专利摘要

本发明提供一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置及方法。水合物开采系统将热水注入到天然气水合物层，水合物受热分解，天然气携带一部分污水通过开采井收回至海面，分离得到较为纯净的天然气；烟气余热热源集热系统利用烟气余热将热源循环水充分加热，以提供低品位热源；海水源热汇集热散热系统将经过加热的循环水输送到高压水泵，对多余的高温水进行保温，通过泵将温度较低的水输送到吸收器和冷凝器进行升温，为天然气水合物开采系统提供充足的热水；溶液水循环系统中吸收式热泵稀溶液和浓溶液的相互转换，以及溶液泵的输送，实现了在再生器和蒸发器吸收低品位热量，同时在吸收器和冷凝器产生高品位热量。

权利要求

1.一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，该热激法天然气水合物开采装置包括水合物开采系统、烟气余热热源集热系统、海水源热汇集热散热系统和吸收式热泵循环系统；四个系统相互配合，海水源热汇集热散热系统将吸收式热泵循环系统产生的热量输送到水合物开采系统，烟气余热热源集热系统为吸收式热泵循环系统提供热源；

所述的水合物开采系统主要由开采井(31)、注入井(28)、高压泵(24)、真空保温层(23)、球形喷头(29)、气液分离器(21)、天然气储气罐(22)、污水储集罐(19)、液位指示器(20)和海水吸入泵(25)组成；所述的开采井(31)为L型井，开采井竖直段(26)出口端连接气液分离器(21)，开采井竖直段(26)穿过海水层(27)到达天然气水合物储层(30)，开采井水平段(32)在天然气水合物储层(30)；所述的污水储集罐(19)、气液分离器(21)和天然气储气罐(22)依次连接；所述的真空保温层(23)采用真空绝热材料；所述的注入井(28)入口端连接高压泵(24)，注入井(28)出口端位于天然气水合物储层(30)；所述的高压泵(24)位于真空保温层(23)中，注入井(28)出口端设有球形喷头(29)；所述的液位指示器(20)设置在污水储集罐(19)上，实时液位反馈给海水吸入泵(25)；

所述的烟气余热热源集热系统主要由直接接触式换热塔(1)、汽轮机(7)、第二热源水泵(14)、第一热源水泵(5)、空气排管(2)、热源水排管(3)、再生器(4)和蒸发器(12)组成；所述的空气排管(2)和热源水排管(3)均与直接接触式换热塔(1)密封焊接；所述的热源水排管(3)的出口端与再生器(4)的热源水入口端相连接；所述的再生器(4)的热源水出口端通过第一热源水泵(5)与蒸发器(12)热源水入口端相连接；所述的蒸发器(12)的热源水出口端通过第二热源水泵(14)和热源水排管(3)的入口端相连接；所述的蒸发器(12)底部的溶液水出口端通过第二溶液泵(13)与蒸发器(12)顶部的溶液水入口端相连接，实现内循环；所述的空气排管(2)一端接外部冷空气，另一端与汽轮机(7)相连接；

所述的海水源热汇集热散热系统主要由吸收器(8)、冷凝器(6)、热水储集保温箱(16)、温度监测警报器(15)、第一热汇水泵(10)、第二热汇水泵(17)、第三热汇水泵(18)、污水储集罐(19)、液位指示器(20)和海水吸入泵(25)组成；所述的污水储集罐(19)热汇水入口端通过海水吸入泵(25)接入海水；所述的污水储集罐(19)热汇水出口端通过第三热汇水泵(18)与吸收器(8)热汇水入口端相连接；所述的吸收器(8)的热汇水出口端通过第一热汇水泵(10)与冷凝器(6)的热汇水入口端相连接；所述的冷凝器(6)的热汇水出口端通过第二热汇水泵(17)与热水储集保温箱(16)相连接，所述的热水储集保温箱(16)的热汇水出口端与高压泵(24)的热汇水入口端相连接；所述的温度监测警报器(15)安装在热水储集保温箱(16)上；

