[發明專利]一種基于煙氣余熱吸收式熱泵的熱激法天然氣水合物開采裝置及方法

有效

• 申請號: 202010694604.6
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111852408B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 宋永臣;鄭嘉男;王欣茹;楊明軍;趙潔
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B43/24;E21B43/34;F24S20/40;F25B27/00;F25B27/02;F25B30/02;F01K17/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供一種基于煙氣余熱吸收式熱泵的熱激法天然氣水合物開采裝置及方法。水合物開采系統將熱水注入到天然氣水合物層，水合物受熱分解，天然氣攜帶一部分污水通過開采井收回至海面，分離得到較為純凈的天然氣；煙氣余熱熱源集熱系統利用煙氣余熱將熱源循環水充分加熱，以提供低品位熱源；海水源熱匯集熱散熱系統將經過加熱的循環水輸送到高壓水泵，對多余的高溫水進行保溫，通過泵將溫度較低的水輸送到吸收器和冷凝器進行升溫，為天然氣水合物開采系統提供充足的熱水；溶液水循環系統中吸收式熱泵稀溶液和濃溶液的相互轉換，以及溶液泵的輸送，實現了在再生器和蒸發器吸收低品位熱量，同時在吸收器和冷凝器產生高品位熱量。

技術領域

本發明屬于海洋油氣資源開發技術領域，針對目前海洋天然氣水合物熱激法開采所存在的熱源問題，利用吸收式熱泵技術將海上油田燃氣透平發電機的煙氣余熱提高品位，用于熱激法開采天然氣水合物，提供了一種基于煙氣余熱吸收式熱泵的熱激法海洋天然氣水合物開采裝置及方法。

背景技術

天然氣水合物，俗稱可燃冰，是由烴類物質與水在低溫高壓條件下形成的具有籠狀晶體結構的物質，燃燒廢氣中只有CO₂和水，對環境沒有污染。標準狀況下，單位體積的氣體水合物可以儲存164單位體積的甲烷氣體，熱值很高，是一種十分優質的能源，可用于替代煤炭等傳統化石能源。然而，天然氣水合物的商業化開采水平目前尚未達到，亟需可行的開采方法。目前天然氣水合物的開采技術主要包括降壓開采法、熱激法和注入化學劑法。熱激開采法效率高，容易實現，但至今尚未很好的解決熱源能耗高、熱量利用效率較低的問題。

而在海洋環境下海面平臺上汽輪機排出的煙氣中含有大量余熱可以回收利用。同時，吸收式熱泵是以熱能為補償實現從低溫到高溫輸送熱量的設備，具有節約能源、保護環境的雙重作用，可以將海上油田燃氣透平發電機煙氣余熱提高溫度，用于水合物開采。

發明內容

基于上述背景，本發明將海上油田燃氣透平發電機煙氣余熱作為吸收式熱泵的低溫熱源，釋放高品位熱量，結合熱激法水平井開采海洋天然氣水合物，提供了一種基于煙氣余熱吸收式熱泵的熱激法海洋天然氣水合物開采裝置及方法。

本發明的技術方案：

一種基于煙氣余熱吸收式熱泵的熱激法天然氣水合物開采裝置，包括水合物開采系統、煙氣余熱熱源集熱系統、海水源熱匯集熱散熱系統和溶液水循環系統；四個系統相互配合，海水源熱匯集熱散熱系統將吸收式熱泵循環系統產生的熱量輸送到水合物開采系統，煙氣余熱熱源集熱系統為熱泵循環系統提供熱源；

所述的水合物開采系統主要由開采井31、注入井28、高壓泵24、真空保溫層23、球形噴頭29、氣液分離器21、天然氣儲氣罐22、污水儲集罐19、液位指示器20和海水吸入泵25組成；所述的開采井31為L型井，開采井豎直段26出口端連接氣液分離器21，開采井豎直段26穿過海水層27到達天然氣水合物儲層30，開采井水平段32在天然氣水合物儲層30；所述的海水污水儲集罐19、氣液分離器21和天然氣儲集罐22依次連接；所述的真空保溫層23采用真空絕熱材料；所述的注入井28入口端連接高壓泵24，注入井28出口端位于天然氣水合物儲層30；所述的高壓泵24位于真空保溫層23中，注入井28出口端設有球形噴頭29，使水均勻多方向的注入天然氣水合物層中；所述的液位指示器20設置在污水儲集罐19上，實時液位反饋給海水吸入泵25，以防海水污水暫存罐19出現水量短缺現象。

所述的煙氣余熱熱源集熱系統主要由直接接觸式換熱塔1、汽輪機7、第二熱源水泵14、第一熱源水泵5、空氣排管2、熱源水排管3、再生器4和蒸發器12組成；所述的空氣排管2和熱源水排管3均與直接接觸式換熱塔1密封焊接；所述的熱源水排管2的出口端與再生器4的熱源水入口端相連接；所述的再生器4的熱源水出口端通過第一熱源水泵5與蒸發器12熱源水入口端相連接；所述的蒸發器12的熱源水出口端通過第二熱源水泵14和熱源水排管3的入口端相連接；所述的蒸發器12底部的溶液水出口端通過第二溶液水泵13與蒸發器12頂部的溶液水入口端相連接，實現內循環；所述的空氣排管2一端接外部冷空氣，另一端與汽輪機7相連接；