CN201093168Y - 一种气体水合物的生成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种气体水合物的生成装置。涉及运输或储存装置和用于物料贮存或运输的容器技术领域。它采用管式层状结构，将一定的数量管道(3)排列起来构成一层，然后在第一层上面再排放第二层，若干层管道(3)构成一个储存单元，每根管道(3)端部用管道端面盲板(5)密封，管道端面盲板(5)上有进出气口(6)、(7)，每根管道(3)一端的连接进出气口管线(4)互相连通，使单元中所有管道(3)内部的空间连通构成一个整体；整个储存单元放入一个容器(1)中，容器(1)采用金属或绝热良好的材料，单元内管道(3)端部的管线互相连通后形成总进出气口(9)、(15)穿过容器(1)壁面到容器(10外面；管道外部制冷空间(2)中也设一制冷剂进口(14)和制冷剂出口(11)。

Description

一种气体水合物的生成装置

技术领域

本实用新型是一种气体水合物的生成装置。涉及运输或储存装置和用于物料贮存或运输的容器技术领域。

背景技术

天然气水合物储运技术是正在研究和发展的一种新技术，其核心思想是水和天然气在高压低温下形成水合物，然后将温度降低到-5℃～-20℃摄氏度，利用水合物的自保性，水合物在低温常压下能储存很长时间。1m³体积水合物能储存标准状态下150～180m³的气体。Gudmundsson等人用实验分别验证了在大气压力下和在-5℃、-10℃和-18℃的冷冻库中储存的NGH的稳定性。试验表明：储存在冷冻条件下的样品能够保持稳定。水合物储运技术不仅有储存空间小的优点，而且它较气态和液态天然气更安全，因为水合物不易燃烧，水合物的分解过程缓慢。1m³水合物相当于21MPa高压下的1m³压缩天然气。同管道天然气运输或者液化天然气运输相比，水合物需要较低的投资和运行耗费，较低的成本、简单和灵活的处理过程使得水合物运输天然气值得推广发展。

国外，特别是挪威、日本对这种技术非常重视，对水合物储运技术的各个方面和环节进行了研究，发展了一种水合物雪球运输链，它包括水合物的生成、成型、储存、运输和气化等过程。但是，它离商业化应用还有一定距离，还有许多技术问题需要研究解决。从国内来看，水合物储运技术研究相对较少，也没有实际应用的实例。目前天然气的运输和集散主要通过天然气管道，部分采用LNG和CNG的方式。我国有大量的分散的小气田，产气量小，液化天然气和管道输送法都不经济适用，如果天然气储运的经济性得不到有效提高，这些气田将无法进行开采和利用，因此，需要一种安全可靠、运费低的天然气储运方法，而气体水合物的方式有可能成为储存运输天然气的一种可以选择的方式。同样，其它一些气体，如二氧化碳、氮气等也可以形成水合物。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种集气体水合物的生成、储运和气化为一体、安全可靠、运费低的一种气体水合物的生成装置。

本装置的核心是水合物储罐，这种储罐结构采用管式层状结构(如图1所示)，即将一定的数量管道3排列起来构成一层，然后在第一层上面再排放第二层，若干层管道3构成一个储存单元，每根管道3端部用管道端面盲板5密封，管道端面盲板5上有进出气口6、7，每根管道3一端的连接进出气口管线4互相连通，使单元中所有管道3内部的空间连通构成一个整体，用于水合物的生成和储存。整个储存单元放入一个容器1中(如图3、图4所示)，容器1采用金属或绝热良好的材料，单元内管道1端部的管线互相连通后形成总进出气口9、12、15穿过容器1壁面到容器1外面；管道外部制冷空间2中也设一制冷剂进口14和制冷剂出口11；容器1起到支撑管道3及提供制冷剂的流通空间的作用，即容器1内部与管道3外部之间的空间用于制冷剂的流通。用于给整个管道3内部的水合物系统降温。

每根管道3内部采用一定的结构设计(如图2所示)，每根管道3的两端离端面5距离5～8cm处设一档板8，将管道分成三个隔开的空间-A室、B室、A室，挡板8的高度设一定值，使挡板8的面积占管道3端面面积的80％～85％。腔室B中靠近挡板81～3cm处的管道3底部有管道底部排水口10(每根管道只设一个排水口)，左腔室A(图2中左边A)中管道3的末端设两个进出气(水)口6、7，上部一个，下部一个。