所述的吸收式热泵循环系统主要由再生器(4)、吸收器(8)、蒸发器(12)、冷凝器(6)、第二溶液泵(13)和第一溶液泵(9)组成，所述的吸收器(8)稀溶液出口端过第一溶液泵(9)与再生器(4)的稀溶液入口端相连接，吸收器(8)的浓溶液入口端与再生器(4)的浓溶液出口端相连接；蒸发器(12)底部溶液水出口端通过第二溶液泵(13)与蒸发器(12)顶部溶液水入口端相连；蒸发器(12)的溶液水出口端与吸收器(8)的溶液水入口端相连接；所述的再生器(4)的溶液水出口端与冷凝器(6)的热源入口端相连接；U型管(11)连接冷凝器(6)底部溶液水出口端和蒸发器(12)顶部溶液水入口端，起节流降压的作用。

2.根据权利要求1所述的基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的再生器(4)为圆筒状，一侧设置端盖，内部有排管，排管的两个接口在再生器(4)的侧面和外界联通，上下两端侧壁分别开孔，用来焊接溶液进出口管，所述的再生器(4)内部设为密封形式，耐压条件为4kPa以上。

3.根据权利要求1或2所述的基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的吸收器(8)由两根不同直径的不锈钢管同轴相套组成，内管走溶液和空气，内外管间走冷却水，端部焊死以保证冷却水和工质不相混，内部不锈钢管道中设置溶液布液器，且焊为一个整体，溶液布液器由喇叭状隔板组成。

4.根据权利要求1或2所述的基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的冷凝器(6)内部有排管，用以走冷却水，排管的两个接口在冷凝器(6)的侧面和外界联通，内部设为密封形式。

5.根据权利要求3所述的基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的冷凝器(6)内部有排管，用以走冷却水，排管的两个接口在冷凝器(6)的侧面和外界联通，内部设为密封形式。

6.根据权利要求1、2或5所述的基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的蒸发器(12)内部有排管，用以走热源水，排管的两个接口在蒸发器(12)的侧面和外界联通，排管外部设置溶液布液器，且焊为一个整体，布溶液液器由喇叭状隔板组成，用以分布来自冷凝器(6)的工质水，上下两端侧壁分别开孔，其底部溶液通过第二溶液泵(13)，送到顶部进行喷淋，使其充分吸热。

7.根据权利要求3所述的基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的蒸发器(12)内部有排管，用以走热源水，排管的两个接口在蒸发器(12)的侧面和外界联通，排管外部设置溶液布液器，且焊为一个整体，布溶液液器由喇叭状隔板组成，用以分布来自冷凝器(6)的工质水，上下两端侧壁分别开孔，其底部溶液通过第二溶液泵(13)，送到顶部进行喷淋，使其充分吸热。

8.根据权利要求4所述的基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，其特征在于，所述的蒸发器(12)内部有排管，用以走热源水，排管的两个接口在蒸发器(12)的侧面和外界联通，排管外部设置溶液布液器，且焊为一个整体，布溶液液器由喇叭状隔板组成，用以分布来自冷凝器(6)的工质水，上下两端侧壁分别开孔，其底部溶液通过第二溶液泵(13)，送到顶部进行喷淋，使其充分吸热。

9.一种基于权利要求1所述的天然气水合物开采装置的太阳能热激法水合物开采的方法，其特征在于，该方法包括热源水循环，溶液水循环和热汇水循环三个循环；

所述的热源水循环：所述的汽轮机(7)排出烟气到直接接触式换热塔(1)，先通过冷空气排管(2)加热热源水，再通过热源水排管(3)加热冷空气，最后排出直接接触式换热塔(1)；热源水通过第一热源水泵(5)供入直接接触式换热塔(1)吸热，供再生器(4)和蒸发器(12)使用；

所述的热汇水循环：第三热汇水泵(18)将污水储集罐(19)中的热汇水吸入吸收器(8)内部的排管中，升温后在通过第一热汇水泵(10)进入冷凝器(6)，进行二次升温，升温后通过第二热汇水泵(17)进入热水储集保温箱(16)，进行保温储存；所述的温度监测警报 器(15)监测热水储集器中水的实时温度，并反馈给热水储集保温箱(16)，当热水储集保温箱(16)中的水温度下降时，热水储集保温箱(16)会将其加热到原先温度；所述的水合物开采系统运行时，热水储集保温箱(16)中的水流入真空保温层(23)，由高压泵(24)增压进入注入井(28)，经球形喷头(29)到达天然气水合物储层(30)中，天然气水合物受热分解；分解产物经开采井水平段(32)和开采井竖直段(26)收回至海面，经过气液分离器(21)后得到较纯的天然气，储存到天然气储气罐(22)中；污水进入污水储集罐(19)，循环利用；污水储集罐(19)上的液位指示器(20)将实时液位反馈给海水吸入泵(25)，当污水储集罐(19)中水量短缺时，海水吸入泵(25)开始工作，将海水吸入来使污水储集罐(19)中液位正常；

