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天然气水合物在输气管线及生产装置中形成和分解机理及其形成1 绪论1.1研究的意义和目的随着石油天然气工业的不断发展，在处理和输送天然气过程中发现了气体水合物。
水合物是目前科学领域中的热门课题，不仅与石油天然气开采、储存和运输密切相关，而且与环境保护、气候变迁，特别是人类未来赖以生存的能源有关。
天然气水合物为白色结晶固体，是在一定温度、压力条件下、天然气中的烃分子与其中的游离水结合而形成的，其中水分子靠氢键形成一种带有大、小孔穴的结晶晶格体，这些孔穴被小的气体分子所充填。
在天然气管道输送过程中，水合物在输气干线或输气站某些管段（弯头）阀门、节流装置等处形成后，其流通面积减少从而形成局部堵塞，其上游的压力增大，流量减少，下游的压力降低，因为会影响管道输配气的正常运行。
天然气水合物是威胁输气管道安全运行的一个重要因素。
天然气水合物一旦形成后，它与金属结合牢固，会减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成，进而造成管道、阀门和一些设备的堵塞，严重影响天然气的开采、集输和加工的正常运行。
因此，研究和讨论天然气输送过程中水合物的生成和防治，对保障天然气管道的安全运行具有十分重要的实际意义。
要形成天然气水合物需要几个必要的条件，一是气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水；二是有足够高的压力和足够地的温度。
在具备上述条件时，水合物的形成，还要求有一些辅助条件，如天然气压力的波动，气体因流向的突变而产生的搅动，以及晶种的存在等。
因此总结出一些防治天然气水合物生成的方法。
通常，在输送天然气过程中清除水合物的方法是用热水或热蒸汽对管道进行加热，在水合物和金属接触点上，将温度提高到30～40℃，使水合物很快分解。
据统计防止水合物生成的费用约占生产总成本的5～8%。
在工程上对抑制剂用量不能准确计算，抑制剂的用量往往大于实际需求量，这样一方面不利于节约成本，另一方面导致不必要的环境污染针对上述问题，需要用科学的实验方法，准确测定天然气水合物的生成条件，并筛选和评价抑制剂的抑制效果，从而为天然气集输管道水合物防治工作提供科学依据。
天然气水合物的制备及其利用研究天然气水合物（natural gas hydrates，简称NGHs）是一种自然界常见的天然储气层，属于一种冷却情况下，天然气与水分子产生结合所形成的天然化合物，在深海底部和极寒地区普遍存在。
天然气水合物的资源量极为丰富，被认为是未来能源的重要来源。
因此，天然气水合物制备及其利用的研究一直是研究人员的热门领域。
一、天然气水合物的制备天然气水合物的制备方法目前主要有三种：实验室制备、自然生成和现场模拟。
实验室制备方法是通过模拟自然界寒冷条件下天然气与水分子产生结合的情况，制备出天然气水合物。
实验室制备的天然气水合物大多应用于基础研究和工业应用的实验示范。
这种方法的主要问题在于产量偏低，难以实现大规模生产。
自然生成方法是指天然气水合物在天然条件下形成并被发现，这种方法是实现大规模生产的前提条件。
自然生成的天然气水合物是基于地下沉积物、地下通道、临近海底的沉积物等自然环境条件而形成的，例如，北极圈附近的气水合物、深海水下的气水合物等。
现场模拟方法是指通过在实验条件下模拟自然界天然气水合物形成过程，实现天然气水合物的制备。
这种方法能够模拟天然环境的局部情况，实现样本研究和气水合物制备等研究。
二、天然气水合物的利用天然气水合物的利用应用值得重视。
目前已经有一些成功的应用范围，例如天然气水合物可以用于生产液化天然气，也可以应用于海底气田开发、致冷剂、能源助燃等领域。