其中，管道3的直径控制在12～18cm之间，长度为2～5m，如果将整个单元放到水合物储运汽车(火车)上，则根据汽车的储存条件来确定管道3的尺寸和数量。管道3耐压6MPa左右，水合物形成时不再需要额外的高压容器。每层管道3的数量为5～8根，或可以根据实际需要增加或减少。每个单元管道3的层数为6～10层，或可根据实际需要增加或减少。管道3材料为钢管或耐压质轻的其它材料，具有良好的导热性。管道外部制冷空间2采用钢制或其它强度符合要求、保温性能好的材料，对压力没有特别要求，只需要制冷剂不泄漏即可。制冷剂的流通空间不需要另外的管道，直接利用管道3外部空间即可。

为了减少热量损失，整个单元外部应该设保温材料或将整个单元放入一保冷的空间中减少热量散失。

水合物在腔室B中形成，腔室B中靠近挡板管道底部排水口10，用于将腔室B中的水排出。腔室A为隔离腔室，水合物形成时A中没有水，所以不会形成水合物。腔室A的好处是避免水合物的形成而阻塞进出气管线。左腔室A中管道3的末端设置两个进出气(水)口6、7，上部一个，下部一个，外面用连接进出气口管线4互相连通，进出气(水)口7还有一个作用是方便腔室A中的水排除，所以外部连接的管线应低于进出气(水)口7。之所以在上部再设一个进出气(水)口6，是防止腔室A中的残留水形成水合物后堵塞进出气(水)口7。每个单元内管道的末端的进出气(水)管线连接在一起，形成总进出气口9、12、15。每根管道3的管道底部排水口10连在一起，形成总排水口13。即每个单元只有三个总进出气口9、12、15，一个总排水口13。

本装置适用于天然气、二氧化碳、氮气等，特别是天然气水合物的生成、储运和气化。

本实用新型在使用时是先将采用有制冷循环系统的管式层状结构储罐充满水，然后通入气体至0.1MPa左右，排出多余的水，通入气体加压至压力5～6MPa，通过冷却系统控制温度0～4℃，使气体和储罐内管道中的水接触，在静态条件下生成水合物，然后降温，降压，冷冻到-15～-20℃，密闭储存，储存压力设置为常压～0.5MPa。将水合物储罐放在采用一定保温结构的水合物储运汽车(火车)槽车上，水合物经汽车(火车)运输到目的地后，从外部的制冷循环系统中直接通入大于15℃的水，水合物很快气化。水合物气化后，剩余的水可以进行回收或重复利用。

综上所述，本实用新型通过对水合物储罐结构和管式结构的设计，有制造工艺简单、耐压能力强、传热效果好、水合物易于形成的优点。实现了水合物静态条件下的快速生成。气体和水在每一根管道内和水接触，形成水合物，由于水合物的“攀壁”效应，水合物会沿着管壁面形成，并靠水合物自身的膨胀效应实现水合物的自压实。管道外壁的表面积大，强化了传热。利用管道外壁的空间进行制冷，不需要额外的制冷管道，且制冷效果更好。这种结构的设计也有利于水合物的气化。本实用新型通过对水合物储罐结构的设计以及提供的储运技术，减少了水合物成型、装卸等中间环节，简化了水合物的储运工艺，节约设备投资和操作费用。

附图说明

图1气体水合物生成装置剖面示意图

图2单根管道结构示意图

图3气体水合物生成装置外部总体结构示意图

图4气体水合物生成装置内管道端面结构示意图

其中1-容器            2-管道外部制冷空间

    3-管道            4-连接进出气口管线

    5-管道端面盲板    6-进出气(水)口

    7-进出气(水)口    8-挡板

    9-总进出气口      10-管道底部排水口

    11-制冷剂出口     12-总进出气口

    13-总排水口       14-制冷剂进口

    15-总进出气口

具体实施方式

实施例.以本例来说明本实用新型的具体实施方式并对本实用新型作进一步的说明。本例是一实验样机，其构成如图1-图4所示。本例的核心是天然气水合物储罐，这种储罐结构采用管式层状结构(如图1所示)，即将一定的数量管道3排列起来构成一层，然后在第一层上面再排放第二层，若干层管道3构成一个储存单元，每根管道3端部用管线端面盲板5密封，管线端面盲板5上有进出气口6、7，每根管道3一端的连接进出气口的管线4互相连通，使单元中所有管道3内部的空间连通构成一个整体，用于水合物的生成和储存。整个储存单元放入一个容器1中(如图3、图4所示)，容器1采用金属或绝热良好的材料，单元内管道1端部的管线互相连通后形成总进出气口9、15穿过容器1壁面到容器1外面；管道外部制冷空间2中也设一制冷剂进口14和制冷剂出口11；容器1起到支撑管道3及提供制冷剂的流通空间的作用，即容器1内部与管道3外部之间的空间用于制冷剂的流通。用于给整个管道3内部的水合物系统降温。

