CN108930528A - 一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的方法及系统。该方法包括以下步骤：对电厂产生的烟气进行水合分离，提到CO2的浓度，得到CO2与N2混合气体；将CO2与N2混合气体注入水合物层，置换开采天然气水合物；将置换开采出的混合气体进行一次水合分离，分离出N2，然后经过二次水合分离，分离出CO2和CH4。本发明还提供了一种能够实现上述方法的系统。本发明具有以下创新点：电厂烟气经过水合分离，将混合气中的CO2进行提浓，注入到水合物层，环保，能耗低；将开采出的混合气体经水合分离得到的CH4可以直接进入到车载式水合物塔，方便快捷。开采出的混合气体经水合分离得到的CO2还可以循环利用，降低了开采的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的方法及系统，属于水合物开采技术领域。
背景技术
天然气水合物(NGH)是天然气在一定的温度和压力下与水形成的非化学计量笼形晶体水合物。据估计，全球深度在2000m以内的岩石圈浅部所含的天然气水合物的量，相当于已探明的常规矿物燃料总和的2倍。天然气水合物分布广，储量大，有望成为未来理想的替代能源。目前天然气水合物的开采方法，主要有降压法，热激法，注化学试剂法及这些方法的结合。这些方法都是打破水合物存在的温度和压力平衡条件，使水合物分解，它们存在的缺陷就是有可能会使水合物区不稳定，甚至会引起地质灾害。
CO2置换开采天然气水合物是一种新型的开采水合物的方法。它既可以开采出CH4，又可以实现CO2的封存，同时起到了稳定地层的作用。随着大气中CO2浓度的日益增加，该方法也越来越受到研究者的关注。但较低的置换效率和较慢的置换速率限制了该方法的进一步发展。有研究表明，用燃烧后产生的N2和CO2的混合气体置换开采天然气水合物，CH4置换效率达到了85％。而另一方面，多数电厂使用的能源为化石燃料，使用化石燃料发电所排放的CO2，约占全球排放量的36％，如果将电厂产生的烟气经过初步分离，对烟气中的CO2气体提浓，再注入到水合物层置换开采天然气水合物，这样就可以降低使用纯CO2的成本，也解决了电厂烟气排放的问题。
发明内容
针对CO2置换开采天然气水合物置换效率低及成本问题，本发明的目的采用提供一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的方法，实现CH4的储运，实施过程中分离出的CO2可以循环使用，降低开采的成本。
为达到上述目的，本发明提供了一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的方法，其包括以下步骤：
(1)对电厂产生的烟气进行水合分离，提到CO2的浓度，得到CO2与N2混合气体(该混合气体以CO2与N2为主，也会含有其他气体成分)；
(2)将CO2与N2混合气体注入水合物层，置换开采天然气水合物；
(3)将置换开采出的混合气体进行一次水合分离，分离出N2，然后经过二次水合分离，分离出CO2和CH4。分离出的N2可以直接进入到储罐。
在上述方法中，优选地，水合分离包括水合物生成和水合物分解两个步骤，将相对较难生成水合物的气体分离出来，然后将形成的水合物再分解，释放出较易形成水合物的气体。
在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，对烟气进行的水合分离按照以下步骤进行：使烟气进入水合分离塔中，压缩至5-15MPa，温度控制在0-20℃，加入水合分离促进剂0.5wt％-5wt％，进行水合分离；更优选地，所述水合分离促进剂包括季铵盐类表面活性剂、磺酸盐表面活性剂和离子液体等中的一种或几种的组合。
在上述方法中，优选地，在步骤(1)中，提供CO2的浓度是将CO2的浓度提高到50-60％。
在上述方法中，优选地，在步骤(2)中，所述置换在在水合物层中进行，温度为地层温度，压力为8-15MPa。
在上述方法中，优选地，在步骤(3)中，所述一次水合分离按照以下步骤进行：使烟气进入水合分离塔中，压缩至5-12MPa，温度控制在5-20℃，加入水合分离促进剂0.5wt％-5wt％，进行水合分离。
在上述方法中，优选地，在步骤(3)中，所述二次水合分离按照以下步骤进行：使烟气进入水合分离塔中，压缩至5-12MPa，温度控制在5-20℃，加入水合分离促进剂0.5wt％-5wt％，进行水合分离。
