Установка для получения газа из гидрата газа

Изобретение относится к устройствам для получения газообразного и сжиженного топлив из залежей гидратов. Технический результат заключается в получении свободного сжатого газа высокого давления и сжиженного газа, обеспечении работы установки за счет собственных энергетических ресурсов, обеспечении постоянства режима получения газа по давлению и расходу. Установка для получения газа из гидрата газа включает устройство для получения газа и узел загрузки гидрата газа. Устройство содержит реактор, емкость с водой, нагреватель и сепаратор. Реактор снабжен в верхней части трубопроводом отвода сжатого газа потребителям через сепаратор. Емкость соединена с реактором трубопроводом подвода воды с насосом и трубопроводом отвода воды из реактора в его нижней части. Сепаратор снабжен трубопроводом отвода воды и непрореагировавшего гидрата. Устройство дополнительно содержит систему охлаждения внутренних стенок реактора, вентилятор, ресивер, газовый фильтр, потребитель сжатого газа, теплообменник с каналами горячего и холодного теплоносителей, турбодетандер с электрогенератором, дроссель, жидкостный фильтр, потребитель сжиженного газа, кран суфлирования и предохранительный клапан полости реактора, запорно-регулирующие краны и систему охлаждения газа перед турбодетандером. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройствам для получения газообразного и сжиженного топлив из залежей газовых гидратов.

При непрерывном росте потребления традиционных энергоносителей - нефти, природного газа, каменного угля и неизбежном истощении их запасов, все острее встает задача о вовлечении в потребление альтернативных энергоносителей. Одним из таких энергоносителей является гидрат природного газа.

Запасы природного газа в наземных залежах Арктики и Антарктики, на дне океанов и морей в составе газовых гидратов на порядки превышают разведанные запасы свободного природного газа. Это делает весьма привлекательным рассмотрение возможности использования в перспективе газгидратов в качестве сырья для производства свободного природного газа. При этом предпочтительно, чтобы промышленная установка позволяла получать из гидрата природного газа сжатый газ высокого давления и/или сжиженный газ.

Газовые гидраты представляют собой кристаллические твердые вещества, состоящие из молекул газа, окруженные каркасом из молекул воды. Газовые гидраты образуют твердую фазу при давлениях выше и температурах ниже, чем те, которые необходимы при образовании льда.

Общепринятые способы извлечения природного газа из газовых гидратов включают воздействие нагревания и/или понижения давления на газовые гидраты с целью высвобождения свободного природного газа. Эти способы требуют подвода значительного количества энергии, что ведет к высоким затратам на извлечение газа.

Предпочтительно, чтобы установка для получении из гидрата природного газа сжатого газа высокого давления или сжиженного газа и работы своих систем использовала низкопотенциальное тепло.

В северных районах России, где имеются большие наземные залежи гидратов, природный газ основных месторождений содержит в своем составе 98-99% метана (Дубовкин Н.Ф. и др. Топлива для воздушно-реактивных двигателей. М., «МАТИ» - РГТУ, 2001). Поэтому в дальнейшем все расчеты приводятся для гидрата метана как гидрата природного газа.

Гидрат метана обладает следующими характеристиками:

- Формула - CH4-5,9H2O;

- Соотношение массы метана к воде - 1:6,64;

- Плотность гидрата - 0,90 г/см3;

- Удельная теплота сгорания - 57,7 кДж/моль;

- Количество тепла - 112,8 ккал/кг.

Давление насыщенных паров гидрата метана уже при температуре минус 29°C составляет 1 атм. Это значит, что для диссоциации гидрата метана может использоваться низкопотенциальное тепло окружающей среды (в том числе воды Северного Ледовитого океана или тепловые отходы различных производств).

При температуре плюс 20°C давление насыщенных паров гидрата метана составляет 300 атм, при 25° - 500 атм. Температура водяного пара в конденсаторе конденсационной электростанции (КЭС) составляет 32,5°C при давлении пара на уровне 0,95 атм. Таким образом, используя, например бросовое тепло от пара КЭС, можно получить в установке из гидрата метана высокоработоспособный газ метан. Если направить этот газ в турбодетандер, приводящий электрогенератор, то можно получить электроэнергию для привода всех систем установки и получить сжиженный газ метан.

Метан CH4 - бесцветный газ без запаха. Применяется как топливо.

Известен способ и устройство добычи свободного газа конверсией газового гидрата из скважины (патент РФ №2370642). Согласно данному изобретению газ удаляют из газового гидрата приведением в контакт гидрата с высвобождающим агентом. Когда высвобождающий агент контактирует с газовым гидратом, высвобождающий агент самопроизвольно замещает газ в гидратной структуре без плавления гидратной структуры. Наиболее предпочтительно, если газовый гидрат представляет собой гидрат метана. Высвобождающий агент, контактирующий с газовым гидратом, предпочтительно представляет собой диоксид углерода в виде жидкой фазы. Скважина обычно включает надземную часть и обсадную трубу. Отверстия в стенке обсадной трубы создают напротив гидратного пласта. Труба ниже гидратного пласта заглушена пробкой. Жидкий диоксид углерода вводят в обсадную трубу и далее через отверстия в стенке трубы в пласт гидрата метана, где молекулы диоксида углерода самопроизвольно замещают молекулы метана в гидратной структуре. Высвобожденный свободный газообразный метан течет в обратном направлении к обсадной трубе и через отверстия в стенке поступает в обсадную трубу и далее через нагнетатель в хранилище метана. Из хранилища газообразный метан можно транспортировать на переработку. Для извлечения метана из скважины нет необходимости подвергать данный пласт воздействию пониженного давления или нагреву. Однако такая добыча газообразного метана требует значительных затрат.

Известен способ и устройство для безопасного и удобного выделения свободного газа из гидрата газа (патент США №6028235). Устройство располагают в месте залежей гидратов для воздействия на них теплом пара, нагретой жидкости или нагретого газа.

