一种基于气田协同集输的天然氢采集系统与方法与流程

本技术属于天然氢采集，尤其涉及一种基于气田协同集输的天然氢采集系统与方法。

背景技术：

1、氢气来源包括可再生能源制氢、化工制氢、天然氢气等。天然氢气被称“金氢”或“白氢”，是地下地质过程中生成的氢气（采出介质也包括其他组分），与传统人工制氢相比，是真正意义上的零碳、可再生的一次能源。天然氢高效勘探开发可填补能源需求缺口、优化氢能产业结构、助力能源清洁替代。

2、目前，天然氢还主要处于勘探开发阶段，重点针对天然氢形成、富集机制开展研究，国外开展了部分单井试采活动，在西非马里建成首个商业天然氢发电站，利用高氢纯度采出介质进行发电，但尚未公开天然氢高效利用的其他案例报道。同时，对天然氢试采的地面系统设计也未见实质性报道。

3、由于天然氢采出介质潜在含有氢、氮、co2及其他高价值介质（例如氦），相比于直接用于井口发电的策略，对采出介质进行综合处理后可大幅提高利用价值。然而，从目前报道来看，天然氢采出介质普遍压力较低，组分纯度不高，且含有固体杂质。

技术实现思路

1、本技术的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种基于气田协同集输的天然氢采集系统与方法, 以相邻的天然氢与天然气井口协同生产、将天然氢资源引入天然气处理厂深度利用。

2、本技术目的通过下述技术方案来实现：

3、一种基于气田协同集输的天然氢采集系统，所述系统包括：

4、井口采集系统，用于输送并分离井口采集到的采出介质，所述采出介质包括天然氢采出介质和天然气采出介质，将气体介质输入至气相节能协同混合系统，将液体介质输入至液相混合系统，所述井口包括相临近的天然气井口与天然氢井口；

5、气相节能协同混合系统，用于接收所述气体介质，以所述气体介质中的天然气的压力能对引射器中气相天然氢进行压力提升，混合后通过集输管道输送至下游；

6、液相混合系统，用于调压并汇集井口采集系统输送的液体介质，再将汇集后的液体介质输送至集输管道与增压后的气体介质混合后输送至下游。

7、进一步的，所述天然氢采集系统还包括安全放空系统，用于对井口区域进行压力保护。

8、进一步的，所述井口采集系统包括天然氢井口采集子系统，天然氢井口采集子系统包括天然氢井口管道和天然氢井口气液分离器，天然氢井口管道将井筒产出的天然氢输送至天然氢井口气液分离器进行气液分离，通过设于所述天然氢井口管道的天然氢井口截断阀控制天然氢井口的开闭。

9、进一步的，所述井口采集系统包括天然气井口采集子系统，天然气井口采集子系统包括天然气井口管道和天然气井口气液分离器，天然气井口管道将井筒产出的天然气输送至天然气井口气液分离器进行气液分离，通过设于所述天然气井口管道的天然气井口截断阀控制天然气井口的开闭，通过设于所述天然气井口管道的节流阀对天然气井口管道进行流量调节。

10、进一步的，所述气相节能协同混合系统包括天然气气相管道、天然氢气相管道、天然氢气相旁路和集输管道；

11、天然气气相管道连通天然气井口气液分离器和引射器，天然气气相管道通过天然气气相管道截断阀控制开闭；

12、天然氢气相管道连通天然氢井口气液分离器和引射器，天然氢气相管道通过天然氢气相管道第一截断阀和天然氢气相管道第二截断阀控制开闭。

13、进一步的，所述气相节能协同混合系统还包括天然氢气相旁路，天然氢气相旁路并联在天然氢气相管道第一截断阀两端，包括依次连接的天然氢气相旁路第一截断、天然氢旁路压缩机系统和天然氢气相旁路第二截断阀，用于提供天然氢辅助注入压力。

