4水合物生成温度260～285K，生成压力为2～8Mpa；N2水合物的生成温度为270～275k，生成压力为14～20Mpa)，再利用排出的尾气通过减压阀14过程中产生的冷量用换热器5-5回收来进行气体初步预冷使其温度达到10左右℃。然后通过三台串联压缩机，即第一压缩机4-1、第二压缩机4-2、第三压缩机4-3将煤层气加压到8MPa。每台压缩机后面分别设有第一换热装置5-1、第二换热装置5-2、第三换热装置5-3将气体压缩过程中的热量回收，同时保持煤层气温度在5℃左右。然后煤层气进入低温水箱6。水箱温度维持在1℃左右，对气体进行进一步冷却以达到甲烷水合物生成的温度。从水箱中出来的煤层气与水箱中的水在气液混合器9混合后进入扭带水合物生成装置10(每个水合物生成单元长度为L为10m，宽度D为0.85m)，通过扭带10-1(每条扭带长L`为8m，宽度d为0.8m)产生的螺旋流来加快传热传质以提高水合物的生成效率，同时螺旋流产生的切向力保证水合物浆液能输送至三相分离装置而不堵塞扭带水合物生成装置10。扭带上开有圆形小孔10-2(每个小孔直径d`为0.05m，每条有400个圆形小孔)进一步加强气液混合度。制冷装置10-3保证扭带水合物生成装置10温度控制在1℃左右。产生的水合物浆液进入第一三相分离装置11-1，此时第一三相分离装置11-1处于制取状态，打开第三控制阀1-3、第四控制阀1-4、第七控制阀1-7，关闭第五控制阀1-5、第六控制阀1-6。第一三相分离器11-1中的冷却装置11-1-2打开，可维持温度为1℃左右防止水合物分解，同时可以使部分未完全生成水合物的煤层气在三相分离器中继续生成甲烷水合物。为了进一步提高甲烷提取效率，含有部分溶解甲烷的液体从分离器底部第七控制阀1-7流出，通过泵2，8-2进入第一拉瓦尔喷管水合物制取装置12-1的顶部雾化装置12-1-3喷出。未完全反应的煤层气从三相分离器的上部第四控制阀1-4出来，通过第五压缩机4-5加压，再与第四换热器5-4换热后(10MPa，3℃)进入拉瓦尔喷管12-1-2提高过冷度后(7MPa，-5℃)喷出，与喷雾接触后制取水合物。此时第二三相分离器11-2和第二拉瓦尔喷管水合物制取装置12-2为水合物分解状态，可用太阳能加热装置或气体压缩过程中回收的热量对水合物加热分离出甲烷。处于分解状态的第二三相分离器11-2关闭第八控制阀1-8、第十控制阀1-10、第十二控制阀1-12，同时打开加热装置11-1-1对水合物进行分解提取甲烷。打开第九控制阀1-9分解出来的甲烷可以收取，打开第十一控制阀1-11分解水合物剩余溶液通过冷却装置14后经缓冲罐15后返回低温水箱6。处于分解状态的第二拉瓦尔喷管水合物制取装置12-2，关闭第九控制阀1-19、第二十控制阀1-20，同时打开加热装置打开第二十一控制阀1-21分解出来的甲烷可以收取，打开第二十二控制阀1-22分解水合物剩余溶液排出后通过泵3，8-3，经制冷装置14降温后进入缓冲箱15然后返回到水箱。至此完成了煤层气中甲烷的分离，实现煤层气中甲烷的连续制取。

Claims (10)