Устройство содержит емкость, на днище которого внутри расположено основание с расположенным на нем змеевиком подвода тепла. В емкость загружен гидрат газа, непосредственно контактирующий со змеевиком. Из емкости имеются отводы свободного газа и воды. Тепло от нагретых компонентов (пара, жидкости или газа) через змеевик разлагает гидраты на свободный газ и воду. Затем свободный газ собирают для дальнейшего хранения, транспортировки или использования. Воду собирают для дальнейшей обработки или удаления. Данное техническое решение позволяет получить альтернативный источник топлива для энергетической промышленности, однако требует подвода значительного количества энергии, что ведет к высоким затратам на извлечение из гидратов свободного газа.

Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение, является установка для получения газа из гранул гидрата газа (патент США №8466331). Установка включает устройство для получения свободного газа из гидрата газа и узел загрузки гидрата. Устройство содержит реактор, емкость с водой, нагреватель в емкости и сепаратор. Реактор снабжен в верхней части трубопроводом отвода газа потребителям через сепаратор. Емкость соединена с реактором трубопроводом подвода воды с насосом и трубопроводом отвода воды из реактора в его нижней части. Сепаратор снабжен трубопроводом отвода воды и непрореагировавшего гидрата. Реактор вверху содержит заправочное отверстие с крышкой. Работа установки заключается в загрузке гранул гидрата газа в реактор, подаче теплоносителя (воды) в реактор и его завихрении для равномерного разложения гранул гидрата газа и выделения свободного газа. Температура воды в реакторе поддерживается от +1 до +5°C. Гранулы при загрузке в реактор имеют температуру от -25 до -5°C. Уровень воды в реакторе поддерживается через трубку отвода воды в емкость. Установка позволяет вырабатывать свободный газ из гидрата газа, например газ метан, который рассматривается как перспективное топливо. Однако обычное высвобождение этого топлива является очень затратным.

В основу изобретения установки положено решение следующих задач:

- получение из наземных залежей гидрата газа свободного сжатого газа высокого давления;

- снижение стоимости извлечения свободного газа из гидрата газа;

- обеспечение работы потребителей установки на установившемся режиме за счет ее собственных энергетических ресурсов;

- получение из сжатого газа высокого давления сжиженного газа;

- обеспечение постоянства режима получения газа по расходу и давлению.

Поставленные задачи решаются тем, что установка для получения газа из гидрата газа включает устройство для получения газа из гидрата газа и узел загрузки гидрата. Устройство содержит реактор, емкость с водой, нагреватель и сепаратор. Причем реактор снабжен в верхней части трубопроводом отвода свободного сжатого газа в хранилища через сепаратор. Емкость соединена с реактором трубопроводом подвода воды с насосом и трубопроводом отвода воды из реактора в его нижней части. Кроме того, сепаратор снабжен трубопроводом отвода воды и непрореагировавшего гидрата.

Новым в установке является то, что устройство для получения газа из гидрата газа дополнительно содержит систему охлаждения внутренних стенок реактора, вентилятор, ресивер, газовый фильтр, хранилище сжатого газа, турбодетандер с электрогенератором, дроссель, жидкостный фильтр, хранилище сжиженного газа, кран суфлирования и предохранительный клапан полости реактора, запорно-регулирующие краны и систему охлаждения газа перед турбодетандером, включающую теплообменник с каналами горячего и холодного теплоносителей. Система охлаждения внутренних стенок реактора на входе в реактор выполнена в виде трубопровода подачи холодного воздуха с краном, а на выходе - трубопровода отвода холодного воздуха с краном из реактора через вентилятор в атмосферу. Нагреватель расположен в полости реактора. Трубопровод отвода воды и непрореагировавшего гидрата из сепаратора снабжен насосом с краном и подключен на выходе к реактору. Трубопровод отвода сжатого газа из сепаратора подключен к хранилищам через ресивер с кранами на входе и выходе и газовый фильтр. На выходе из газового фильтра трубопровод разделен на линию сжатого газа и линию сжиженного газа. Хранилище сжатого газа подключено к газовому фильтру через отводной трубопровод с краном, а хранилище сжиженного газа - через отводной трубопровод с краном, жидкостный фильтр, дроссель, турбодетандер и канал горячего теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа перед турбодетандером. Канал холодного теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа на входе соединен с атмосферой, а на выходе - с вентилятором через кран.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленных задач, так как:

- охлаждение внутренних стенок реактора холодным воздухом позволяет заполнить реактор гранулами гидрата газа, сохраняя их цельность;

- наличие в системе охлаждения внутренних стенок реактора на выходе из реактора отвода холодного воздуха через кран и вентилятор обеспечивает проток наружного холодного воздуха для охлаждения реактора перед загрузкой гранулами гидрата газа;

- наличие в трубопроводе отвода воды и непрореагировавшего гидрата из сепаратора насоса с краном и подключение его к реактору позволяет исключить попадание непрореагировавшего гидрата газа в газовый тракт и полностью разложить поступивший в реактор гидрат газа;

- наличие в системе охлаждения газа перед турбодетандером на выходе воздуха в атмосферу крана и вентилятора обеспечивает более глубокое охлаждение сжатого газа на линии сжижения газа;

- наличие охлаждения газа после газового фильтра в теплообменнике и охлаждение путем расширения с понижением давления в турбодетандере и дросселе обеспечивает его сжижение перед хранением;

- расположение нагревателя в полости реактора позволяет подвести тепло для разложения гидрата газа;

- подключение трубопровода отвода свободного сжатого газа от сепаратора к хранилищам через ресивер с кранами на входе и выходе позволяет получать газ, готовый к использованию;

- разделение на выходе из газового фильтра трубопровода сжатого газа на линию сжатого газа и линию сжиженного газа расширяет ассортимент продукции выпускаемой установкой;

- подключение хранилища сжатого газа к газовому фильтру через трубопровод с краном позволяет получать очищенный газ, готовый к использованию;

- подключение хранилища сжиженного газа к газовому фильтру через отводной трубопровод с краном, жидкостный фильтр, дроссель, турбодетандер и канал горячего теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа перед турбодетандером позволяет получать сжиженный газ, готовый к использованию;

- соединение канала холодного теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа на входе с атмосферой, а на выходе - с вентилятором через кран позволяет понизить температуру газа на входе в турбодетандер, используя хладоресурс атмосферного воздуха;

- наличие насоса подачи воды в реактор для выдавливания с заданным давлением и расходом газа из газовой подушки, образуемой после полного разложения порции газового гидрата, позволяет обеспечить постоянство режима получения газа по давлению и расходу.