所述的溶液水循环：再生器(4)中稀溶液被加热，溶液中水蒸发，产生浓溶液，通过浓溶液出口流入吸收器(8)中，浓溶液在吸收器(8)中吸收蒸发器(12)产生的水蒸气变成稀溶液，再通过第一溶液泵(9)流入再生器(4)中；再生器(4)中产生的溶液水蒸气流入冷凝器中放热，通过U型管(11)节流以后，流入蒸发器中；节流后的溶液水在蒸发器中通过第二溶液泵(13)多次喷淋并被吸收器吸收，由此循环。

说明书

技术领域

本发明属于海洋油气资源开发技术领域，针对目前海洋天然气水合物热激法开采所存在的热源问题，利用吸收式热泵技术将海上油田燃气透平发电机的烟气余热提高品位，用于热激法开采天然气水合物，提供了一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法海洋天然气水合物开采装置及方法。

背景技术

天然气水合物，俗称可燃冰，是由烃类物质与水在低温高压条件下形成的具有笼状晶体结构的物质，燃烧废气中只有CO2和水，对环境没有污染。标准状况下，单位体积的气体水合物可以储存164单位体积的甲烷气体，热值很高，是一种十分优质的能源，可用于替代煤炭等传统化石能源。然而，天然气水合物的商业化开采水平目前尚未达到，亟需可行的开采方法。目前天然气水合物的开采技术主要包括降压开采法、热激法和注入化学剂法。热激开采法效率高，容易实现，但至今尚未很好的解决热源能耗高、热量利用效率较低的问题。

而在海洋环境下海面平台上汽轮机排出的烟气中含有大量余热可以回收利用。同时，吸收式热泵是以热能为补偿实现从低温到高温输送热量的设备，具有节约能源、保护环境的双重作用，可以将海上油田燃气透平发电机烟气余热提高温度，用于水合物开采。

发明内容

基于上述背景，本发明将海上油田燃气透平发电机烟气余热作为吸收式热泵的低温热源，释放高品位热量，结合热激法水平井开采海洋天然气水合物，提供了一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法海洋天然气水合物开采装置及方法。

本发明的技术方案：

一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置，包括水合物开采系统、烟气余热热源集热系统、海水源热汇集热散热系统和溶液水循环系统；四个系统相互配合，海水源热汇集热散热系统将吸收式热泵循环系统产生的热量输送到水合物开采系统，烟气余热热源集热系统为热泵循环系统提供热源；

所述的水合物开采系统主要由开采井31、注入井28、高压泵24、真空保温层23、球形喷头29、气液分离器21、天然气储气罐22、污水储集罐19、液位指示器20和海水吸入泵25组成；所述的开采井31为L型井，开采井竖直段26出口端连接气液分离器21，开采井竖直段26穿过海水层27到达天然气水合物储层30，开采井水平段32在天然气水合物储层30；所述的海水污水储集罐19、气液分离器21和天然气储集罐22依次连接；所述的真空保温层23采用真空绝热材料；所述的注入井28入口端连接高压泵24，注入井28出口端位于天然气水合物储层30；所述的高压泵24位于真空保温层23中，注入井28出口端设有球形喷头29，使水均匀多方向的注入天然气水合物层中；所述的液位指示器20设置在污水储集罐19上，实时液位反馈给海水吸入泵25，以防海水污水暂存罐19出现水量短缺现象。

所述的烟气余热热源集热系统主要由直接接触式换热塔1、汽轮机7、第二热源水泵14、第一热源水泵5、空气排管2、热源水排管3、再生器4和蒸发器12组成；所述的空气排管2和热源水排管3均与直接接触式换热塔1密封焊接；所述的热源水排管2的出口端与再生器4的热源水入口端相连接；所述的再生器4的热源水出口端通过第一热源水泵5与蒸发器12热源水入口端相连接；所述的蒸发器12的热源水出口端通过第二热源水泵14和热源水排管3的入口端相连接；所述的蒸发器12底部的溶液水出口端通过第二溶液水泵13与蒸发器12顶部的溶液水入口端相连接，实现内循环；所述的空气排管2一端接外部冷空气，另一端与汽轮机7相连接；