1.一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，所述装置包括煤层气预处理系统、气体压缩解压换热系统、水合物制取分解系统三部分；
所述的煤层气预处理装置为脱酸装置；
所述气体压缩换热系统由压缩机串联组成将气体压缩，每台压缩机后设有由换热装置将由气体压缩时所产生的热量收集，以用于后续分解水合物提取甲烷；
所述的水合物制取分解系统包括低温水箱，1台扭带水合物制取装置，2台三相分离器，2台拉瓦尔喷管水合物制取装置，冷却装置，缓冲罐和阀门；
经脱酸装置预处理的煤层气与换热器进行初步预冷；所述的串联压缩机将初步预冷的煤层气加压，所述压缩机后面均有换热装置，将每次加压过程中产生的热量通过换热装置收集；在低温水箱中对煤层气进行进一步冷却，煤层气和水箱中的水经过气液混合器后进入扭带水合物生成装置；扭带水合物生成装置包括扭带，制冷装置；气液混合后在扭带水合物生成装置经过扭带加强传热传质提高水合物生成速率，同时扭带产生的螺旋流保障水合物不在扭带水合物生成装置堵塞；生成的水合物进入三相分离器分离；三相分离器上设有冷却装置和加热装置，在制取水合物时可以打开冷却装置，维持温度在0～3℃可使反应的气体在三相分离过程中进一步生成水合物同时可以保证水合物不分解，以便于储存或者直接装车装船运输，在分解水合物时的加热装置热量由回收的加压过程产生的热量和太阳能加热装置提供；未完全反应的煤层气从三相分离器出来后经压缩加压后从拉瓦尔喷管水合物制取装置底部进入拉瓦尔喷管水合物制取装置，从三相分离器分离的液体从拉瓦尔水合物制取装置顶部的喷雾装置喷出，反应装置中设有铁丝网以提高气液接触面积提高生成速率。
2.如权利要求1所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，所述气体压缩换热系统由压缩机串联组成将气体压缩至6～8MPa。
3.如权利要求1所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，为了提高生成速率在所述的低温水箱中加入适量的促进剂。
4.如权利要求1所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，充分利用气体在压缩机压缩过程中产生的热量和在减压阀减压过程中产生的冷量；利用换热器回收压缩过程中的热量对三相分离器和拉瓦尔喷管水合物制取装置中的水合物进行分解；对排出的尾气在减压阀减压过程中产生的冷量和气体自身的冷量也利用换热装置进行回收对混空煤层气进行预冷。
5.如权利要求1所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，扭带上开有圆形小孔进一步提高气液混合程度。
6.如权利要求1所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，运用2台三相分离装置来实现水合物连续制取；两台分离装置有制取和分解两个状态，且可以相互转换；一台处于制取状态时，一台变为分解状态；第一三相分离装置处于制取状态时打开第三控制阀、第四控制阀、第七控制阀，关闭第五控制阀、第六控制阀；三相分离器中的冷却装置打开，可维持温度为0～3℃防止水合物分解，同时可以使部分未完全生成水合物的煤层气在三相分离器中继续生成甲烷水合物；第二三相分离装置处于分解状态时关闭第八控制阀、第十控制阀、第十二控制阀，同时打开加热装置对水合物进行分解提取甲烷；打开第九控制阀分解出来的甲烷可以收取，打开第十一控制阀分解水合物剩余溶液返回低温水箱；进一步为了提高分离效率，使用2台拉瓦尔喷管水合物制取装置来对为完全反应的煤层气进一步制取水合物，以提高煤层气中甲烷的提取效率；同样的拉瓦尔喷管水合物制取装置也可分为制取状态和分解状态。
7.如权利要求1所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，所述装置包括控制阀、单向阀、脱酸装置、压缩机、换热器、低温水箱、流量计、泵、气液混合器、扭带水合物生成装置、三相分离器、拉瓦尔喷管水合物生成装置、减压阀、冷却装置、为缓冲罐；