Существенные признаки изобретения могут иметь развитие и продолжение.

Узел загрузки гидрата в реактор установки может содержать теплоизолированный резервуар с гидратом и винтовой насос с приводом, установленный в нижней части резервуара в горизонтальном цилиндрическом корпусе с вертикальным отводом вниз, где отвод снабжен задвижкой и соединен с реактором в его верхней части. Это обеспечивает свободное поступление гидрата газа к насосу и дальнейшее поступление гидрата газа в реактор.

В емкости с водой может быть установлен дополнительный нагреватель. Это позволяет ускорить разложение гидрата газа.

Трубопровод подвода воды из емкости в реактор снабжен краном. Это обеспечивает своевременное поступление воды в реактор для вытеснения из реактора газовой подушки, образовавшейся после полного разложения гидрата газа.

Трубопровод отвода воды из реактора в емкость снабжен краном и насосом. Это обеспечивает своевременный слив воды из реактора для последующего заполнения реактора новой порцией гидрата газа.

Подвод воды из емкости в полость реактора может быть выполнен тангенциальным. Это обеспечивает более широкий охват теплой водой гранул гидрата газа в случае включения подачи теплой воды до полного разложения гидрата газа.

Гидрат газа может быть сформирован в виде гранул. Это обеспечивает более эффективную транспортировку гидрата газа при режимах заполнения реактора и упрощает подвод к нему тепла.

Стенки реактора снаружи должны быть снабжены теплоизоляцией. Это обеспечивает постоянство положительной температуры стенок реактора для предотвращения замерзания воды на режиме разложения гидрата газа и поддержания отрицательной температуры стенок на режиме заполнения реактора гидратом газа.

Установка может содержать, по меньшей мере, еще одно устройство для получения свободного газа из гидрата газа, реактор которого соединен с дополнительным вертикальным отводом вниз винтового насоса узла загрузки гидрата. Это обеспечивает непрерывную работу установки.

Таким образом, решены поставленные в изобретении задачи. Предложенная установка позволяет:

- получать свободный сжатый газ высокого давления из залежей гидрата газа;

- снизить стоимость извлечения газа высокого давления из гидрата газа;

- обеспечить работу потребителей установки на установившемся режиме за счет за счет ее собственных энергетических ресурсов;

- получать из сжатого газа высокого давления сжиженный газ.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием установки и ее работы со ссылкой на иллюстрации, на фиг.1 и 2, где:

на фиг.1 представлена схема установки для периодического получения, из гидрата метана сжатого метана высокого давления и/или сжиженного метана;

на фиг.2 - схема установки для непрерывного получения из гидрата метана сжатого метана и/или сжиженного метана.

Установка (см. фиг.1) для получения метана СН4 из гидрата метана включает устройство для получения метана и узел загрузки гидрата метана. Устройство содержит реактор 1, емкость 2 с водой, нагреватель 3 и сепаратор 4. Причем реактор 1 снабжен в верхней части трубопроводом 5 отвода сжатого метана в хранилища через сепаратор 4. Емкость 2 соединена с реактором 1 трубопроводом 6 подвода воды с насосом 7 и трубопроводом 8 отвода воды из реактора 1 в его нижней части. Кроме того, сепаратор 4 снабжен трубопроводом 9 отвода воды и непрореагировавшего гидрата.

Устройство для получения метана из гидрата метана дополнительно содержит систему охлаждения внутренних стенок реактора, вентилятор 10, ресивер 11, газовый фильтр 12, хранилище 13 сжатого метана, турбодетандер 14 с электрогенератором 15, дроссель 16, жидкостный фильтр 17, хранилище 18 сжиженного метана, кран 19 суфлирования и предохранительный клапан 20 полости реактора 1, запорно-регулирующие краны и систему охлаждения сжатого метана перед турбодетандером 14, включающую теплообменник 21 с каналами 22, 23 соответственно горячего и холодного теплоносителей. Кроме того, полость реактора 1 снабжена датчиками давления и температуры (не показано).

Система охлаждения внутренних стенок реактора 1 на входе в реактор выполнена в виде трубопровода 24 подачи холодного воздуха с краном 25, а на выходе - трубопровода 26 отвода воздуха с краном 27 из реактора через вентилятор 10 в атмосферу. Нагреватель 3 расположен в полости реактора 1. Трубопровод 9 отвода воды и непрореагировавшего гидрата метана из сепаратора 4 снабжен насосом 28 с краном 29 и подключен на выходе к реактору 1. Трубопровод 30 отвода сжатого метана из сепаратора 4 подключен к хранилищам 13, 18 через ресивер 11 с кранами 31, 32 соответственно на входе и выходе и газовый фильтр 12. Причем на выходе из газового фильтра 12 трубопровод разделен на линию сжатого метана и линию сжиженного метана. Хранилище 13 сжатого метана подключено к газовому фильтру 12 через отводной трубопровод 33 с краном 34. Хранилище 18 сжиженного метана подключено к фильтру 12 через отводной трубопровод 35 с краном 36, жидкостный фильтр 17, дроссель 16, турбодетандер 14 и канал 22 горячего теплоносителя теплообменника 21 системы охлаждения газа перед турбодетандером 14. При этом канал 23 холодного теплоносителя теплообменника 21 системы охлаждения газа на входе соединен с атмосферой, а на выходе - через кран 37 с вентилятором 10.

