[發明專利]一種煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法及裝置

在審

• 申請號: 201710091250.4
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106761607A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王燕鴻;操原;樊栓獅;郎雪梅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: E21B43/16
• 分類號: E21B43/16;E21B43/24;E21B43/34;E21B47/06;E21B47/07
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，將電廠煙氣尾氣進入水合物分離塔進行水合分離，對CO₂進行提濃，然后將經水合分離后得到的CO₂與N₂混合氣體進行多級壓縮后，在換熱器內換熱，換熱后的CO₂與N₂混合氣注入開采井內，在一定壓力和溫度下在水合物層中置換開采天然氣水合物，置換開采出的CO₂、N₂與CH₄的混合氣體從采出井出來進入膜分離塔，分離出高濃度的N2，同時分離出CO₂、N₂與CH₄的混合氣體直接進入電站燃燒，進行發電；所述壓力為5～16MPa，所述溫度為200～250℃。

2.根據權利要求1所述的煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，所述水合分離包括水合和分解兩個過程，大量易水合的氣體形成水合物，同時分離難水合的氣體，然后將形成的水合物分解，釋放出較易形成水合物的氣體。

3.根據權利1所述的煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，所述的水合物分離塔為船載式水合物塔。

4.根據權利1所述的煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，所述的膜分離塔為多級膜分離塔，且為船載式膜分離塔。

5.根據權利1所述的煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，所述的多級壓縮為三級壓縮，包括第一級壓縮機、第二級壓縮機和第三級壓縮機。

6.根據權利1所述的煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，所述的分離出的N₂直接收集到儲罐。

7.根據權利1所述的煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，所述的開采井和采出井均為水平井，且在水合物層內的開采井位于采出井的下方。

8.根據權利1所述的煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，所述天然氣水合物儲層處于上下地層之間。

9.根據權利1所述的煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）鉆井階段：將開采井和采出井打入天然氣水合物儲層，并在井內安置溫度和壓力的檢測裝置；

（2）水合分離階段：將換熱后的電廠煙氣進入到水合物分離塔，待水合物生成后，排出N₂，分解所生成的混合CO₂與N₂水合物，得到高濃度CO₂與低濃度N₂混合氣體；所述電廠煙氣為CO₂與N₂的混合氣；

（3）壓縮階段：將水合分離后的CO₂與N₂混合氣體經過多級壓縮壓縮后，得到高溫高壓的CO₂與N₂混合氣；

（4）換熱階段：將壓縮后的CO₂與N₂混合氣經第一換熱器進行換熱；

（5）輔熱置換開采水合物階段：將換熱后得到的CO₂與N₂的混合熱氣注入到天然氣水合物儲層，封閉開采井和采出井井口，控制井內的溫度和壓力，置換開采天然氣水合物；

（6）膜分離階段：待開采井內溫壓條件平穩時，打開采出井井口，將采出的CO₂、CH₄與N₂的混合氣體通入到膜分離塔，經過分離后得到的CH₄和CO₂混合氣體直接進入電站燃燒發電，進入到下一循環；

（7）氣體收集階段：將水合分離階段和膜分離階段得到的N₂收集并儲備到N₂儲罐中。

10.一種煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的裝置，其特征在于，包括開采井溫壓裝置（3）、采出井溫壓裝置（4）、采出井（5）、水合分離塔（6）、第一壓縮機（7），第二換熱器（8）、第一閃蒸器（9）、第二壓縮機（10）、第三換熱器（11）、第三壓縮機（12）、第二閃蒸器（13）、第一換熱器（14）、燃燒式加熱器（15）和膜分離塔（16）；所述開采井溫壓裝置（3）設置于開采井內部，所述采出井溫壓裝置（4）設置于采出井內部；所述第一換熱器（14）與開采井的入口連接，所述第一換熱器（14）與水合分離塔（6）、第一壓縮機（7），第二換熱器（8）、第一閃蒸器（9）、第二壓縮機（10）、第三換熱器（11）、第二閃蒸器（13）、第三壓縮機（12）順次連接，所述第三壓縮機（12）再與第一換熱器（14）連接，形成循環；所述第一換熱器（14）還和燃燒式加熱器（15）、膜分離塔（16）順次連接。