CN109764238A - 一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于水合物技术的天然气储存‑运输‑利用一体化装置。反应罐内提前填充有动力学促进剂和热力学促进剂，能够解决水合物生成速度慢，周期长的缺点。循环进液系统的雾化装置将反应水雾化为小液滴，增大了气水接触面积，也会加速生成。换热系统充分回收从LNG罐出来的低温天然气的冷量，加以储存用以维持水合物生成时的低温环境，节省制冷的成本。分解时利用降压分解即可产生分解气，不需要额外注热。分解气储存于另一罐内，当分解过剩时，因两罐相连，可实现压力转移，直至两罐压力相等，出现自增压现象，限制水合物的分解，保证装置安全。反应水循环利用，因水合物的记忆效应，可大大缩短水合物的生成时间，提高经济性。

Description

一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置

技术领域

本发明属于水合物应用技术领域，涉及到一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置。

背景技术

天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称，天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100％，减少二氧化碳排放量60％和氮氧化合物排放量50％，并有助于减少酸雨形成，缓解地球温室效应，从根本上改善环境质量。天然气使用范围广，可作为居民生活用燃气，电厂、热能、供暖、空调等工业企业的主要燃料和汽车能源等。

目前天然气储存技术主要有管道输送和液化天然气(LNG)运输，两者都具有输送量大且可靠等优点，但又都存在投资较高、风险较大、产销变化适应性差等缺点。除管道输送和LNG运输之外，近几年又兴起多种储运方式。其中，基于水合物技术的天然气储运技术相比其他储运技术具有成本低、简单灵活、安全可靠等优点，而成为了近几年的研究热点。但目前研究人员研究的水合物法储运天然气都是在基于实验室研究条件下，很少与实际应用生产相结合，实际应用需要解决的问题有：水合物生成周期长、维持水合物生成的低温环境成本高、水合物分解需额外注热等，在实际应用中更是缺少天然气运输及补给装置。因此本发明提出一种天然气高效储存和应用于实际生产的方法及其装置，为天然气的储运与利用提供选择。

发明内容

本发明提供了一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化方法及装置，该方法为天然气的储存-运输-利用提供了一种工业化的装置，可与LNG储罐配合应用于日常生活和交通工具的能源供给等领域。

本发明的技术方案如下：

一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置，该装置包括天然气水合物反应罐、缓冲罐、换热系统、进气系统、循环进液系统、干燥器、排气系统和计算机采集系统；

天然气水合物的生成和分解都在反应罐内进行；反应罐主要由耐压不锈钢内胆和不锈钢外壳制成，壳层中间留空；反应罐上部分别设有进液接管和出气接管，进液接管安有进液口阀门，出气接管安有反应罐排气口第一减压阀；反应罐外壳下侧面设有第一进气接管，反应罐内胆上侧面设有第二进气接管；反应罐内加入动力学促进剂和热力学促进剂；反应罐下部为排液接管，并设有排液口阀门；

缓冲罐由耐压不锈钢内胆和不锈钢外壳制成，壳层中间抽真空；缓冲罐上端盖设有进气接管和出气接管，分别通过缓冲罐进气阀门和缓冲罐排气阀门控制；缓冲罐排气阀门进一步通过缓冲罐排气第二减压阀控制；

换热系统位于反应罐壳层内，主要由螺旋式进气管与壳层组成，螺旋式进气管绕在反应罐内胆表面，其下入口接第一进气接管、上出口接第二进气接管，壳层内充满换热液体，低温天然气经螺旋式进气管进入反应罐时与壳层中的换热液体充分换热，换热液体最大限度的回收其冷量，生成过程中再将冷量释放加速水合物的生成；在反应罐不锈钢外壳上部侧面开有换热液进口管，下部开有换热液出口管，用于更换反应罐壳层中的液体，其上分别设有换热液进口阀门和换热液出口阀门；

进气系统主要由螺旋式进气管和气体增压泵组成，气体增压泵一端接LNG储罐汽化器；气体增压泵另一端接螺旋式进气管，二者之间设有反应罐进气阀门，气体增压泵将天然气增压至一定值，使其进入反应罐进行反应；

循环进液系统主要由储水箱、增压泵、进液接管和喷雾雾化装置组成，其中储水箱由耐压不锈钢制成，位于反应罐下面，储水箱上部通过管路与反应罐排液接管相连，设有排液口阀门控制管路是否连通；储水箱下部连接液体增压泵一端，液体增压泵另一端接反应罐进液接管；喷雾雾化装置与进液接管相连，位于反应罐内；