При работе турбодетандера 14 электрогенератор 15 вырабатывает энергию для питания потребителей установки.

Узел загрузки гидрата метана в реактор 1 содержит теплоизолированный резервуар 38 с гидратом и винтовой насос 39 с приводом 40, установленный в нижней части резервуара 38 в горизонтальном цилиндрическом корпусе 41 с вертикальным отводом 42 вниз. Отвод 42 снабжен задвижкой 43 и соединен с реактором 1 в его верхней части.

В емкости 2 с водой установлен дополнительный нагреватель 44. Трубопровод 6 подвода воды из емкости 2 в реактор 1 снабжен краном 45. Трубопровод 8 отвода воды из реактора 1 в емкость 2 снабжен соответственно краном 46 и насосом 47. Подвод воды из емкости 2 в полость реактора 1 выполнен тангенциальным (не показано). Гидрат метана сформирован в виде гранул 48. Стенки реактора 1 снаружи снабжены теплоизоляцией 49.

Для обеспечения непрерывной работы установка (см. фиг.2) содержит, по меньшей мере, еще одно аналогичное устройство для получения свободного газа метана из гидрата метана, реактор 50 которого соединен с дополнительным вертикальным отводом 51 вниз с задвижкой 52 корпуса 41 винтового насоса 39 узла загрузки гидрата.

Установка располагается так, чтобы устройство для получения газообразного метана из гидрата метана находилось в отапливаемом помещении с плюсовой температурой воздуха для исключения замерзания воды в его узлах и трубопроводах.

При периодической работе установка (см. фиг.1) работает следующим образом. Перед загрузкой в реактор 1 гидрата метана в виде гранул 48 закрывают краны 19, 20, 29, 31, 37, 45, 46 и задвижку 43, выполняют продувку реактора 1 холодным воздухом температурой ниже минус 30°C через трубопровод 24 с краном 25 на входе в реактор, а на выходе из реактора - через трубопровод 26 отвода воздуха с краном 27 и вентилятор 10 в атмосферу. При достижении температуры внутренних стенок реактора 1 ниже минус 30°C перекрывают краны 25, 27 соответственно трубопроводов 24, 26 и отключают вентилятор 10. Открывают кран 19 суфлирования полости реактора 1 с атмосферой и задвижку 43 отвода 42. Включают привод 40 винтового насоса 39 узла загрузки гранул 48 гидрата метана из резервуара 38 в реактор 1 через вертикальный отвод 42 с задвижкой 43. После загрузки реактора 1 гидратом до заданного уровня винтовой насос 39 отключают, закрывают задвижку 43 отвода 42 и кран 19. Включают подогрев реактора 1 с гранулами 48 гидрата метана нагревателем 3 до заданной температуры, при которой в реакторе 1 устанавливается заданное постоянное давление метана (например, 150-200 кгс/см2). С повышением давления свыше допустимого срабатывает предохранительный клапан 20 и снижается давление в реакторе 1. При нагреве гидрат метана разлагается на газ и воду. Плотность гидрата метана меньше плотности воды, и гидрат метана располагается в реакторе 1 на поверхности воды. На трубопроводе 30 (при закрытом кране 32) открывают кран 31 перед ресивером 11. Смесь газообразного метана, гидрата метана и воды из ресивера 1 по трубопроводу 5 направляют при постоянных давлении и расходе через сепаратор 4 в ресивер 11. В сепараторе 4 осуществляют отделение от газообразного метана воды и непрореагировавшего гидрата метана. Через трубопровод 9 непрореагировавший гидрат и воду насосом 28 через кран 29 направляют обратно в реактор 1. После достижения в ресивере 11 заданного давления открывают кран 32 подачи сжатого метана в хранилища 13 и 18 через фильтр 12.

К хранилищу 13 сжатый метан направляют через отводной трубопровод 33 с краном 34.

К хранилищу 18 сжатый метан направляют через канал 22 горячего теплоносителя теплообменника 21 системы охлаждения газообразного метана, турбодетандер 14, дроссель 16, жидкостный фильтр 17 и отводной трубопровод 35 с краном 36. При работе турбодетандера 14 электрогенератор 15 вырабатывает энергию для питания потребителей установки.

В теплообменнике 21 сжатый газообразный метан охлаждается воздухом, отсасываемым из атмосферы через канал 23 и кран 37 вентилятором 10 (при закрытом кране 27). Дальнейшее охлаждение сжатого метана осуществляется за счет его расширения в турбодетандере 14. После турбодетандера 14 сжатый газообразный метан охлаждается до температуры кипения дросселированием при прохождении через дроссель 16 и содержит после дросселя жидкую фазу. На выходе из дросселя 16 метан в жидкой фазе очищается от примесей в фильтре 17 и по трубопроводу 35 с краном 36 направляется в хранилище 18 сжиженного метана. Для увеличения содержания в метане жидкой фазы необходимо поднимать давление разложения гидрата метана в реакторе 1 выше 200 атм. Это достигается включением нагревателя 3 в реакторе 1.

Так как в гидрате метана содержится 12,9% (масс) метана и 87,1% (масс) воды, т.е. на 1 кг метана приходится 6,75 кг воды, то при плотности гидрата метана при атмосферном давлении порядка 900 кг/м3, после полного разложения гидрата метана вода займет ~80% объема реактора 1.

Когда весь гидрат метана разложится, давление в реакторе 1 начнет падать. Это является сигналом для включения водяного насоса 7 и выдавливания из реактора 1 водой свободного газообразного метана с заданными постоянными исходными давлением и расходом. Насос 7 можно включать и сразу с началом расходования смеси газообразного метана, гидрата метана и воды и регулировать расход насоса в зависимости от расхода смеси.

Потребляемая насосом 7 электроэнергия при давлениях подачи воды 150-200 атм будет составлять 30-40 кВт на 1 кг/с выделившегося при разложении гидрата метана газообразного метана при условии, что насос 7 будет включаться в работу с момента начала расходования метана. Если насос 7 будет включаться после завершения разложения гидрата метана, то его мощность должна быть порядка 135-180 кВт на 1 кг/с. В обоих случаях расход электроэнергии будет одинаковым.

Потребляемая мощность электрического тока на расход метана 1 м3/c возрастает прямо пропорционально давлению смеси в реакторе 1. Мощность на валу турбодетандера 14, отнесенная к 1 м3/с газообразного метана, возрастает более интенсивно, так как с ростом давления газообразного метана будет увеличиваться пропорционально давлению расход метана через турбодетандер и перепад давления метана на последнем.

Если отбирать сжатый газообразный метан из трубопровода 33, то хранилище 13 может получить метан с давлением 150-200 атм для заправки резервуаров высокого давления. Но в этом случае установка не будет вырабатывать электроэнергию и для привода ее агрегатов необходим дополнительный источник электроэнергии.

Во время работы реактора к нему должно постоянно подводиться тепло нагревателем 3 для поддержания в реакторе 1 заданного давления смеси (заданной температуры разложения гидрата метана).

Расчеты показывают, что удельная адиабатическая работа расширения газообразного метана от давления 150-200 атм до 1 атм, образовавшегося при разложении гидрата метана при температуре 290-292 К, составляет порядка 450-470 кВт на 1 кг/с.

Если из схемы установки на фиг.1 исключить теплообменник 21 и дроссель 16, а всю располагаемую работу расширения сжатого газообразного метана использовать в турбодетандере 14, то мощность вырабатываемого турбодетандером электрического тока составит порядка 380-400 кВт на 1 кг/с метана.

Вырабатываемой турбодетандером 14 электроэнергии будет достаточно для привода насосов, нагревателей, кранов, вентилятора, сепаратора и прочих потребителей электроэнергии установки для получения сжатого и сжиженного метана из гидрата метана.

После выдавливания из реактора 1 всей смеси сжатого метана, гидрата метана и воды закрываются краны выхода метана из реактора и все краны подачи метана в хранилища 13 и 18. Открывается кран 46 слива воды в емкость 2 из реактора 1 и кран 19 суфлирования полости реактора 1 с атмосферой. Цикл работы установки завершен. Работа установки во втором и последующих циклах аналогична работе первого цикла.

Температура смеси в реакторе 1 в процессе разложения гидрата должна поддерживаться с точностью до десятых долей градуса, так как при изменении температуры на 1°C давление метана в реакторе 1 изменяется примерно на 40 атм.

При непрерывной работе установки (см. фиг.2) используются два и более аналогичных устройства. Во время работы первого устройства ведется подготовка к работе следующего устройства. Осуществляют продувку реактора 50 холодным воздухом температурой ниже минус 30°C, открывают и закрывают необходимые краны, включают привод 40 винтового насоса 39 узла загрузки гидрата и из резервуара 38 через вертикальный дополнительный отвод 51 и открытую задвижку 52 корпуса 41 загружают в реактор гидрат метана. Последующие операции работы второго устройства аналогичны операциям работы первого устройства. Возможно перекрытие конца цикла работы первого устройства и начала цикла работы следующего устройства по изменению давления в первом реакторе.

Метан из хранилищ можно направлять на переработку, сжигать как топливо в энергоустановках или отпускать потребителям.

1. Установка для получения газа из гидрата газа, включающая устройство для получения газа и узел загрузки гидрата газа, где устройство содержит реактор, емкость с водой, нагреватель и сепаратор, причем реактор снабжен в верхней части трубопроводом отвода сжатого газа в хранилища через сепаратор, емкость соединена с реактором трубопроводом подвода воды с насосом и трубопроводом отвода воды из реактора в его нижней части, кроме того, сепаратор снабжен трубопроводом отвода воды и непрореагировавшего гидрата, отличающаяся тем, что устройство для получения газа из гидрата газа дополнительно содержит систему охлаждения внутренних стенок реактора, вентилятор, ресивер, газовый фильтр, хранилище сжатого газа, турбодетандер с электрогенератором, дроссель, жидкостный фильтр, хранилище сжиженного газа, кран суфлирования и предохранительный клапан полости реактора, запорно-регулирующие краны и систему охлаждения газа перед турбодетандером, включающую теплообменник с каналами горячего и холодного теплоносителей, где система охлаждения внутренних стенок реактора на входе в реактор выполнена в виде трубопровода подачи холодного воздуха с краном, а на выходе - трубопровода отвода холодного воздуха с краном из реактора через вентилятор в атмосферу, нагреватель расположен в полости реактора, трубопровод отвода воды и непрореагировавшего гидрата из сепаратора снабжен насосом с краном и подключен на выходе к реактору, трубопровод отвода сжатого газа из сепаратора подключен к хранилищам через ресивер с кранами на входе и выходе и газовый фильтр, причем на выходе из газового фильтра трубопровод разделен на линию сжатого газа и линию сжиженного газа, где хранилище сжатого газа подключено к газовому фильтру через отводной трубопровод с краном, а хранилище сжиженного газа - через отводной трубопровод с краном, жидкостный фильтр, дроссель, турбодетандер и канал горячего теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа перед турбодетандером, при этом канал холодного теплоносителя теплообменника системы охлаждения газа на входе соединен с атмосферой, а на выходе - через кран с вентилятором.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел загрузки гидрата газа в реактор содержит теплоизолированный резервуар с гидратом и винтовой насос с приводом, установленный в нижней части резервуара в горизонтальном цилиндрическом корпусе с вертикальным отводом вниз, где отвод снабжен задвижкой и соединен с реактором в его верхней части.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в емкости с водой установлен дополнительный нагреватель.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод подвода воды из емкости в реактор снабжен краном.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод отвода воды из реактора в емкость снабжен краном и насосом.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что подвод воды из емкости в полость реактора выполнен тангенциальным.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что гидрат газа сформирован в виде гранул.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стенки реактора снаружи снабжены теплоизоляцией.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, еще одно устройство для получения свободного газа из гидрата газа, реактор которого соединен с дополнительным вертикальным отводом вниз с задвижкой винтового насоса узла загрузки гидрата.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при обезвоживании и обессоливании нефти при подготовке нефти на нефтепромысле. Способ включает диспергирование промывочной воды в нефтяной эмульсии в нефтепроводе с ламинарным режимом течения нефтяной эмульсии в месте нефтепровода после точки подачи деэмульгатора.