煤层气先经过脱酸装置(3)进行气体预处理，再利用排出的尾气通过减压阀过程中产生的冷量用第五换热器(6-5)回收来进行气体初步预冷使其温度达到10℃；然后通过三台串联压缩机，即第一压缩机(4-1)、第二压缩机(4-2)、第三压缩机(4-3)将煤层气加压到8MPa；每台压缩机后面分别设有第一换热装置(5-1)、第二换热装置(5-2)、第三换热装置(5-3)将气体压缩过程中的热量回收，同时保持煤层气温度在5℃；然后煤层气进入低温水箱(6)；低温水箱(6)温度维持在1℃，对气体进行进一步冷却以达到甲烷水合物生成的温度；从低温水箱(6)中出来的煤层气与水箱中的水在气液混合器(9)混合后进入扭带水合物生成装置(10)，通过扭带(10-1)产生的螺旋流来加快传热传质以提高水合物的生成效率，同时螺旋流产生的切向力保证水合物浆液能输送至三相分离装置而不堵塞扭带水合物生成装置(10)；扭带上开有圆形小孔(10-2)进一步加强气液混合度；制冷装置(10-3)保证扭带水合物生成装置(10)温度控制在1℃；产生的水合物浆液进入第一三相分离装置(11-1)，此时第一三相分离装置(11-1)处于制取状态，打开第三控制阀(1-3)、第四控制阀(1-4)、第七控制阀(1-7)，关闭第五控制阀(1-5)、第六控制阀(1-6)；第一三相分离器(11-1)中的冷却装置11-1-2打开，可维持温度为1℃防止水合物分解，同时可以使部分未完全生成水合物的煤层气在三相分离器中继续生成甲烷水合物；为了进一步提高甲烷提取效率，含有部分溶解甲烷的液体从分离器底部第七控制阀(1-7)流出，通过泵2，(8-2)进入第一拉瓦尔喷管水合物制取装置(12-1)的顶部雾化装置(12-1-3)喷出；未完全反应的煤层气从三相分离器的上部第四控制阀(1-4)出来，通过第五压缩机(4-5)加压，再与第四换热器(5-4)换热后(10MPa，3℃)进入拉瓦尔喷管(12-1-2)提高过冷度后(7MPa，-5℃)喷出，与喷雾接触后制取水合物；此时第二三相分离器(11-2)和第二拉瓦尔喷管水合物制取装置(12-2)为水合物分解状态，可用太阳能加热装置或气体压缩过程中回收的热量对水合物加热分离出甲烷；处于分解状态的第二三相分离器(11-2)关闭第八控制阀(1-8)、第十控制阀(1-10)、第十二控制阀(1-12)，同时打开加热装置(11-1-1)对水合物进行分解提取甲烷；打开第九控制阀(1-9)分解出来的甲烷可以收取，打开第十一控制阀(1-11)分解水合物剩余溶液通过冷却装置(14)后经缓冲罐(15)后返回低温水箱(6)；处于分解状态的第二拉瓦尔喷管水合物制取装置(12-2)，关闭第九控制阀(1-19)、第二十控制阀(1-20)，同时打开加热装置打开第二十一控制阀(1-21)分解出来的甲烷可以收取，打开第二十二控制阀(1-22)分解水合物剩余溶液排出后通过泵3，(8-3)，经制冷装置(14)降温后进入缓冲箱(15)然后返回到低温水箱(6)，至此完成了煤层气中甲烷的分离，实现煤层气中甲烷的连续制取。
8.如权利要求7所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，每个水合物生成单元长度为L为10m，宽度D为0.85m。
9.如权利要求7所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，每条扭带长L`为8m，宽度d为0.8m。
10.如权利要求7所述的一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置，其特征在于，每个小孔直径d`为0.05m，每条有400个圆形小孔。
CN201711222370.XA 2017-11-29 2017-11-29 一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置 Active CN107903969B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711222370.XA CN107903969B (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711222370.XA CN107903969B (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107903969A true CN107903969A (zh) 2018-04-13
CN107903969B CN107903969B (zh) 2021-01-29