其中，天然气水合物可以用于生产液化天然气的方法，便是通过将天然气水合物加压加温，让其生成气态天然气，气态天然气则经过进一步的压缩和冷却而进入液态状态，最终得到液化天然气。
液化天然气相比于常规的天然气储存和运输方式，具有更高的储存密度和更方便的运输方式，也具有更低的环境影响和更高的能源综合利用效率。
除此之外，天然气水合物还可以应用于海底气田的开发。
海底气田的采取受到水压和海底温度等因素的制约，而将天然气水合物作为储气层，可以在大幅减小地球环境的影响下，实现海底气田的开采并提高采收率。
天然气水合物分解机理及调控方法研究天然气水合物（NGH）是一种在极低温和高压条件下形成的天然气和水分子结合的固态晶体。
NGH的分解机理及相关调控方法一直是研究的热点之一。
本文将会从NGH分解机理及调控方法的研究现状、存在的问题及未来发展方向等方面展开阐述。
NGH的分解机理是一个复杂的过程，包括物理化学反应、温度、压力等多种因素的影响。
在常规条件下，NGH需要通过提高温度或减小压力来实现分解。
NGH分解主要包括温度驱动、压力驱动及添加助剂等多种方式。
温度驱动是通过提高系统温度来实现NGH的分解，而压力驱动则是通过降低系统压力来促进NGH的分解。
添加助剂能够改变NGH的分解动力学过程，从而实现分解过程的调控。
NGH分解过程中存在一些问题需要解决。
首先是NGH分解速度较慢，这导致在工业上难以实现高效率的NGH分解。
其次是NGH分解过程中产生的水会影响天然气的流体性质，增加了天然气的处理难度。
NGH分解过程中的温度和压力条件较为严苛，这也增加了NGH的分解成本。
研究NGH分解机理及调控方法对于提高NGH的分解效率、降低成本具有重要意义。
值得注意的是，NGH的分解机理及调控方法的研究已经取得了一些进展。
部分研究者通过实验和模拟得出了NGH分解过程中的关键参数，揭示了NGH分解的物理化学过程。
利用添加助剂、改变反应条件等方法，也实现了NGH分解过程的调控。
这些研究为NGH分解机理及调控提供了理论基础和实践指导。
未来，NGH分解机理及调控方法的研究仍面临一些挑战。
如何实现NGH分解过程的高效率、低成本仍然是一个亟待解决的问题。
探索新的NGH分解机理及调控方法，如利用催化剂、开展微观层面的研究等，也是未来的发展方向。
结合工业实际需求，开展NGH分解技术的工程应用也是未来研究的重点之一。
NGH水合物分解机理及调控方法的研究具有重要意义，对于提高天然气的获取效率、降低生产成本具有重要意义。
在未来的研究中，需要充分发挥理论研究和实践探索的优势，明确NGH分解过程中的关键参数及调控方法，推动NGH 分解技术的发展。
技术创新利用水合物法将放空天然气进行捕获工艺设计孙毅李忠田（中国石油天然气管道工程有限公司新疆设计分公司新疆乌鲁木齐830000）摘要：为响应“碳达峰、碳中和”目标，基于现阶段长输管道动火作业后，未对管道气放空进行有效回收情况，本文提出一种利用水合物法将放空天然气进行捕获工艺设计。
利用GO和SDS复配水合物促进剂体系促进CH4水合物的生成，将CH4水合物在管道螺旋流下进行储运贮存，可有效解决放空作业天然气回收及回收成本问题，同时天然气水合物捕获方法对高压、低温放空天然气捕获效率最高。
关键词：放空作业天然气回收天然气水合物螺旋流中图分类号：TE34文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)02(c)-0007-031研制背景及意义随着国内天然气管道互联互通的高潮来临，势必会带来管道放空动火作业［1］。
同时，在站场及线路进行维检修期间，也会存在大量天然气排放到大气中。