14、进一步的，所述液相混合系统包括天然气分离后液相管道和天然氢分离后液相管道；

15、天然气分离后液相管道将天然气井口气液分离器分离出的液相介质输送至集输管道，通过天然气分离后液相管道调节阀调节液相介质压力，通过天然气分离后液相管道截断阀控制开闭；

16、天然氢分离后液相管道将天然氢井口气液分离器分离出的液相介质输送至集输管道，通过天然气分离后液相管道调节阀及天然氢分离后液相管道增压泵调节液相介质压力，通过天然气分离后液相管道截断阀控制开闭。

17、进一步的，所述安全放空系统包括设于引射器出口的高压放空管道，所述采集系统以高压放空管道对天然气超压进行放空，高压放空管道通过高压放空安全阀控制开闭，高压放空管道将放空的气体输送至放空处理装置。

18、进一步的，所述安全放空系统还包括高压放空旁路管道，高压放空旁路管道并联在高压放空安全阀两端，作为备用放空通道。

19、进一步的，所述高压放空旁路管道包括高压放空截断阀和高压放空限流孔板，高压放空截断阀手动控制开闭，高压放空限流孔板用于控制气体排放流量。

20、进一步的，所述气相节能协同混合系统还包括设于天然氢气相管道第一截断阀和天然氢气相管道第二截断阀之间的天然氢气相止回阀。

21、进一步的，所述液相混合系统还包括设置于天然氢分离后液相管道的液相止回阀，液相止回阀位于天然气分离后液相管道和天然氢分离后液相管道交接处的上游。

22、进一步的，所述引射器包括入口主路、入口支路和出口主路，天然气从主路进入，天然氢从支路引入，混合气体从主路排出，用于对压力较高的天然气和压力较低的天然氢进行混合引射，形成混合气体。

23、进一步的，所述安全放空系统还包括设于天然氢井口气液分离器出口和高压放空管道出口之间的低压放空管路，低压放空管路通过低压超压安全阀控制开闭。

24、进一步的，所述低压放空管路还设有低压放空截断阀，通过低压放空截断阀实现低压放空管路的手动开闭。

25、另一方面，本技术还提供了一种基于气田协同集输的天然氢采集方法，所述采集方法基于前述任一种的采集系统实现，所述方法包括：

26、以井口采集系统输送并分离采集到的采出介质，将气体介质输入至气相节能协同混合系统，将液体介质输入至液相混合系统；

27、气相节能协同混合系统以所述气体介质的压力能在引射器中对气相天然氢进行压力提升，混合后输送至下游；

28、液相混合系统接收所述液体介质并进行调压后汇集，再将汇集后的液体介质与增压后的气体介质混合后输送至下游。

29、进一步的，所述方法还包括：

30、在协同生产过程中，对混合气体的浓度进行调节，以满足生产需求，具体包括：

31、在天然气井口压力降低时，通过调节气相节能协同混合系统的流量，以维持混合气体的掺混比例稳定。

32、进一步的，所述方法还包括：

33、当无法通过调节气相节能协同混合系统的流量维持混合气体的掺混比例稳定时，通过降低引射器引入的气相天然氢压力，调节混合气体压力，以避免混入的气相天然氢浓度超过预设值。

34、进一步的，所述方法还包括：

35、在引射器入口的天然气压力继续降低且引射器引入的天然氢压力不满足预设压力值时，提高进入引射器的气相天然氢压力，以维持引射操作。

36、进一步的，所述方法还包括：

37、通过关闭控制阀门对井口采集系统、气相节能协同混合系统和液相混合系统进行隔断，并对隔断区域内的管道和设备进行介质排放。

38、本技术的有益效果在于：

39、本技术基于天然气与天然氢开采原理和技术，借助气田集输与天然氢采集协同生产模式，以相邻的天然氢与天然气井口协同生产、将天然氢资源引入天然气处理厂深度利用为目标，充分利用天然气井口压力能对天然氢进行引射增压，实现天然气与天然氢混合介质的气液混输，提升天然氢资源利用效率，降低天然氢资源开发成本，推动终端（下游）天然气产品降碳减排。