每根管道3内部的结构如图2所示，每根管道3的两端离端面8cm处设一档板8，将管道分成三个隔开的空间-A室、B室、A室，挡板8的高度设一定值，使挡板8的面积占管道3端面面积的80％。腔室B中靠近挡板82cm处的管道底部有管道底部排水口10，左腔室A中管道3的管道端面盲板5上设两个进出气(水)口6、7，上部一个，下部一个。管道外部制冷空间2的制冷空腔中也设一制冷剂进口14和制冷剂出口11。

管道3的直径为15cm，管道3材料为钢管，具有良好的导热性。管道3耐压6MPa左右，水合物形成时不再需要额外的高压容器。每层管道3的数量为8根。每个单元管道3的层数为8层。每根管道3的长度为5m，可将整个单元放到水合物储运汽车(火车)上。管道外部制冷空间2采用钢制，对压力没有特别要求，只需要制冷剂不泄漏即可。制冷剂的流通空间不需要另外的管道，直接利用管道外部空间即可。

为了减少热量损失，整个单元外部设保温材料，以减少热量散失。

下面具体地说明形成水合物的操作过程，先关闭图3中总排水口13和总进出气(水)口12阀门，从总进出气(水)口15通入反应水，同时从总进出气(水)口9排出气体，灌满水后，打开总进出气(水)口12、15阀门，从总进出气(水)口9通入要形成水合物的气体至压力0.1MPa，将多余的水从总进出气(水)口12、15中排出，这样操作的好处是不需要置换空气。由于每根管道3末端挡板8的作用，每根管道3中腔室B中会有80％的水留在管道3中，而腔室A中的水全部排出来。水排完后，可以从总进出气(水)口9、12、15任一处通入要形成水合物的气体，也可以同时通入，加压至6MPa，在管道3中形成水合物。从制冷剂进口14通入制冷剂，制冷剂通过整个管道外部制冷空间2后从制冷剂出口11排出，对整个管道系统制冷。采用这种形式的结构，水合物在管道3内形成并实现自压实。

水合物在管道3中形成后，对其进行降温，即控制制冷剂温度到需要温度，卸压，冷冻到-18℃，密闭储存，压力0.3MPa。可以将整个储罐单元系统放入储存运输容器中，实现对水合物的储存运输。当然，也可以将水合物汽车(火车)槽车做成一个这样的水合物储罐，由一个或几个单元构成，水合物形成后，不需要装车，直接将其运输到目的地即可。

水合物运输到目的地后，接着进行水合物的气化，这种结构的设计使水合物的气化变得简单，可以直接在每个单元的内部制冷空间通入大于15℃的水即可，如果附近有可利用的热源，则气化的速度会更快。水合物气化后，打开每个储罐单元底部的总排水口13，可对水进行回收。

本例经过多次工业试验，证明本实用新型设计合理，制造工艺简单、耐压能力强、传热效果好、水合物易于形成，安全可靠、费用低。实现了水合物静态条件下的快速生成和天然气水合物的生成、成型、储存、运输和气化过程一体化，为天然气的经济储运提供了很大方便。

Claims (3)

1.一种气体水合物的生成装置，其特征是它采用管式层状结构，将一定的数量管道(3)排列起来构成一层，然后在第一层上面再排放第二层，若干层管道(3)构成一个储存单元，每根管道(3)端部用管道端面盲板(5)密封，管道端面盲板(5)上有进出气口(6)、(7)，每根管道(3)一端的连接进出气口管线(4)互相连通，使单元中所有管道(3)内部的空间连通构成一个整体；整个储存单元放入一个容器(1)中，容器(1)采用金属或绝热良好的材料，单元内管道(3)端部的管线互相连通后形成总进出气口(9)、(12)、(15)穿过容器(1)壁面到容器(10外面；管道外部制冷空间(2)中也设一制冷剂进口(14)和制冷剂出口(11)。

2.根据权利要求1所述的一种气体水合物的生成装置，其特征是每根管道(3)的两端离端面(5)距离5～8cm处设一挡板(8)，将管道(3)分成三个隔开的空间-A室、B室、A室，挡板(8)的高度设一定值，使挡板(8)的面积占管道(3)端面面积的80％～85％；腔室B中靠近挡板(8)1～3cm处的管道(3)底部有管道底部排水口(10)，左腔室A中管道(3)的末端设两个进出气口(6)、进出气口(7)，上部一个，下部一个。

3.根据权利要求1所述的一种气体水合物的生成装置，其特征是整个单元外部设有保温材料或将整个单元放入一保冷的空间中。

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