据统计，近些年来，由于动火作业和维检修放空量每年最少为3×107Nm，为响应“碳达峰、碳中和”的目标［2-3］，为有效降低放空天然气造成的经济损失及环境破坏，对于放空天然气的捕获及收集极为重要。
当前，我国在进行放空天然气的回收利用时［4］，通常会采用压缩天然气、液化天然气、吸附天然气、天然气水合物等方面的手段来处理放空天然气体。
考虑到天然气进行放空作业过程中温度低、压力高，该状态下易形成天然气水合物［5-6］，因此，在天然气放空作业捕集时，推荐采用天然气水合物法。
2设计方案2.1CH4捕获系统工艺设计及工作原理放空天然气捕集是通过将放空时低温、高压的天然气与水在反应器中充分结合形成天然气水合物的过程，将放空天然气进行捕获。
与其他捕获CH4的技术相比，水合分离法工艺流程简单，可连续生产，并且设备投资小，可做成移动处理撬，用于沿线站场和阀室放空天然气的捕获，形成的天然气水合物通过槽车运送至站场进行处理后，回注到管道内，水合物捕集天然气的工艺流程如图1所示。
145天然气水合物就是俗称的可燃冰，主要成分为甲烷和水，对其进行开采利用，对缓解当今能源危机具有战略意义。
在国内外还没有一种开采深海海底浅层非成岩地层天然气水合物的方法，所以一种固态流化开采的新思路被提出。
天然气水合物是在低压、高温下在极低的地理位置中形成的，所以难以获取。
若能采用一系列技术方法对天然气水合物进行人工合成，便减少了难以开采的世纪难题。
本研究所涉及的天然气水合物合成实验是在刚成立的全球首个海洋非成岩天然气水合物固态流化开采实验室中进行，自行设计制造相关实验装置，以达到实验室快速合成天然气水合物，为相关研究机构提供实验样品。
1 系统回路设计合成天然气水合物的主要操作规程包括：抽真空、注蒸馏水、注甲烷气体、合成天然气水合物。
抽真空作业是在所有阀门关闭的情况下，启动空气压缩机和循环泵，抽离反应釜内的空气，观察釜顶压力表读数适时关闭压缩机和循环泵。
注蒸馏水作业是调节截止阀V-04的开度，启动柱塞泵向反应釜注蒸馏水，由流量计G4的读数适时关闭截止阀V-04。
注甲烷气体作业是调节截止阀V-01、V-03的开度，向反应釜注适量甲烷气体，根据压力表P1及流量计G1的读数，判断是否达到反应的适宜条件。
当达到理想压力、流量时，依次关闭截止阀V-03、V-01。
合成天然气水合物是调节截止阀V-03的开度，启动循环泵和空气压缩机，使高压甲烷气体通过釜顶气相出口经循环泵通过釜底气相入口的气体分布器进入到反应釜中进行合成反应。
根据电阻测量得到的电阻变化率图表，调节截止阀V-01、V-03开度达到注气增压的效果；实时改变恒温水浴的温度参数，控制釜内温度使反应条件适宜水合物合成。
回路流程图，如图1所示。
图1 回路流程图2 反应釜设计本论文介绍一套天然气水合物合成反应釜系统设计：反应流程的优化设计、测量方案的优化设计、合成装置的设计开发。
其中，最重要也是难度最大的一部分是反应釜的设计。
结合天然气水合物的反应条件、存在形态、物理特性，对其合成反应釜进行完备设计。
利用水合物法将放空天然气进行捕获工艺设计水合物法是一种将天然气中的甲烷与水分子结合形成水合物晶体的方法，该方法可用于捕获和储存放空的天然气。
下面将介绍水合物法的工艺设计流程和关键要素。
一、工艺设计流程：1.原料准备：准备纯净的水和放空的天然气作为反应原料。
确保天然气中的杂质含量低以提高水合物的产率。
2.控制条件：确定合适的压力和温度条件。
水合物的形成需要适当的压力和低温。
一般来说，较高的压力和较低的温度有利于提高水合物的产率。
3.反应器设计：设计合适的反应器以容纳反应原料并促进反应。
通常采用高压反应器和冷凝器，以提供适当的反应条件。
4.制备工艺：将天然气和水流经反应器，在适当的压力和温度下进行反应。
反应时间根据实际情况确定。