Family

ID=61849157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711222370.XA Active CN107903969B (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107903969B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109107276A (zh) * 2018-09-29 2019-01-01 安徽理工大学 一种气、水、煤粉分离装置及分离方法
CN112880214A (zh) * 2021-01-05 2021-06-01 常州大学 一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统
US12121854B2 (en) 2021-07-02 2024-10-22 Guangzhou Institute Of Energy Conversion, Chinese Academy Of Sciences Device and method for continuous CO2 capture by double-bed hydrate process

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1873285A (zh) * 2005-06-02 2006-12-06 中国科学院过程工程研究所 一种利用水合物进行煤层气富集和储运的方法及装置
CN101554560A (zh) * 2008-04-09 2009-10-14 中国石油大学(北京) 低压处理煤层气的方法
CN102413896A (zh) * 2009-04-29 2012-04-11 国际壳牌研究有限公司 用于从包含气体和液体的混合物中移除液体的分离装置
CN103881775A (zh) * 2014-04-02 2014-06-25 安徽理工大学 一种煤层气水合物的制备及能量回收系统
CN104479780A (zh) * 2014-11-24 2015-04-01 常州大学 一种煤层气的净化、提浓及采出水处理装置及方法
CN104654695A (zh) * 2015-02-12 2015-05-27 中国海洋石油总公司 一种微米级冰颗粒制备装置
US20160376515A1 (en) * 2013-12-12 2016-12-29 Indian Institute Of Technology Madras Systems and methods for gas hydrate slurry formation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1873285A (zh) * 2005-06-02 2006-12-06 中国科学院过程工程研究所 一种利用水合物进行煤层气富集和储运的方法及装置
CN101554560A (zh) * 2008-04-09 2009-10-14 中国石油大学(北京) 低压处理煤层气的方法
CN102413896A (zh) * 2009-04-29 2012-04-11 国际壳牌研究有限公司 用于从包含气体和液体的混合物中移除液体的分离装置
US20160376515A1 (en) * 2013-12-12 2016-12-29 Indian Institute Of Technology Madras Systems and methods for gas hydrate slurry formation
CN103881775A (zh) * 2014-04-02 2014-06-25 安徽理工大学 一种煤层气水合物的制备及能量回收系统
CN104479780A (zh) * 2014-11-24 2015-04-01 常州大学 一种煤层气的净化、提浓及采出水处理装置及方法
CN104654695A (zh) * 2015-02-12 2015-05-27 中国海洋石油总公司 一种微米级冰颗粒制备装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张少锋，刘燕编: "《换热设备防除垢技术》", 31 August 2003, 北京：化学工业出版社 *
饶永超，王树立等: ""天然气水合物强化生成技术与方法研究进展"", 《油气储运》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109107276A (zh) * 2018-09-29 2019-01-01 安徽理工大学 一种气、水、煤粉分离装置及分离方法
CN109107276B (zh) * 2018-09-29 2023-05-02 安徽理工大学 一种气、水、煤粉分离装置及分离方法
CN112880214A (zh) * 2021-01-05 2021-06-01 常州大学 一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统
US12121854B2 (en) 2021-07-02 2024-10-22 Guangzhou Institute Of Energy Conversion, Chinese Academy Of Sciences Device and method for continuous CO2 capture by double-bed hydrate process

Also Published As

Publication number Publication date
CN107903969B (zh) 2021-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112619370B (zh) 一种二氧化碳驱油田伴生气回收装置及使用方法
CN203866061U (zh) 采用co2压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统
CN101456556A (zh) 一种水合物法混合气体中co2工业化分离提纯系统及方法
CN102698585B (zh) 回收锅炉烟道气中二氧化碳的方法
CN107903969A (zh) 一种利用水合物连续分离混空煤层气中甲烷的装置
CN105080323A (zh) 一种基于水合物法的二氧化碳捕集方法与装置
CN210786860U (zh) 一种用于二氧化碳回收利用的尾气吸收装置
CN104003458B (zh) 基于压缩式制冷循环的水合物海水淡化系统
CN203319966U (zh) 煤层气水合物分离精制系统
CN116556909B (zh) 一种二氧化碳驱高效分离及循环回注利用装置及方法
CN103992829A (zh) 基于压缩气体制冷循环的天然气水合物制备系统
CN103160351A (zh) 利用水合物法回收低浓度煤层气中甲烷的方法及装置
CN104117266A (zh) 一种多级非平衡吸收方法分离nh3和co2混合气体的装置及其分离工艺
CN101607168A (zh) 三聚氰胺尾气处理工艺及设备
CN103881775A (zh) 一种煤层气水合物的制备及能量回收系统
CN107400542A (zh) 一种用于强化煤层气提纯的纳米石墨流体
CN103613107A (zh) 沼液脱氨及氨回收方法
CN101641145B (zh) 用于二氧化碳隔离的体系、装置和方法
CN104194853B (zh) 一种甲烷含量15-40%的含氧煤层气提纯制备lng的装置及工艺
CN106745368B (zh) 一种外排式连续水合物法海水淡化装置
CN207072815U (zh) 二氧化碳制冷循环的海水淡化系统
CN105441133A (zh) 一种鲁奇碎煤固定床加压气化环保增产系统及工艺
CN103388487A (zh) 一种矿井排风中甲烷的回收装置及其应用
CN103801173B (zh) 一种铜锌催化剂制备工艺中NOx废气的处理方法
CN203461829U (zh) 一种led氮化镓生产炉废氨气回收为饱和氨水的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant