发明内容

针对现有水合法储天然气密度低、水合转化率不高等关键问题，本发明提供一种气体水合物快速循环生成的装置及方法，基于本发明装置及方法可将气体水合物快速生成、水合物晶体分离过滤运输以及回收气、油相、水相再循环利用一系列工艺流程耦合起来，实现气体水合物的循环、快速生产，解决了目前水合法储天然气密度和效率不高、难以实现连续生产这一问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种气体水合物快速循环生成的装置，包括：

气体水合物合成器，包含自上而下依次设置且相互密闭隔断的用于浆液混合的上腔室、用于气体水合物生成的中腔室及用于盛装气体水合物浆液的下腔室，中腔室的顶部设有与上腔室连通且用于将上腔室的浆液喷淋至中腔室的喷淋装置，下腔室内设有用于将中腔室内生成的气体水合物浆液引流至下腔室的泄漏管；上腔室还设有磁力搅拌装置，用于浆液混合搅拌；

供气系统，与所述中腔室连接，用于向中腔室提供所需气体；

柴油-乳化剂混合系统，与所述上腔室连接，用于向上腔室提供柴油-乳化剂；

供水系统，与所述上腔室连接，用于向上腔室提供水；

制冷系统，与气体水合物合成器连接，用于气体水合物合成器的内部降温；

固相颗粒分离装置，与下腔室连通，用于接收下腔室排出的气体水合物浆液；

气液分离器，与固相颗粒分离装置连接，用于接收固相颗粒分离装置滤除气体水合物后的含气液体并分离出含气液体中的气体；气液分离器与所述中腔室连接，用于将分离出的气体送回中腔室；

油水分离系统，与所述气液分离器连接，用于接收气液分离器分离出气体后的液体并将液体中的油、水分离；油水分离系统与所述柴油-乳化剂混合系统连接，用于将分离出的油送入柴油-乳化剂混合系统；油水分离系统与所述供水系统连接，用于将分离出的水送入供水系统。

进一步提供了上腔室结构，所述上腔室的顶部设有水注入口和柴油-乳化剂混合溶液注入口，柴油-乳化剂混合系统通过柴油-乳化剂混合溶液注入口与上腔室连接，供水系统通过水注入口与上腔室连接；

进一步提供了中腔室结构，所述中腔室的上部设有气体注入口和回气口，所述供气系统通过所述气体注入口与中腔室连接，所述气体注入口连接有进气喷嘴，所述气液分离器通过回气口与中腔室连接；

进一步提供了下腔室结构，所述下腔室的底部设有气体水合物浆液出口，所述固相颗粒分离装置通过气体水合物浆液出口与下腔室连接。

进一步提供了上腔室与中腔室之间的密闭隔断方法及喷淋装置的设置方法，所述上腔室与中腔室之间设有隔板I，用于上腔室与下腔室之间的密闭隔断，所述喷淋装置包括穿设在隔板I上的喷嘴和与喷嘴连接用于控制喷嘴通断的电磁阀I；

进一步提供了中腔室与下腔室之间的密闭隔断方法及泄漏管的设置，所述中腔室与下腔室之间设有隔板Ⅱ，用于中腔室与下腔室之间的密闭隔断，所述泄漏管有多个且间隔密闭穿设在隔板Ⅱ上，泄漏管上设有用于控制泄漏管通断的电磁阀电磁阀Ⅱ。更具体的，所述的隔板Ⅱ上开设有贯通隔板Ⅱ上下端面的多个孔口，孔口内密闭穿设泄漏管，所述泄漏管与孔口一一对应且泄漏管的直径选为隔板Ⅱ直径的1/8，泄漏管数量设置4个，且均匀分布在隔板Ⅱ上，泄漏管设有电磁阀Ⅱ，用于实现泄漏管的通断；

进一步的，所述上腔室和中腔室均设有压力计，便于通过内部压力的调控促进气体水合物的生成。

为了便于气体水合物的清洗，进一步的，还包括水合物过滤与冲洗单元，与固相颗粒分离装置连接，用于洗涤固相颗粒分离装置滤出的气体水合物颗粒。所述固相颗粒分离装置中安装筛板，筛板上有直径小于1μm的过滤孔，筛板可直接提出，便于后续的过滤清洗和输送，水合物油浆液经过固体颗粒分离装置后水合物晶体留在筛板上，液相从筛板下方滤出，在分离装置底部收集并从排液口排出。