5.分离和收集：将水合物晶体从反应器中分离出来，并进行收集。
可以采用过滤、离心等技术分离水合物晶体。
6.再生和储存：对分离出的水合物晶体进行再生操作，将甲烷释放出来并循环利用。
可以采用降低压力和提高温度的方法进行再生。
释放出的天然气可以进行储存和利用。
二、关键要素：1.压力和温度：水合物的形成受到压力和温度的影响，需要确定合适的处理条件。
一般来说，较高的压力和较低的温度有利于水合物的形成和稳定。
2.反应器设计：反应器的设计需要考虑到反应原料的投入和排出、温度和压力的控制、反应速率的提高等因素。
适当的反应器设计可以提高反应效率和产率。
3.分离和收集技术：水合物晶体的分离和收集是一个关键步骤，需要选择合适的技术手段进行分离。
常用的方法包括过滤、离心等。
4.再生技术：水合物晶体的再生操作需要对甲烷进行释放，并将水合物晶体回收再利用。
选择合适的再生技术可以提高工艺的可持续性和经济性。
5.储存和利用：释放出的天然气可以进行储存和利用。
储存技术的选择和储存条件的控制对于水合物法的应用具有重要意义。
综上所述，水合物法是一种捕获和储存放空天然气的有效方法。
通过合适的工艺设计和关键要素控制，可以提高水合物的产率和效果，并实现天然气的循环利用。
天然气水合物的提取与利用技术研究一、引言天然气水合物是一种新型的天然气资源，其在储藏和开发方面具有很高的价值。
尽管目前我国对天然气水合物的开发尚处于初步阶段，但在未来，相信天然气水合物将成为我国能源结构的重要组成部分。
本文将从天然气水合物的提取、分离以及利用技术等方面进行探讨。
二、天然气水合物的概述1. 天然气水合物的定义天然气水合物是一种结晶态的固体物质，通常由天然气分子（如甲烷、乙烷等）和水分子组成。
天然气分子通过一定程度的相互作用，与水分子形成了多孔的冰状结构。
由于其晶体形态类似于一颗颗冰球，因此也被称为“火山口冰球”或“东海蓝珠”。
2. 天然气水合物的储存量据不完全统计，全球天然气水合物储备量可达到1.3万亿立方米，相当于石油储备的两倍以上。
而中国的天然气水合物储备量约为5.6万亿立方米，位居世界第一。
由此可见，开发天然气水合物具有十分广阔的前景。
三、天然气水合物的提取技术随着对天然气水合物储藏层特性的不断了解和提高，目前天然气水合物的提取已经有了很大的进展。
其主要的提取技术可以分为两类：挤压法和降温法。
1. 挤压法挤压法是目前应用较为广泛的天然气水合物提取技术之一。
该技术的原理是在天然气水合物所在的储层中，通过深海设备将压缩空气注入其中，使天然气水合物得以分离出来。
该技术适用于储层深度较浅、冻土较薄的情况，且能够实现在线作业，效率较高。
2. 降温法降温法是天然气水合物的另一种主要提取技术。
其原理是通过降温的方式，把天然气水合物从储层中分离出来。
该技术适用于储层深度较深、冻土较厚的情况，需要借助设备进行降温。
尽管该技术实施较为复杂，但由于能够保证天然气水合物的成分及质量，因此在天然气水合物的开发中具有重要的应用价值。
四、天然气水合物的分离技术天然气水合物的分离技术是指将提取出的天然气水合物由水分离出来的过程。
该过程对于天然气水合物的利用至关重要。
1. 减压分离法减压分离法是目前应用较为广泛的天然气水合物分离技术之一。
专利名称：一种天然气水合物合成、分解和抑制模拟装置及方法
专利类型：发明专利
发明人：汪杰,江厚顺,郭盼阳,铁云艳
申请号：CN202111418080.9
申请日：20211126
公开号：CN114053979A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种天然气水合物合成、分解和抑制模拟装置及方法，装置包括反应釜、第一压力检测件、抽真空机构、注气机构、温度控制机构及称重搅拌机构，所述称重搅拌机构包括转动件、伸缩件、搅拌叶、扭矩检测件、筛板及重量检测件。