所述的海水源热汇集热散热系统主要由吸收器8、冷凝器6、热水储集保温箱16、温度监测警报器15、第一热汇水泵10、第二热汇水泵17、第三热汇水泵18、海水暂存罐19、液位指示器20和海水吸入泵25组成；所述的海水暂存罐19热汇水入口端通过海水吸入泵25接入海水；所述的吸收器8和冷凝器6是系统的两个放热设备，热汇水流经它们内部的排管充分吸热；所述的热水储集保温箱16可以保温和加热水源；所述的温度监测警报器15监测热水储集保温箱16中水的实时温度，并反馈给热水储集保温箱16；所述的海水暂存罐19热汇水出口端通过第三热汇水泵18与吸收器8热汇水入口端相连接；所述的吸收器8的热汇水出口端通过第一热汇水泵10与冷凝器6的热汇水入口端相连接；所述的冷凝器6的热汇水出口端通过第二热汇水泵17与热水储集保温箱16相连接，所述的热水储集保温箱16的热汇水出口端与高压泵24的热汇水入口端相连接；所述的温度监测警报器15安装在热水储集保温箱16上；所述的吸收器8的热汇水出口端通过第一热汇水泵10与冷凝器6的热汇水入口端相连接。

所述的吸收式热泵循环系统由再生器4、吸收器8、蒸发器4、冷凝器6、第二溶液泵13和第一溶液泵9连接而成。所述的吸收器8稀溶液出口端过第一溶液泵9与再生器4的稀溶液入口端相连接，吸收器8的浓溶液入口端与再生器4的浓溶液出口端相连接；蒸发器12底部溶液水出口端通过第二溶液泵13与蒸发器12顶部溶液水入口端相连；蒸发器12的溶液水出口端与吸收器8的溶液水入口端相连接；所述的再生器4的溶液水出口端与冷凝器6的热源入口端相连接；所述的U型管11连接冷凝器6底部溶液水出口端和蒸发器12顶部溶液水入口端，起节流降压的作用。

一种基于吸收式热泵的太阳能热激法水合物开采的方法，该方法包括热源水循环，溶液水循环和热汇水循环三个循环；

所述的热源水循环：所述的汽轮机7排出烟气到直接接触式换热塔1，先通过冷空气排管2加热热源水，再通过热源水排管3冷空气，最后排出直接接触式换热塔1；热源水通过第一热源水泵14供入直接接触式换热塔1吸热，供再生器4和蒸发器12使用；

所述的热汇水循环：第三热汇水泵18将污水储集罐19中的热汇水吸入吸收器8内部的排管中，升温后在通过第一热汇水泵10进入冷凝器6，进行二次升温，升温后通过第二热汇水泵17进入热水储集保温器16，进行保温储存；所述的温度监测报警器15监测热水储集器中水的实时温度，并反馈给热水储集保温器16，当热水储集保温器16中的水温度下降时，热水储集保温器16会将其加热到原先温度；所述的水合物开采系统运行时，热水储集保温器16中的水流入保温层23，由高压泵24增压进入注水井28，经球形喷头29到达天然气水合物储层30中，天然气水合物受热分解；分解产物经开采井水平段32和开采井竖直段26收回至海面，经过气液分离器21后得到较纯的天然气，储存到天然气储集罐22中；污水进入污水储集罐19，循环利用；污水储集罐19上的液位指示器20将实时液位反馈给海水吸入泵25，当污水储集罐19中水量短缺时，海水吸入泵25开始工作，将海水吸入来使污水储集罐19中液位正常。

所述的溶液水循环：再生器4中稀溶液被加热，溶液中水蒸发，产生浓溶液，通过浓溶液出口流入吸收器8中，浓溶液在吸收器8中吸收蒸发器12产生的水蒸气变成稀溶液，再通过第一溶液泵9流入再生器4中；再生器4中产生的溶液水蒸气流入冷凝器中放热，通过U型管节流以后，流入蒸发器中；节流后的溶液水在蒸发器中通过第二溶液泵13多次喷淋并被吸收器吸收，由此循环。

所述的再生器4为圆筒状，一侧设置端盖，内部有排管，排管的两个接口在再生器4的侧面和外界联通，上下两端侧壁分别开孔，用来焊接溶液进出口管，所述的再生器4内部设为密封形式，耐压条件为4kPa以上。

