[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

技術領域

本發明涉及一種天然氣水合物開采領域，尤其涉及一種利用電廠煙氣置換開采天然氣水合物的方法及裝置。

背景技術

天然氣水合物是地球上最豐富非傳統能源資源之一，作為一種在高壓低溫條件下形成的籠型晶體水合物，普遍存在于深海地層和永久凍土層中。目前天然氣水合物的單一開采方法主要有注熱法、降壓法、化學試劑法以及置換法。其中置換法作為一種新型的開采天然氣水合物的方法，其封存氣體的同時穩定低層的優勢倍受研究，一般選擇的置換氣體多為CO₂，研究表明，相同條件下，CO₂與N₂的混合氣比CO₂氣體置換開采天然氣水合物的效果好。

工業上電廠產生的煙氣主要成分為CO₂和N₂，將煙氣尾氣經過換熱和分離，將CO₂提濃后，注入熱的混合氣到水合物層置換開采天然氣水合物，較單純注入煙氣置換開采天然氣水合物，能夠減少煙氣與水合物層的接觸阻力，提高天然氣水合物的置換率。

針對傳統煙氣置換開采天然氣水合物置換效率低及成本問題，本發明提出了用電廠煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，整個過程實現原料氣及能效的循環利用，經濟環保。

發明內容

針對傳統煙氣置換開采天然氣水合物置換效率低及成本問題，本發明提出了用煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法及裝置。

本發明通過以下技術方案來實現：

一種煙氣輔熱置換開采天然氣水合物的方法，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，再在換熱器內換熱，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，產生的煙氣尾氣用于下一循環；所述壓力為5～16MPa，所述溫度為200～250℃。

上述方法中，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。

上述方法中，所述的水合物分離塔為船載式水合物塔，便捷。

上述方法中，所述的膜分離塔為多級膜分離塔，且為船載式膜分離塔，便捷。

上述方法中，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。

上述方法中，所述的分離出的N₂直接收集到儲罐。

上述方法中，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。

上述方法中，所述天然氣水合物儲層處于上下地層之間。

上述方法中，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，在相同的條件下CO₂比N₂更易形成水合物，即CO₂水合物生成的更多。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；