[发明专利]水合物的形成、处理、运输和储存

说明书

本发明涉及形成、处理、运输和储存流体的经济上有利的方法，特别涉及固体结晶气体水合物形式的天然气。

申请包括将气体从没有当地市场或气体传输基础设施的气田输出，以及将伴生的气体从没有输出或处理设施的近海油田输出。该技术消除了环境上不希望的在油井试运行期间将伴生的气体和释放的气体燃烧的常规做法。

气体水合物是一种冰状的主要含有水分子的结晶结构，在其形成期间气体分子被结合在晶体结构内分子规模的空穴中。水合物单位体积可含有的气体当其处于20℃和大气压时超过150体积。

仅能够由有限范围的化合物形成水合物，这些化合物包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、二氧化碳、硫化氢、四氢呋喃和含氯氟烃。所述的前六种化合物构成了几乎全部天然气气田的大部分。

水合物的形成受到温度和压力的很大影响。如附图1所示，对于天然烃气体，水合物通常在高于0℃(冰形成的温度)并仅在约1 5巴以上的压力下形成。因此，在近海油气田中水合物在管道和设备中形成是常见的麻烦，为了防止其发生使用了昂贵的抑制措施。已经很好地了解并公开了基础水合物形成热力学和性质，参见例如Sloan E.D.“Clathrate Hydrates ofNatural Gases”Marcel Dekker出版，New York 1990。

将气体转化成固体水合物形式的能力可能用于许多目的，包括储存或长途运输，因为在单位体积中水合物可含有大量气体。经过许多年，为了这些目的已经提出了一些方法并被授予了专利，其上溯到至少1942年，参见例如US5536893。

形成水合物的详细机理取决于在接触条件下气体、与水不混溶的液体、或混溶的液体是否是形成水合物的物质。大多数现有专利技术致力于由气体生产水合物；其中，水合物的生成在气体和水的界面表面发生，建议的生产反应器是接触装置，其提供大的界面表面积以促进快速形成。一些适用的接触器类型的工程原理是已知的；大多数现有专利采用单级喷雾(参见例如US2399723和GB568290)或鼓泡池(“鼓泡塔”，“喷雾塔”)反应器(参见例如US3975167和US3514274)。后一种类型经常通过使用机械搅拌器而改进。

最新的现有技术(诸如WO97/26494)已经着眼于生产气体水合物的工艺设备的最佳排列。

在大多数现有技术建议的工艺条件下，来自反应器器的流出物含有以混合淤浆形式的生成的水合物与相当量未反应水的混合物。这是一种方便的形式，其连续地将水合物产物从生产反应器中排出。但是，含有相当量未反应水的混合淤浆体积和质量庞大，从而处理、传输和储存设备必须相应很大以容纳该淤浆。所有的现有技术，尽管经过50年的研究和设计，也没有能提出一个经济上有利的体系用于任何预期的申请。据我们所知，尚没有实现商业应用。

本申请人进行了一个试验计划，对一定范围气体水合物的形成及其处理进行了研究，并随后研究了这些水合物的储存性质。从该项工作设计出了一种创新的技术组合，同时包括一种经济的用于生产、处理、传输和储存上述许多申请中描述的气体水合物的方法。

根据本发明的第一个方面，提供了一种设备，用于从升高压力下的水合物和液体的两相混合物或从升高压力下的水合物、液体和气体三相混合物中除去流体，该设备包括：

第一流体除去效率的第一分离器，用于接收升高压力下的水合物和液体或水合物、液体和气体的输入混合物，并生成其中水合物浓度大于输入混合物的中间混合物，和

比第一分离器流体除去效率更高的第二分离器，第二分离器包括设置在一个密封压力容器中的离心机，用于接收来自第一分离器的升高压力的中间混合物并用于生成基本干燥的水合物或浓缩的水合物淤浆输出物。

对于相同的输入混合物，较高的流体除去效率与装置生成更大固体浓度的能力有关。升高的压力含义为比大气压高的压力。因为诸如WO97/26494中公开的水合物生产设备通常在高压操作，由该设备生产的水合物淤浆将处于升高的压力下。安装在密封压力容器中的更高流体除去效率的离心机的设置使得离心机在升高的压力下操作。通过保持在第一和第二分离器中升高的压力，水合物保持在稳定的条件下，而不必进行非常昂贵的过冷。