所述的吸收器8由两根不同直径的不锈钢管同轴相套组成，内管走溶液和空气，内外管间走冷却水，端部焊死以保证冷却水和工质不相混，内部不锈钢管道中设置溶液布液器，且焊为一个整体，溶液布液器由喇叭状隔板组成。

所述的冷凝器6内部有排管，用以走冷却水，排管的两个接口在冷凝器6的侧面和外界联通，内部设为密封形式。

所述的蒸发器12内部有排管，用以走热源水，排管的两个接口在蒸发器12的侧面和外界联通，排管外部设置溶液布液器，且焊为一个整体，布溶液液器由喇叭状隔板组成，用以分布来自冷凝器12的工质水，上下两端侧壁分别开孔，其底部溶液通过第二溶液泵13，送到顶部进行喷淋，使其充分吸热；所述的U型管11在冷凝器和蒸发器之间，起节流作用。

本发明的方法有益效果：本发明提出一种基于吸收式热泵的太阳能热激水合物开采的方法，解决了天然气水合物开采过程中的能耗问题，充分利用了汽轮机烟气余热，为实现天然气水合物大规模开采提供了可行的方法，对于天然气水合物开采方法后续研究具有重要意义。

附图说明

图1是基于吸收式热泵的太阳能热激法水合物开采装置的示意图。

图2基于吸收式热泵的太阳能热激法水合物开采装置的球型喷头示意图。

图中：1直接接触式换热塔；2空气排管；3热源水排管；4再生器；5第一热源水泵；6冷凝器；7汽轮机；8吸收器；9第一溶液泵；10第一热汇水泵；11U型管；12蒸发器；13第二溶液泵；14第二热源水泵；15温度检测器；16热水保温储集管；17第二热汇水泵；18第三热汇水泵；19污水储集罐；20液位指示器；21气液分离器；22天然气储集罐；23真空保温层；24高压泵；25海水吸入泵；26开采井竖直段；27海水层；28注水井；29球形喷头；30天然气水合物储层；31开采井；32开采井水平段。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图对本发明的具体实施方式详细说明。

图1所示为一种基于吸收式热泵的烟气余热热激水合物开采的方法示意图：按如图所示装置连接，使用该装置进行天然气水合物开采。

汽轮机7排出烟气到直接接触式换热塔1，依次通过直接接触式换热塔冷空气排管2和热源水排管3，加热热源水和冷空气，再排出直接接触式换热塔1。热源水通过第一热源水泵14供入直接接触式换热塔吸热，通入再生器4放热，再通过第二热源水泵5进入蒸发器12放热。热源水放热后通过第一热源水泵14供入直接接触式换热塔吸热，构成循环。再生器4中工质溶液经过加热由稀溶液变为浓溶液，溶液中出来的水蒸气流入冷凝器6中，在冷凝器6中放热后，液体水进入U型管11节流降压，再流入蒸发器12中蒸发放热，再回到吸收器中，所述的吸收器8中来自再生器4中的浓溶液吸收水分变为稀溶液，在通过第一溶液泵9送到再生器中，构成循环，蒸发器12底部水经过第二溶液泵13送到蒸发器12上部，进行喷淋；第三热汇水泵18将海水污水暂存罐19中的热汇水吸入吸收器内部的排管中，升温后在通过第一热汇水泵5进入冷凝器2，进行二次升温，升温后通过第二热汇水泵17进入热水储集保温器16，进行保温储存；所述的温度监测报警器15监测热水储集器中水的实时温度，并反馈给热水储集保温器16，当热水储集保温器16中的水温度下降时，热水储集保温器16回将其加热到原先温度；所述的水合物开采系统运行时，热水储集保温器16中的水流入保温层23，由高压泵24增压进入注水井28，经球形喷头29到达天然气水合物储层30中，天然气水合物受热分解；分解产物经开采井水平段32和开采井竖直段26收回至海面，经过气液分离器21后得到较纯的天然气，储存到天然气储集罐22中；污水进入海水污水暂存罐19，循环利用；海水污水暂存罐19上的液位指示器20将实时液位反馈给海水吸入泵，当海水污水暂存罐19中水量短缺时，海水吸入泵25开始工作，将海水吸入来使海水污水暂存罐19中液位正常。

一种基于烟气余热吸收式热泵的热激法天然气水合物开采装置及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。