Изобретение относится к горнодобывающей и перерабатывающим отраслям промышленности. Способ гидромеханического обогащения включает бурение добычных скважин, гидромониторное разрушение полезного ископаемого в выемочных камерах залежи с переводом его в подвижное состояние в составе гидросмеси, гидроподъем по скважине на дневную поверхность из выемочных камер гидросмеси в виде пульпы, гидротранспортирование пульпы к месту обогащения, гравитационное обогащение полезного ископаемого в водной среде.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для более полного использования попутного нефтяного газа на площадках сепарации нефти и погашения факелов на промыслах.

Изобретение относится к способам исследования газовых и газоконденсатных скважин, определению их оптимальных технологических режимов, а именно к определению режимов максимального извлечения жидких продуктов при минимальных энергетических затратах, то есть минимальных потерях давления при различных режимах течениях газожидкостного потока.

Изобретение относится к области газового машиностроения, в частности к устройствам исследования газовых и газоконденсатных месторождений на разных технологических режимах.

Изобретение относится к нефтяной промышленности. Изобретение касается способа выделения тяжелых углеводородов из попутного нефтяного газа и включает смешение попутного нефтяного газа и нефтяной эмульсии с дальнейшей сепарацией и направлением газа в газопровод, а нефтяной эмульсии на подготовку.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при подготовке нефти на нефтепромысле. Способ обработки нефтяной эмульсии промежуточных слоев емкостного оборудования подготовки нефти и воды включает помещение нефтяной эмульсии в подземную накопительную емкость, дозирование в подземную накопительную емкость растворителя нефти в соотношении от 1:100 до 1:1 к объему нефтяной эмульсии, перекачивание насосом через узел учета в наземную емкость, на участке от насоса до наземной емкости в поток перекачиваемой жидкости с помощью дозаторной установки подачу деэмульгатора в дозировке 50-5000 г/тонну, нагревание смеси нефтяной эмульсии, растворителя и деэмульгатора в теплообменнике, прохождение нагретой смеси осложненной нефтяной эмульсии, растворителя и деэмульгатора в наземной емкости через теплообменник в виде змеевика, отражатель потока жидкости с расслоением на нефть с растворителем и воду, отделение механических примесей, раздельный отбор нефти с растворителем, воды и механических примесей, подачу нефти с растворителем в зависимости от допустимого уровня содержания воды в поток сырой нефти для дальнейшей подготовки по традиционной схеме на установке подготовки нефти либо на повторную подготовку в подземную емкость.

Изобретение относится к технологии утилизации попутного нефтяного газа и может быть использовано на установках сепарации и подготовки нефти, на промысловых объектах подготовки и переработки нефтяного газа и на компрессорных станциях.

Группа изобретений относится к сепаратору, предназначенному для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость, и способу его сборки.

Изобретение относится к способу и устройству для сепарирования жидкости от газа в притоке скважины при сжатии притока скважины. Техническим результатом изобретения является предотвращение поступлений в компрессор жидкости в слишком больших концентрациях и имеющей слишком большой размер капель.

Изобретение относится к области химии. Заменитель природного газа получают из свежего сырьевого синтез-газа 11 в секции 10 метанирования, содержащей но меньшей мере первый адиабатический реактор 101 и по меньшей мере дополнительный адиабатический реактор 102-104, включенные последовательно.

Изобретение относится к процессу метанирования, в частности к рекуперации тепла в процессе, включающем реакцию метанирования и объединенном с процессом газификации угля.

Изобретение относится к системе, включающей: систему получения заменителя природного газа (ЗПГ), включающую: газификатор для производства синтез-газа, радиационный охладитель синтез-газа (РОС) для охлаждения синтез-газа посредством передачи тепла от синтез-газа текучей среде в пути потока, где РОС имеет длину от приблизительно 21,3 м (70 футов) до приблизительно 30,5 м (100 футов), и устройство метанирования для производства ЗПГ из синтез-газа. При этом путь потока текучей среды выходит из РОС и проходит через устройство метанирования, где создаваемое давление и температура текучей среды в пути потока текучей среды основаны на количестве тепла, подлежащего передаче от устройства метанирования текучей среде в пути потока текучей среды при прохождении текучей среды через устройство метанирования, причем текучая среда включает воду, поступающую из паровой турбины по второму пути потока среды между паровой турбиной и РОС, и устройство метанирования включает теплообменник, и устройство метанирования расположено во втором пути потока среды между паровой турбиной и РОС. Использование настоящего изобретения позволяет более эффективно производить энергию. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение предлагает систему и способ парогазовой конверсии. Способ парогазовой когенерации на основе газификации и метанирования биомассы включает: 1) газификацию биомассы путем смешивания кислорода и водяного пара, полученных из воздухоразделительной установки, с биомассой, транспортировку образующейся в результате смеси через сопло в газификатор, газификацию биомассы при температуре 1500-1800°С и давлении 1-3 МПа с получением неочищенного газифицированного газа и транспортировку перегретого пара, имеющего давление 5-6 МПа, полученного в результате целесообразной утилизации тепла, к паровой турбине; 2) конверсию и очистку: в соответствии с требованиями реакции метанирования корректировку отношения водород/углерод неочищенного газифицированного газа, образованного на стадии 1), до 3:1 с использованием реакции конверсии и извлечение при низкой температуре неочищенного газифицированного газа с использованием метанола для десульфуризации и декарбонизации, в результате чего получают очищенный сингаз; 3) проведение метанирования: введение очищенного сингаза стадии 2) в секцию метанирования, состоящую из секции первичного метанирования и секции вторичного метанирования, причем секция первичного метанирования содержит первый реактор первичного метанирования и второй реактор первичного метанирования, соединенные последовательно; предоставление возможности части технологического газа из второго реактора первичного метанирования вернуться к входу первого реактора первичного метанирования для смешивания со свежим подаваемым газом и далее возможности войти в первый реактор первичного метанирования, так что концентрация реагентов на входе первого реактора первичного метанирования уменьшается и температура слоя катализатора регулируется технологическим газом; введение сингаза после первичного метанирования в секцию вторичного метанирования, содержащую первый реактор вторичного метанирования и второй реактор вторичного метанирования, соединенные последовательно, где небольшое количество непрореагировавшего СО и большое количество CO2 превращается в CH4, и транспортировку перегретого пара промежуточного давления, образованного в секции метанирования, к паровой турбине; и 4) концентрирование метана: концентрирование метана синтетического природного газа, содержащего следовые количества азота и водяного пара, полученного на стадии 3), с помощью адсорбции при переменном давлении, так что молярная концентрация метана достигает 96% и теплотворная способность синтетического природного газа достигает 8256 ккал/Nм3. Технический результат - энергия биомассы превращается в чистый и удобный для использования природный газ с высокой теплотворной способностью, большое количество тепла, высвободившееся в результате реакций газификации и метанирования биомассы, эффективно утилизируется для образования высококачественного перегретого пара. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил., 2 пр.

