[發明專利]一種利用水合物連續分離混空煤層氣中甲烷的裝置

有效

• 申請號: 201711222370.X
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107903969B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 王樹立;蔡躍躍;饒永超;梁俊;葛昊;閆朔;周詩崠;李恩田;趙書華
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及石油天然氣工業領域，特指一種利用水合物連續分離混空煤層氣中甲烷的裝置和方法。本發明分別是利用扭帶提高傳熱傳質的扭帶水合物制取裝置1臺和利用拉瓦爾噴管提高過冷度的拉瓦爾水合物制取裝置2臺。同時在扭帶水合物裝置后設有兩臺三相分離裝置，一臺是存儲狀態，一臺是水合物分解狀態，兩臺狀態可以相互轉化。扭帶產生的螺旋流可以保證水合物以漿液的形式進入三相分離裝置而不堵塞在扭帶水合物制取裝置中。沒有完全反應的煤層氣進入拉瓦爾噴管水合物制取裝置，以達到甲烷水合物生成條件進一步提取煤層氣中的甲烷。拉瓦爾水合物制取裝置也有兩臺，也分為制取狀態和分解狀態。通過兩種狀態的相互轉換來達到水合物連續制取的工業要求。

技術領域

本發明涉及石油天然氣工業領域，具體是一種利用螺旋流和拉瓦爾噴管加快水合物制備效率并用于提取混空煤層氣中甲烷氣體的裝置。

背景技術

煤層氣是與煤伴生以吸附狀態儲存于煤層中的一種非常規天然氣，是寶貴的潔凈能源,更是煤礦安全生產的最大威脅。中國煤層氣資源豐富，42個主要含氣盆地(群)埋深2000m以內的煤層氣地質資源量達36.81×10¹²m³，居世界第三位。近兩年來，我國煤層氣新區勘探成果顯著，煤層氣產量保持平穩增長，煤層氣技術研發力度持續加大。混空煤層氣的主要成分是CH₄，同時含有SO₂、N₂等成分。與常規天然氣相比，煤層氣屬于邊際氣田，由此決定了煤層氣是一種低成本運行的項目。煤層氣井產量低，生產周期長，項目經濟性差，導致了近幾年來煤層氣勘探開發投入明顯降低。所以一種快速高效的提取煤層氣中的CH₄的技術的開發顯得非常有必要。

我國是煤炭生產和消費大國，伴隨著煤炭的開采，我國每年向大氣排放甲烷約194億m³，約占世界采煤排放甲烷總量的1/3，甲烷的溫室效應約是二氧化碳的20倍，對臭氧層的破壞能力是二氧化碳的7倍。煤層氣的開發利用不僅可以有效降低甲烷的排放量，而且能夠減少二氧化碳的排量。煤層氣與石油、煤炭相比，同樣熱值釋放到大氣中的二氧化碳比石油少50％，比煤炭少75％，對于國家節能減排的貢獻很大。利用煤層氣不僅可以減少瓦斯事故導致的直接經濟損失、節約瓦斯防治費用，緩解煤炭運輸系統壓力，而且可以從煤層氣利用中獲得投資報酬。(許婷婷，鄭愛華.煤層氣利用率對其開發綜合效益的影響[J].礦產保護與利用，2010，(1)：55-28)

但是低濃度煤層氣也制約了煤層氣的利用，我國《煤礦安全規程》中規定濃度在30％以上的煤層氣才可利用。但我國濃度低于30％的煤層氣大約占70％～80％，如果不加以利用，這部分瓦斯只能排空(曾少軍，陸日東.我國煤層氣CDM項目開發現狀及對策研究[J].煤炭經濟研究，2008，(5)：7-10)。由于沒有經濟高效的回收手段，每年造成了大量的能源浪費。

氣體水合物是在高壓低溫條件下，水分子通過氫鍵相互連接形成籠狀結構。氣體水合物的體積遠遠小于氣體的體積，1m3的水合物所攜帶的氣體量在標態下通常達150-170m3。不同的氣體形成水合物的條件不同，如在273K時氧氣水合物的相平衡壓力為12MPa，氮氣水合物則為16MPa，CH₄水合物的相平衡壓力為5MPa。因此可利用水合物生成條件差異來分離出煤層氣中的CH₄。本發明通過對煤層氣抽放系統排出的煤層氣進行加壓降溫生成水合物，通過三相分離器加熱裝置對水合物進行分離、分解，實現混空煤層氣中CH₄的分離提取。

發明內容

本發明的目的在于解決了煤層氣中甲烷提取過程中成本過高，效率過低等問題。