本发明提出的技术方案的有益效果是：通过扭矩检测件持续检测搅拌叶转动时所受到的扭矩力的大小，当搅拌叶转动时所受到的扭矩力增加量大于预设值时，表明反应釜内有天然气水合物形成，则通过伸缩件带动筛板从反应釜内的底端向顶端移动，通过重量检测件检测筛板上的天然气水合物的重量并记录，从而通过本装置可准确获取反应过程中水合物的重量随时间的变化关系，有利于定量研究天然气水合物的形成过程及机理。
申请人：长江大学
地址：430000 湖北省武汉市蔡甸区大学路111号
国籍：CN
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#设计计算!天然气水合物生成及分解设备工艺参数设计吴玉国1,3 陈树军2 付 越3 陈保东3(11中国石油大学(华东) 21上海交通大学制冷及低温工程研究所 31辽宁石油化工大学) 摘要 某文献中虽然设计了一种高效动态连续制备、分解固体天然气的工艺流程,但由于没有对流程中的主要设备进行工艺参数设计,故该流程离实际应用还有一定距离。
针对这种状况,进行了流程工艺参数的计算及主要设备的设计,为该技术的实验室及现场验证提供了理论数据。
反应釜是整个流程中最重要的设备,所以重点设计了反应釜及其组成部分,给出了反应釜的特点、结构及容积设计外,还对净化装置、换热器和分离器进行了设计。
关键词 天然气水合物 工艺参数设计 反应釜 净化装置 换热器 分离器引 言随着我国国民经济的高速发展,天然气的需求量日益增加,发大量的天然气气田来满足需求。
但由于天然气处于气态,存在运输与储存的难题。
天然气水合物技术是将天然气由气态转化成固态水合物的形式,使其便于运输以及重新转化为气态天然气。
而设计研究高效的水合物生产工艺是工业应用的基础。
然而目前的天然气水合物工艺流程都存在着投资大,生产效率低,经济性差的不足,未能引起工业界的重视。
为此,文献[1]探索设计了一种成本低廉,高效动态连续制备、分解固体天然气的工艺流程,为天然气水合物技术的工业化奠定了坚实的基础,但由于没有对流程中的主要设备进行工艺参数设计,所以该流程离实际应用还有一定的距离。
针对这种情况,笔者进行了流程工艺参数的计算及主要设备的设计,为该技术的实验室及现场验证提供了理论数据。
设备与工艺流程稳定的天然气水合物生成、分解工艺流程分别见图1和图2。
进入反应釜前,水和天然气各以1条支路流动。
水进入制冰装置生成冰水混合物,块状冰进入研磨机,研磨为细小晶粒,再将含有冰晶粒的水由水泵泵送至反应釜的上部。
从下支路进入的天然气与乙烷和丙烷混合后进入透平膨胀机降压至出口压力大于5MPa,达到压力的气体进入稳压缓冲罐内缓冲,然后进入换热器升温至20℃。
最后通过喷嘴从反应釜底部喷入反应釜。
图1 稳定的天然气水合物生成工艺流程图图2 稳定的天然气水合物分解工艺流程图生成水合物的标志是温度升高同时压力下降。
反应消耗的气体与降低的压力,通过调节阀门开度—43— 石 油 机 械CH I N A PETROLEUM MACH I N ERY2007年 第35卷 第12期从喷嘴补充高压气流加以补偿,这也使得反应能够连续进行。
反应釜内温度控制为10℃,压力控制为5MPa。
在1级反应釜内反应不可能彻底完成,因此设计了2级、3级反应釜。
由于经过1级反应釜已有水合物晶种存在,水合反应立即进入快速生长区,会有大量天然气水合物生成。
2级、3级反应釜的调压原理同1级反应釜,也是从底部喷入高压气流来补充,反应釜内同样设有搅拌器。
从3级反应釜出来的大量水合物和少量水溶液及剩余的气体进入大型三相分离器进行分离。