Изобретение относится к способу преобразования диоксида углерода в отходящем газе в природный газ с использованием избыточной энергии. Причем способ включает стадии, в которых: 1) выполняют трансформацию напряжения и выпрямление избыточной энергии, которая выработана из возобновляемого источника энергии, и которую затруднительно хранить или подключить к энергетическим сетям, направляют избыточную энергию в раствор электролита для электролиза воды в нем на Н2 и O2, и удаляют воду из Н2; 2) проводят очистку промышленного отходящего газа для отделения из него CO2, и очищают выделенный из него CO2; 3) подают Н2, генерированный на стадии 1), и CO2, отделенный на стадии 2), в оборудование для синтеза, включающее по меньшей мере два реактора со стационарным слоем, чтобы высокотемпературную газовую смесь с основными компонентами СН4 и водяным паром получить в результате высокоэкзотермической реакции метанирования между Н2 и CO2, причем первичный реактор со стационарным слоем сохраняют при температуре на входе 250-300°С, давлении реакции 3-4 МПа, и температуре на выходе 600-700°С; вторичный реактор со стационарным слоем сохраняют при температуре на входе 250-300°С, давлении реакции 3-4 МПа, и температуре на выходе 350-500°С; причем часть высокотемпературной газовой смеси из первичного реактора со стационарным слоем перепускают для охлаждения, удаления воды, сжатия и нагревания, и затем смешивают со свежими Н2 и CO2, чтобы транспортировать газовую смесь обратно в первичный реактор со стационарным слоем после того, как объемное содержания CO2 в ней составляет 6-8%; 4) используют высокотемпературную газовую смесь, генерированную на стадии 3), для проведения косвенного теплообмена с технологической водой для получения перегретого водяного пара; 5) подают перегретый водяной пар, полученный на стадии 4), в турбину для выработки электрической энергии, и возвращают электрическую энергию на стадию 1) для трансформации напряжения и выпрямления тока, и для электролиза воды; и 6) конденсируют и высушивают газовую смесь на стадии 4), охлажденную в результате теплообмена, до тех пор пока не будет получен природный газ с содержанием СН4 вплоть до стандартного. Также изобретение относится к устройству. Использование настоящего изобретения позволяет увеличить выход метанового газа. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 ил.

Изобретение относится к предварительной подготовке нефти и может найти применение на нефтепромысле для первичного разделения углеводородов, воды и газа. Обеспечивает повышение эффективности процесса разделения газоводонефтяной эмульсии и ликвидацию потерь легких углеводородов. Сепаратор для внутрипромысловой подготовки нефти включает горизонтальный корпус, нагреватель, поперечную перегородку, патрубки ввода газоводонефтяной эмульсии, вывода газа, воды и нефти. Горизонтальный цилиндрический корпус снабжен отстойником в нижней части корпуса с наружным подогревателем. Штуцер входа углеводородного конденсата выполнен перфорированным и размещен выше минимального и ниже среднего уровня жидкости в сепараторе, за штуцером входа размещен сетчатый отбойник с размером ячеек сетки, за отбойником помещена разделительная зигзагообразная перегородка с горизонтальным участком, не доходящая сверху до корпуса. Штуцер выхода углеводородного конденсата выполнен с перфорированной частью на минимальном уровне жидкости в сепараторе и выходной частью выше среднего уровня жидкости в сепараторе. На корпусе дополнительно размещены штуцер выхода газа и штуцер выхода газа на факел, штуцеры дренажа воды из корпуса и отстойника, штуцер для предохранительного клапана, штуцеры уровнемеров в корпусе и отстойнике, штуцеры указателей уровня жидкости в корпусе и отстойнике, штуцер для термометра, штуцер для манометра, штуцер для пропарки, люк, две седловые опоры с опорными листами, одна из которых подвижная. 3 ил.