在上述方法中，优选地，在步骤(3)中，二次水合分离得到的CH4注入水合物塔，CO2用于下一循环，这部分CO2可以与烟气水合分离后的CO2与N2混合气体相混合，然后注入开采井。
根据本发明的具体实施方案，在水合物层(水合物层上部会有上覆地层，下部会有下覆地层)钻取开采井，将电厂烟气水合分离后得到的CO2与N2混合气体注入到水合物层，控制井内的温度和压力，进行置换开采天然气水合物。
本发明还提供了一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的系统，其包括：烟气水合分离装置、一次水合分离装置、二次水合分离装置；
其中，烟气水合分离装置设有电厂烟气入口、N2出口和CO2出口，其中，电厂烟气入口用于输入来自电厂的烟气，N2出口用于输出分离的N2，CO2出口通过管道连接到水合物开采井，用于将CO2注入水合物层；
一次水合分离装置设有混合气入口、N2出口、分离气出口，其中，混合气入口通过管道连接到水合物开采井，用于将置换开采出的混合气体注入一次水合分离装置，N2出口用于输出分离的N2，分离气出口与二次水合分离装置连接，用于将一次水合分离得到的分离气输入二次水合分离装置；
二次水合分离装置包括分离气入口、CO2出口和CH4出口，其中，分离气入口与一次水合分离装置的分离气出口连接，CO2出口通过管道连接到水合物开采井，用于将CO2注入水合物层，CH4出口用于输出CH4。
根据本发明的具体实施方案，优选地，上述系统还包括水合物塔和N2储罐，该水合物塔与二次水合分离装置的CH4出口连接，可以为车载式水合物塔，简易，方便；上述N2储罐与烟气水合分离装置的N2出口、一次水合分离装置的N2出口连接。
对比现有的天然气水合物开采的方法，本发明具有以下创新点：
1、电厂烟气经过水合分离，将混合气中的CO2进行提浓，注入到水合物层，环保，能耗低。
2、将开采出的混合气体经水合分离得到的CH4可以直接进入到车载式水合物塔，方便快捷。
3、开采出的混合气体经水合分离得到的CO2还可以循环利用，降低了开采的成本。
附图说明
图1为利用电厂烟气置换开采天然气水合物的系统的结构示意图。
主要附图标号说明：
1下覆地层 2水合物层 3上覆地层 4开采井 5电厂 6烟气水合分离装置 7 N2储罐 8一次水合分离装 置9二次水合分离装置 10水合物塔
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例
本实施例提供了一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的系统，其结构如图1所示。该系统包括：烟气水合分离装置6、N2储罐7、一次水合分离装置8、二次水合分离装置9、水合物塔10；
其中，烟气水合分离装置6设有电厂烟气入口、N2出口和CO2出口，其中，电厂烟气入口与电厂5连接，N2出口与N2储罐7连接，CO2出口通过管道连接到水合物开采井4；
一次水合分离装置8设有混合气入口、N2出口、分离气出口，其中，混合气入口通过管道连接到水合物开采井4，N2出口与N2储罐7连接，分离气出口与二次水合分离装置9连接；
二次水合分离装置9包括分离气入口、CO2出口和CH4出口，其中，分离气入口与一次水合分离装置8的分离气出口连接，CO2出口通过管道连接到水合物开采井4，CH4出口与水合物塔10连接。
本实施例还提供了采用上述系统利用电厂烟气置换开采天然气水合物的方法，其包括以下步骤：
(1)钻井：通过上覆地层3，在水合物层2钻取开采井4，并在井内放置测温装置和测压装置，水合物层2位于下覆地层1与上覆地层3之间。
(2)水合分离电厂烟气：将来自电厂5的烟气(主要是CO2与N2的混合气)输入烟气水合分离装置6，在0-20℃和5-15MPa的条件下生成水合物，相同的条件下CO2较N2更容易形成水合物(CO2更多地进入到水合物中)；水合物生成后，排出多余的混合气体，升温至30℃将生成的水合物分解，得到CO2浓度较高的CO2与N2混合气体，CO2浓度为50-60％。
(3)开采水合物：将CO2与N2混合气体注入到水合物层2，封闭开采井4井口，控制井内的温度为5-10℃和压力为0.1-3MPa，置换开采天然气水合物。