分离出的少量纯水由分离器下部引出,重新进入水泵,再循环进入反应釜;对分离出的气体予以回收,重新进入换热器,再循环进入反应釜;分离后得到的大量水合物进入冷冻罐。
冷冻罐的储存温度设定为-15℃。
冷冻罐中出来的天然气水合物为便于储存与运输,要通过透平膨胀机使其压力降低到常压。
然后进入储罐中,在常压、-15℃的条件下,将储罐保持完全绝热,水合物就可保持稳定。
将储罐用船或车运到目的地后,进行分解。
综合考虑了各种分解方法的优缺点,选用加注热水法作为水合物分解的激发方式。
液体的紊流扰动能增大液固接触面积,所以20℃的热水通过喷嘴进入混合器,促成液体的紊流扰动。
向混合器中注入抑制剂甲醇,加速了水合物分解。
最终,离气源较远的用户就能用到天然气。
主要设备的工艺参数设计笔者的设计以每天生产100m3水合物为基准进行计算。
天然气水合物中含气率一般为150～170m3[2],保守的估计工业上天然气水合物含气率为150m3,且天然气的平均转化率为30%,则参数设计的条件如下:天然气含气率150(标准m3),水合物转化率为30%,日生产能力100m3。
设气支路干天然气来气量为V,由于上、下支路将进料口气水质量比控制为1∶5,所以上支路的进水量V水=5ρ气V/ρ水,式中ρ气、ρ水分别为气、水密度,kg/m3。
11反应釜反应釜是整个流程中最重要的设备,天然气水合物将在其中生成。
其特点、结构及主要技术指标叙述如下。
(1)反应釜的特点 有2个主要特点:①整个釜全部采用耐腐蚀不锈钢0Cr18N i9Ti制造,具有较好的耐腐蚀性;②以静密封代替动密封,釜内介质和搅拌部件在绝对密封状态中工作,能彻底解决机械密封无法克服的泄漏问题。
(2)反应釜的结构 反应釜由釜体、搅拌系统、恒温系统、温度压力测量系统、数据自动采集系统以及防爆片装置等部分组成,如图3所示。
图3 反应釜的整体结构1—计算机;2—数据采集卡;3—压力变送显示仪;4—电动机; 5—温度变送器;6—热电偶;7—釜体;8—恒温水浴槽;9—搅拌器 ①因为反应釜内容积较小,将其设计成窄长形的柱体有利于水合物的生成[3]。
釜体与釜盖间借助于周向均匀分布的主螺栓装配拧紧达到密封。
反应釜外面设计了1层夹套,供载冷剂流通以冷却反应釜。
②釜内液体的搅拌由磁力搅拌器实现,搅拌动力由伺服电动机提供,通过内、外磁钢的磁力传递作用,控制伺服电动机的转速,从而达到调速的目的。
搅拌机上部装有感应测速磁钢,当搅拌机旋转时感应磁钢产生感应电动势,电势值与搅拌转速相对应。
感应电动势传至控制仪上的转速表即可显示搅拌机的工作情况。
③反应处于低温范围,且是放热反应,反应过程中反应釜内的温度要升高,这会阻碍反应的进一步进行,因此必须设置恒温系统。
因为温度波动是导致数据测量不准确的重要因素,所以选择控温精度高的恒温槽至关重要。
恒温槽应具有以下一些特点・采用数字控制技术,温度采用数字设定,数字显示,操作方便;・控温精度高,可达到±011℃,温度波动范围为-30～50℃;・温度采用自动控制,温度稳定速度快。
④温度的测量分为两部分:铂电阻温度计和数字温度显示仪。
铂电阻选用具有良好密封性能、能弯曲、耐压、抗震、反应时间快且坚固耐用的铠装热电阻。
⑤反应釜的压力属于中、低压范围,由量程为0～30MPa的P M10压力变送器测定,其精密等级—53—2007年 第35卷 第12期吴玉国等:天然气水合物生成及分解设备工艺参数设计 为0115级。
⑥数据自动采集系统是为了提高温度、压力测量精度,缩短数据响应时间并减轻实验的工作量而设计的。
数据的自动采集一般需要如下过程:首先把需要记录的信号转换为电信号(电流或电压),然后把这种电信号经过数据采集卡完成A/D(模拟信号/数字信号)转换,输入到计算机记录并保存结果。