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована, преимущественно, при отработке удаленных нефтяных месторождений в экстремальных климатических условиях. Технический результат - повышение эффективности эксплуатации месторождений за счет максимально полной утилизации и использования попутного нефтяного газа. Способ включает утилизацию попутного нефтяного газа - ПНГ в местах сепарации нефти путем многоступенчатой низкотемпературной сепарации с разделением ПНГ на сухой отбензиненный газ - СОГ и сухой газовый конденсат ПНГ. Способ предусматривает раздельную доставку СОГ и газового конденсата ПНГ трубопроводным транспортом к пунктам их аккумулирования, переработки и использования. При этом доставку СОГ и газового конденсата ПНГ трубопроводным транспортом осуществляют к промежуточным пунктам их аккумулирования, переработки и частичного использования. Эти пункты размещают на расстояниях, не превышающих нескольких десятков километров от нефтепромыслов. В промежуточных пунктах производят ожижение СОГ и выработку из него сжиженного природного газа - СПГ для поставки местным потребителям. Газовый конденсат ПНГ подвергают более глубокой осушке и очистке от серы и других вредных примесей. Получаемые на промежуточных пунктах СПГ и сухой газовый конденсат ПНГ аккумулируют в раздельных резервуарных парках-хранилищах. Из этих хранилищ автономными средствами транспорта, преимущественно воздушными судами региональной авиации, с помощью контейнеров-цистерн или самолетов-танкеров доставляют на региональный газоперерабатывающий завод-комплекс. На этом заводе из газового конденсата ПНГ вырабатывают автомобильное пропанобутановое топливо и авиационное сконденсированное топливо - АСКТ для потребителей регионального уровня, а также сырье для потребителей нефтехимии других регионов в виде широкой фракции легких углеводородов - ШФЛУ, которую доставляют в другие регионы средствами межрегионального транспорта, например, в виде среднемагистральных самолетов-контейнеровозов и самолетов-танкеров. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при подготовке нефти на нефтепромысле с выделением широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ). Технический результат заключается в повышении выхода ШФЛУ за счет уменьшения потерь при подготовке. Способ подготовки нефти включает разделение нефти на фракции в ректификационной колонне, выделение ШФЛУ, охлаждение ШФЛУ до температуры, достаточной для конденсации, направление сконденсировавшейся ШФЛУ в буферно-сепарационную емкость, откачку части ШФЛУ в верхнюю часть ректификационной колонны и избыточной части на склад. Пары ШФЛУ отбирают с верха ректификационной колонны, охлаждают пары ШФЛУ в теплообменнике до образования газожидкостной смеси, затем охлаждают в другом теплообменнике газожидкостную смесь, потом газожидкостную смесь охлаждают в аппарате воздушного охлаждения до перехода ШФЛУ в жидкое состояние, после чего ШФЛУ подвергают сепарации в рефлюксной емкости и в центробежном вертикальном газоотделителе, где от ШФЛУ отделяют воду и легкие углеводородные газы. 1 ил.

Группа изобретений относится к подводным установкам и способам для разделения полученной из подводной скважины смеси. Технический результат заключается в улучшении работ по добыче нефти в подводных условиях. Подводная установка содержит камеру, выполненную с возможностью приема полученной из подводной скважины смеси и ее разделения под действием силы тяжести и содержащую корпус, выполненный с возможностью хранения полученной из подводной скважины смеси во время разделения, и поршень, расположенный в указанном корпусе и разделяющий его на верхнюю секцию и нижнюю секцию, причем указанный поршень выполнен с возможностью перемещения в первом направлении вдоль оси с обеспечением создания большего пространства в верхней секции для приема смеси из подводной скважины и перемещения во втором, противоположном направлении вдоль оси для удаления смеси из верхней секции после выполнения разделения. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области оборудования для нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам для разделения продукции нефтяных скважин на нефть и воду. Сепарационная установка содержит колонну с трубопроводами подвода газожидкостной смеси и отвода нефти, воды и газа, при этом колонна выполнена составной из соединенных между собой двух и более секций, каждая из которых содержит прямолинейный участок трубы, трубопроводы подвода газожидкостной смеси и отвода нефти и воды соединены с секциями патрубками подвода газожидкостной смеси и отвода нефти и воды, а выводы патрубков отвода нефти и воды соединены, соответственно, с нефтеотстойными и водоотстойными участками секций. Нижний конец каждой секции заглушен. При этом диаметры секций выполнены равными или неравными, углы наклона секций выполнены равными или неравными. Секции выполнены в виде шурфов. Оси секций расположены перпендикулярно или наклонно к горизонтальной поверхности, длины секций равные или неравные, гидравлические сопротивления патрубков подвода газожидкостной смеси равные или неравные. Патрубки отвода воды расположены внутри секций. Патрубки отвода нефти подсоединены к боковым стенкам секций. Патрубки отвода воды выполнены с возможностью изменения длины. Расстояние между осями секций равное или неравное, оси секций расположены в одной или разных вертикальных плоскостях. Стенки секций контактируют или не контактируют между собой, верхний конец каждой секции заглушен. Техническим результатом является повышение интенсивности процесса сепарации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли промышленности, а именно к области технического обустройства нефтедобычи, и может быть использовано для обеспечения необходимых условий оперативного определения содержания основных фаз и компонентов в нефтегазовом флюиде, поступающем из скважины, при поточных измерениях количества и показателей качества. Технический результат заключается в обеспечении эффективного поддержания уровня раздела сред в емкости сепаратора при одновременном поддержании в заданных пределах превышения давления в емкости сепаратора над давлением в камере смешивания жидкости и газа. Согласно способу регулируют отвод жидкой и газообразной фаз из емкости сепаратора скважинного флюида по двум отдельным измерительным каналам, с обеспечением поточных измерений количественных показателей по жидкости и газу, с последующим объединением этих потоков в один для дальнейшего транспортирования. Регулятором расхода, установленным в газовой линии, поддерживают в заданных пределах превышение давления в емкости сепаратора над давлением в камере смешивания фаз, исходя из данных об изменении разности давлений сред, содержащихся в емкости сепаратора и в камере смешивания фаз, в то время как уровень жидкости в емкости сепаратора поддерживают регулятором расхода в жидкостной линии, исходя из данных об изменениях уровня жидкости в емкости сепаратора. 1 ил.
Наверх