排气系统包括缓冲罐进气阀门、缓冲罐排气阀门、缓冲罐排气第二减压阀；反应罐排气口第一减压阀经管道与缓冲罐上的进气接管连通，二者之间的管路上设有干燥器和缓冲罐进气阀门；缓冲罐排气第二减压阀在高压输出下接入大型储气装置或管网，在中低压输出下接入汽车、船等用于能源的补给或实现其他利用。

干燥器用于干燥从反应罐进入缓冲罐的天然气，位于反应罐和缓冲罐之间，分别与反应罐出气接管和缓冲罐进气接管相连。

计算机采集系统利用压力传感器和热电偶温度传感器实时监控反应罐和缓冲罐内的压力和温度。

本发明的效果与益处是实现了天然气的储存、运输与使用，反应罐可以储存、分解天然气水合物，水合物法与传统方式相比提高了单位容积下天然气的存储量。采用雾化装置注反应液，增大气液接触面积，加入动力学促进剂和热力学促进剂，能够解决水合物生成速度慢，周期长的缺点。采用螺旋式进气管，既通过壳层液体实现对LNG多余冷量的回收利用，又可实现水合物生成过程中的快速冷却。分解气储存于另一罐内，当分解过剩时，因两罐相连，可实现压力转移，直至两罐压力相等，出现自增压现象，限制水合物的分解，保证装置安全。缓冲罐实现天然气的储藏与运输，配合减压阀，实现对出口压力的调节，方便连接其他设备使用。

附图说明

图1是一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置结构框图。

图2是一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置结构示意图。

图3是一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置的反应罐示意图。

图中：1反应罐；2螺旋式进气管；3气体增压泵；4储水箱；5液体增压泵；6计算机采集系统；7缓冲罐；8干燥器；9-1换热液进口阀门；9-2进液口阀门；9-3反应罐排气口第一减压阀；9-4缓冲罐进气阀门；9-5缓冲罐排气阀门；9-6缓冲罐排气第二减压阀；9-7换热液出口阀门；9-8排液口阀门；9-9反应罐进气阀门；10喷雾雾化装置；11反应罐进液口；12换热液进口；13反应罐外壳进气口；14反应罐出液口；15换热液出口；16反应罐外壳；17反应罐内胆；18反应罐内胆进气口；19反应罐出气口。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

图1所示为一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置的工作原理框图，其工作过程为：事先在反应罐内加入动力学促进剂和热力学促进剂，从LNG出来的低温天然气经进气系统进入到反应罐内，换热系统充分回收其冷量。水经过循环进液系统在反应罐内雾化，在换热系统运转下保持低温高压的条件，生成天然气水合物。需要用气时，利用降压分解原理分解水合物，分解气经干燥器干燥后进入缓冲罐，由排气系统调节缓冲罐出口压力，方便接入其他用气装置，反应过程中的温度、压力信号均由计算机采集系统采集和实时分析。

图2所示为一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置示意图。

(1)反应罐内工作过程为：事先在反应罐内加入动力学促进剂和热力学促进剂，关闭反应罐所有阀门。打开反应罐进气阀门，低温天然气经增压泵增加至一定压力，在换热系统的作用下，升温至一定温度进入反应罐内，直至反应罐内压力达到合适压力，关闭进气阀。而换热液回收低温天然气冷量后被冷却或成冰。打开液体增压泵，将水增大到一定压力，水经过雾化装置变成小液滴，与天然气充分接触，在恒温系统的液体的持续冷却和反应罐高压下生成水合物。

(2)分解产气利用的工作过程：分解过程利用降压分解原理，在不同温度范围内，根据水合物相平衡，设置不同梯度的出口压力，在不需要额外加热的条件下实现对水合物的分解，节省因注热增加的成本。首先关闭反应罐和缓冲罐所有阀门，观察计算机数据采集系统中反应罐的温度压力数据，若温度较低，则调节反应罐出气接管处减压阀，减压至一较高压力将天然气排进缓冲罐；若温度较高之间，则调节反应罐出气接管处减压阀，减压至较低压力将天然气排进缓冲罐。分解气经过干燥器去掉可能含有的水分，进入缓冲罐储存。若水合物大量分解则会导致反应罐内压力升高，此时反应罐调压阀不再起作用，因两罐相连，系统会将压力排向缓冲罐，压力达到水合物相平衡线以上时，将会抑制水合物的分解，起到自增压作用，保证不会因压力升高而出现危险。若需要用气，则暂时关闭反应罐排气阀门，储气罐内的天然气经减压阀减至理想压力排出使用。减压后的缓冲罐压力降低，此时打开进气阀接通反应罐，反应罐内水合物会因压力骤降而迅速分解，这种自增压结构也可以节省因注热分解增加的成本。再次需要用气时，重复上述过程即可。