故首先需要满足精度要求的压力变送器和温度变送器把压力和温度信号转换为电信号,然后把电信号送到数据采集卡,最后经计算机处理并记录采集卡的数字信号,完成压力和温度的数据采集。
⑦爆破片装置是由爆破片和夹持器等装置组成的压力泄放安全装置,当爆破片两侧压力差达到设定温度下的设定值时,爆破片破裂或脱落,泄放出釜内的压力。
(3)反应釜容积的设计 本设计以每天生产100m3水合物为基准进行反应釜容积的设计。
生产100m3水合物实际需要天然气的体积为V=100×150=15000(标准m3)(1) 设1级反应釜的转化率为25%,2级反应釜的转化率为30%,3级反应釜的转化率为35%,则3个反应釜的总转化率<为<=1-(1-25%)(1-30%)×(1-35%)=01659(2) 由于气井口出来的天然气压力很高,一般在20MPa左右(常温设为20℃),设天然气管道中气体体积为V′总,所需原料气在20MPa条件下可按理想状况估算其体积V′总V′总=V/200=75(m3)(3) 3个反应釜的生产能力为每天100m3水合物,设3个反应釜的生产能力和其中天然气的转化率成正比,分别以G1、G2、G3表示。
则G1=100(215/9)=27177(m3水合物)(4) G2=100(3/9)=33133(m3水合物)(5) G3=100(315/9)=38189(m3水合物)(6)天然气水合物的反应时间(包括进料和出料)比较长,通常为1～2h,所以应采取分批反应的方式进行反应,笔者假设反应时间为2h,则每天每个反应釜应处理物料12批,反应釜容积应根据各级处理物料量来确定,且设反应完成后水合物在反应釜中的容积占整个反应釜体积的70%,由此可以计算每个反应釜的实际容积:V釜1=G1/(017×12)=27177/814=3130m3(7)V釜2=G2/(017×12)=33133/814=3196m3(8)V釜3=G3/(017×12)=38189/814=4163m3(9) 经过计算可知3个反应釜的容积。
为方便起见,笔者把3个反应釜的容积设为相等,且取为整数得V=5m3。
21天然气净化装置每天生产100m3水合物,需要20MPa下的天然气原料气75m3,每批反应需要的天然气为6125 m3。
由于反应釜压力不太高,容积不大,因此可设计反应釜进料时间为30m in,则净化装置单位时间的天然气处理量在标准状况下约为42m3/m in,净化装置可按此要求来配备。
31换热器气体经过透平膨胀机后温度为-30℃,而进入喷嘴之前的气体温度达20℃,这就需要换热器将气体升温。
根据本设计的要求以及参考各种换热器的优缺点[4],U形管式换热器。
换热器的工艺计算主要为换热器热负荷的设计,所用的基本公式均为下列3式[5]:Q=kAΔt m(10)Q=m c c pc(t c2-t c1)(11)Q=m h c ph(t h1-t h2)(12)式中 Q———热平衡热量,W; k———整个换热器换热面积A的平均传热系数,W/(m2・℃); Δtm———2种流体通过换热器时它们之间的对数平均温差,℃; m———流体的质量流率,kg/s; cp———流体的质量定压比热容,kJ/ (kg・℃); t———流体的温度,℃;下标h、c分别表示热流体、冷流体;下标1、2分别表示进口、出口。
对于本设计,热流体为水,冷流体为干天然气。
假设已知整个换热器换热面积A的平均传热系数k,就可以算出换热器的面积A。
41分离器从3级反应釜出来的物质包括生成的天然气水合物、少量液体和未反应完的气体,从反应釜出来的气体由于激烈扰动的结果而夹带有少量的液体微粒。
流程中设置分离器的目的就在于将未反应完的气体脱出水分加以回收,将生成的天然气水合物晶—63— 石 油 机 械2007年 第35卷 第12期粒隔离出来送至冷冻罐储存并进一步冷却稳定。