(4)分离开采出气体：反应足够长的时间(大于100天)，打开开采井4井口，将开采出的CO2、CH4与N2的混合气体通入到一次水合反应装置8，控制温度为5-20℃和压力为5-12MPa，加入水合分离促进剂1wt％，进行一次水合分离，分离出N2并输入N2储罐7，然后将生成的水合物升温分解，得到的CH4和CO2混合气体再通入到二次水合反应装置9，控制温度为5-20℃和压力为5-10MPa，加入水合分离促进剂1wt％，进行二次水合分离，经二次分离实现CO2与CH4的分离，分离出的CO2可用于下一循环。
(5)气体储运：将分离得到的N2储备到N2储罐7，分离得到的CH4气体直接通入到车载式水合塔10，以CH4水合物的形式进行储运。分离后N2浓度超过90％，甲烷浓度超过85％。
Claims (10)
1.一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的方法，其包括以下步骤：
(1)对电厂产生的烟气进行水合分离，提到CO2的浓度，得到CO2与N2混合气体；
(2)将CO2与N2混合气体注入水合物层，置换开采天然气水合物；
(3)将置换开采出的混合气体进行一次水合分离，分离出N2，然后经过二次水合分离，分离出CO2和CH4。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水合分离包括水合物生成和水合物分解两个步骤，将相对较难生成水合物的气体分离出来，然后将形成的水合物再分解，释放出较易形成水合物的气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述水合分离按照以下步骤进行：使烟气进入水合分离塔中，压缩至5-15MPa，温度控制在0-20℃，加入水合分离促进剂0.5wt％-5wt％，进行水合分离；优选地，所述水合分离促进剂包括季铵盐类表面活性剂、磺酸盐表面活性剂和离子液体中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，提供CO2的浓度是将CO2的浓度提高到50-60％。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述置换在水合物层中进行，温度为地层温度，压力为8-15MPa。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述一次水合分离按照以下步骤进行：使烟气进入水合分离塔中，压缩至5-12MPa，温度控制在5-20℃，加入水合分离促进剂0.5wt％-5wt％，进行水合分离。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述二次水合分离按照以下步骤进行：使烟气进入水合分离塔中，压缩至5-10MPa，温度控制在5-20℃，加入水合分离促进剂0.5wt％-5wt％，进行水合分离。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(3)中，二次水合分离得到的CH4注入水合物塔，CO2用于下一循环。
9.一种利用电厂烟气置换开采天然气水合物的系统，其包括：烟气水合分离装置、一次水合分离装置、二次水合分离装置；
其中，所述烟气水合分离装置设有电厂烟气入口、N2出口和CO2出口，其中，电厂烟气入口用于输入来自电厂的烟气，N2出口用于输出分离的N2，CO2出口通过管道连接到水合物开采井，用于将CO2注入水合物层；
所述一次水合分离装置设有混合气入口、N2出口、分离气出口，其中，混合气入口通过管道连接到水合物开采井，用于将置换开采出的混合气体注入一次水合分离装置，N2出口用于输出分离的N2，分离气出口与所述二次水合分离装置连接，用于将一次水合分离得到的分离气输入二次水合分离装置；
所述二次水合分离装置包括分离气入口、CO2出口和CH4出口，其中，所述分离气入口与所述一次水合分离装置的分离气出口连接，CO2出口通过管道连接到水合物开采井，用于将CO2注入水合物层，CH4出口用于输出CH4。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，该系统还包括水合物塔和N2储罐，该水合物塔与所述二次水合分离装置的CH4出口连接，该N2储罐与所述烟气水合分离装置的N2出口、所述一次水合分离装置的N2出口连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181204 |