(3)换热系统工作过程：换热系统在水合物生成时工作，低温天然气经螺旋式进气管自下而上进入反应罐，与进气管周围壳层内的换热液换热，换热液迅速将低温天然气的冷量带走，使天然气升温至零上，以防止温度过低而导致的反应液体结冰，阻碍水合物生成。进气完成时，因壳层的液体吸收低温天然气的冷量，所以温度很低甚至结冰，在水合物生成过程中，壳层内的液体又可以将生成水合物产生的热量带走，实现能源的进一步利用，节省制冷成本。

(4)循环进液系统的工作过程：当水合物分解完成，打开反应罐排液阀门，液体流入储水箱。下次水合物生成时，进液系统将残余水雾化后注入反应罐，因水合物的记忆效应，可大大缩短水合物的生成时间，且实现水的循环利用。

(5)计算机数据采集系统工作过程为：压力传感器、温度传感器采集得到反应罐和缓冲罐内压力、温度的模拟信号，这些信号被传输到数据采集模块进行数据处理得到数字信号，数字信号传入计算机进行数据显示和存储。

Claims (1)

1.一种基于水合物技术的天然气储存-运输-利用一体化装置，其特征在于，该装置包括天然气水合物反应罐、缓冲罐、换热系统、进气系统、循环进液系统、干燥器、排气系统和计算机采集系统；

天然气水合物的生成和分解都在反应罐内进行；反应罐主要由耐压不锈钢内胆和不锈钢外壳制成，壳层中间留空；反应罐上部分别设有进液接管和出气接管，进液接管安有进液口阀门，出气接管安有反应罐排气口第一减压阀；反应罐外壳下侧面设有第一进气接管，反应罐内胆上侧面设有第二进气接管；反应罐内加入动力学促进剂和热力学促进剂；反应罐下部为排液接管，并设有排液口阀门；

缓冲罐由耐压不锈钢内胆和不锈钢外壳制成，壳层中间抽真空；缓冲罐上端盖设有进气接管和出气接管，分别通过缓冲罐进气阀门和缓冲罐排气阀门控制；缓冲罐排气阀门进一步通过缓冲罐排气第二减压阀控制；

换热系统位于反应罐壳层内，主要由螺旋式进气管与壳层组成，螺旋式进气管绕在反应罐内胆表面，其下入口接第一进气接管、上出口接第二进气接管，壳层内充满换热液体，低温天然气经螺旋式进气管进入反应罐时与壳层中的换热液体充分换热，换热液体最大限度的回收其冷量，生成过程中再将冷量释放加速水合物的生成；在反应罐不锈钢外壳上部侧面开有换热液进口管，下部开有换热液出口管，用于更换反应罐壳层中的液体，其上分别设有换热液进口阀门和换热液出口阀门；

进气系统主要由螺旋式进气管和气体增压泵组成，气体增压泵一端接LNG储罐汽化器；气体增压泵另一端接螺旋式进气管，二者之间设有反应罐进气阀门，气体增压泵将天然气增压至一定值，使其进入反应罐进行反应；

循环进液系统主要由储水箱、增压泵、进液接管和喷雾雾化装置组成，其中储水箱由耐压不锈钢制成，位于反应罐下面，储水箱上部通过管路与反应罐排液接管相连，设有排液口阀门控制管路是否连通；储水箱下部连接液体增压泵一端，液体增压泵另一端接反应罐进液接管；喷雾雾化装置与进液接管相连，位于反应罐内；

排气系统包括缓冲罐进气阀门、缓冲罐排气阀门、缓冲罐排气第二减压阀；反应罐排气口第一减压阀经管道与缓冲罐上的进气接管连通，二者之间的管路上设有干燥器和缓冲罐进气阀门；

干燥器用于干燥从反应罐进入缓冲罐的天然气，位于反应罐和缓冲罐之间，分别与反应罐出气接管和缓冲罐进气接管相连；

计算机采集系统利用压力传感器和热电偶温度传感器实时监控反应罐和缓冲罐内的压力和温度。