进一步的，所述固相颗粒分离装置通过设有节流阀和输送泵的管路与下腔室连接，节流阀的作用是将气体水合物合成器出来的气体水合物浆液减压到常压固相颗粒分离装置中，进一步降低气体水合物浆液的温度。

进一步的，所述供气系统采用多个并联高压气瓶。

进一步的，所述气液分离器通过回气管路与中腔室连接，所述回气管路上沿着气体流动方向依次设有气体收集罐、压缩机I及流量计I；

和/或所述供气系统通过供气管路与中腔室连接，所述供气管路上沿着气体流动方向依次设有缓冲罐和压缩机Ⅱ。所述的气体注入口连接缓冲罐，将气体稳流后进入压缩机，气体压缩后，便于气体水合物合成器内高压控制，注入口处进一步设置进气喷嘴，然后将气体喷入中腔室，进一步促进中腔室内的流体扰动，增加水合反应效率。结合所述喷淋装置将混合乳液分散到中腔室与气体结合，增大了气体与乳液的接触面积，加快了水合反应速率。

进一步的，所述的气体水合物合成器的上腔室和中腔室的体积不小于下腔室的体积、上腔室体积和中腔室体积大致相等。

进一步的，为了增加油水分离效果和更好的回收利用，所述油水分离系统包括水分离储罐和油分离储罐，水分离储罐内设有亲油疏水膜，所述亲油疏水膜将水分离储罐的内部分隔为上、下两层，其中上层设有与气液分离器连接的油水入口和与供水系统连接的水相出口，下层设有与油分离储罐连接的油相出口；

所述油分离储罐内设有亲水疏油膜，所述亲水输油膜将油分离储罐的内部分隔为上、下两层，其中上层设有与柴油-乳化剂混合系统连接的出油口和与油相出口连接的油相入口，下层设有与废液出口；

进一步的，所述柴油-乳化剂混合溶液注入口通过管线连接高压注液泵Ⅰ，将柴油-乳化剂混合容器中的低压液体泵送至高压水合物合成器中。

进一步的，所述的水注入口通过管线连接高压注液高压注液泵Ⅱ，将水容器中的低压液体泵送至高压水合物合成器中。

一种气体水合物快速循环生成方法，基于如上所述的气体水合物快速循环生成的装置进行，包括以下步骤：

往气体水合物合成器上腔室中按设定比例注入设定量的水和柴油-乳化剂混合溶液，通过磁力搅拌装置让体系分散均匀形成水/油-乳化剂混合乳液，同时，开启制冷系统给气体水合物合成器降温；

将气体水合物合成器中腔室抽真空，由供气系统注入设定压力的气体并维持中腔室在该设定压力，开通喷淋装置，将水/油-乳化剂混合乳液注入到中腔室与气体发生水合，生成气体水合物浆液；

当中腔室的气体水合物浆液法达到设定体积时，开通泄漏管将水合物浆液引入下腔室，然后经由固相颗粒分离装置固液分离，然后固相的收集气体水合物；

从固相颗粒分离装置出来的含气液体进入油水分离系统，进行气液分离，分离出的气体进入中腔室重复使用，分离出气体后的液体进入油水分离系统进行油水分离，分离出的油送入柴油-乳化剂混合系统重复使用，分离出的水送入供水系统重复使用。

进一步的，气体水合物合成器上腔室中水和柴油-乳化剂混合溶液的体积比为1:4-9；

和/或乳化剂选用span-20，含量为水和柴油-乳化剂混合溶液体积的1％-6％；

和/或制冷系统的温度控制范围为1-10℃；

和/或气体水合物合成器内工作压力控制在0-7Mpa；

和/或所述气体为天然气。

与现有技术相比，本发明让气体与水/油-乳化剂混合液在低温、高压下接触生成水合物浆液，再将浆液进行气液固三相分离得到水合物晶体、气相、液相，有利于实现快速水合，过滤水合物晶体进行储存和运输，过滤回收的油、气相循环再利用的连续生产操作；该方法消除了现有水合物储气法储气密度低、难以实现快速生产等一系列固有缺陷，满足天然气高效储存和天然气水合物产品的连续、批量生产，便于大规模工业化应用，对储气技术的实际应用有着重要意义。