氣體循環

全球的物質循環可分為3種類型：水循環、氣體循環、沉積型循環。凡屬於氣體型的物質及其分子或某些化合物必以氣體形式參與循環過程。

基本介紹

• 中文名：氣體循環
• 外文名：gas circulation
• 拼音：qitixunhuan
• 隸屬：物質循環

工業氣體循環

氣液分散與反應問題在化工和醫藥中是經常遇到的，例如硝基芳烴、脂肪腈、烯烴和炔烴的液相催化加氫反應、烷基化反應、羰基化反應、氧化反應等。其共同特點是反應速率受氣/液傳質的控制，而氣/液傳質涉及到氣體分散、氣體循環、以及固體催化劑懸浮等過程，問題變得比較複雜。
由於氣液的不相容性，且密度差別非常大，氣液反應器中未反應的氣體聚積在反應器內的上部空間，嚴重影響反應速率和效率。同時，固體催化劑懸浮的不均勻也約束了反應的速率。為提高反應速率，工業上一般採用氣體外循環、液體外循環和氣體內循環三種方式。
1、氣體外循環是將反應氣體從氣相空間引出，氣體通過壓縮機增壓後再從反應器底部通入，在攪拌器的配合下，可得到較大的持氣量和相接觸面積，從而提高反應速率，其優點是可得到任意的氣體循環量，缺點是需要大量的氫氣循環設備，增加了裝置的複雜性和資金投入；
2、液體外循環是用離心泵將反應液體從反應器底部抽出，通過文丘里管抽吸反應器氣相空間內的反應氣體，在一文丘里管內充分混合與分散，可得到十分細小的氣泡，大幅度提高氣液相接觸面積和反應速率。液體外循環式的優點是反應速率快，可連續生產，傳熱方便等，缺點是能耗大，對循環泵的要求十分苛刻；
3、氣液內循環反應器即自吸式氣液反應器，它是原正公司開發的氣/液反應裝置的核心技術之一，是一種不用額外的氣體輸送機械而能自行吸入反應器上部空間氣體進行氣液接觸的反應裝置，通過特殊設計的空心渦輪攪拌器在料液混合的同時不斷吸入液面上的反應氣體，達到氣液循環與分散目的，同時，組合使用的高效軸流槳能將氣體與固體催化劑均勻地彌散在反應器內，達到快速反應的目的。

鑽井工藝

隨著我國採礦技術的不斷進步，我國各地正在逐漸採用氣體鑽井技術，目前普遍使用的是包括空氣、氮氣、天然氣的攜岩介質，而這三種中醫空氣因其所花成本較低被使用的較多，但是這一套用也有著巨大的安全隱患，因為在儲層的鑽進中空氣與天然氣接觸混合易產生爆炸事故。所以在保障安全的前提下，使用氮氣、天然氣是最為適宜的，而這兩種氣體的使用卻又會造成能源的巨大消耗、環境污染等，而直接的排放方式又加劇了這種損耗。

思路和流程

氣體循環鑽井工藝的思路是將排出井的固體、液體和氣體混合物實現科學析出分離，將液體和固體岩屑物質排出，再將氣體進行系統的分離、過濾和淨化後進行進一步的處理和循環利用。對於採用天然氣鑽井的，則可以將分離淨化後的氣體直接注入氣源裝置用於氣體鑽井利用。在流程上，氣體循環鑽井根據所使用的氣體而不同，主要以氮氣鑽井為例進行工藝流程的介紹。首先使用小容量的制氮設備製造所需氮氣，通過壓縮機、增壓機注入井中，根據系統設定的循環利用參數值，進行鑽采，鑽進後的氮氣循環利用，可以降低制氮設備的壓力，制氮設備可以用於補氣來配合鑽進加深和氣體損失所需氮氣。

在氮氣循環鑽井工藝系統中所需的設備主要有容量相對較小的制氮設備、分離設備、過濾設備、排料系統，這些裝置套用的技術在我國已經很成熟，實踐套用的穩定性和可靠性也十分良好。在這些設備中分離和過濾的裝置主要是利用的物理結構，在運行上本身幾乎不需要動力驅動，所以能夠大幅的降低能耗，對生產成本降低和環境保護具有重要意義。

具體步驟

1、制氮

制氮是在氣體鑽井開始前需要提前準備的，準備充足的氮氣後再通過壓縮機、增壓機開始注入井內，注入的氮氣達到鑽井所需的壓力、氣量的條件下，就可以進行鑽進了。實踐中，由於工期和時間的要求，可以在制氮完成後，繼續制氮，並通過壓縮機和增壓機將其注入儲罐內，從而在面臨鑽井所需時，即時注入井內，而無需等待制氮設備制氮。

2、空氣排氣

在有的鑽井中採用的是鑽井液鑽井和氣體鑽井結合的方法，對於上部分鑽井液鑽井是可以直接採用空氣氣舉排漿和乾燥井眼的方法進行排氣的，這樣可以省卻制氮所花費用。空氣排氣後再開始氮氣鑽井前，還需要先使用氮氣將井內的和管線中的空氣頂替排出，以免發生不必要的事故。

3、補氣

氣體循環鑽井開始以後，對於井口排出的混合物，經過有序的分離、過濾和淨化後，有用的氣體直接接入壓縮機、增壓機，被重新注入井內。鑽井中產生損耗或者深度增加，需要補充氮氣時，可以通過氮氣儲罐內的氮氣進行補氣，確保鑽井的順利進行。

4、接單根作業

接單根作業中會產生一定的氣量損耗，如何控制這種損耗，需要在設計中在鑽柱之上每隔一段距離接裝一個單向閥，以此來控制鑽柱內的氮氣損耗。對於換空中的氣量損耗可以使用旋轉防噴器來控制，實踐中可以直接關閉旋轉防噴器，也可以調節其靜壓值來完成控制氣量損耗的目的。但是上述方法存在一定的不安全性，所以為了安全起見，可以採取旁通管線的做法，在注氣管線與排砂管線之間接一條旁通管線，這樣能夠有效減少開關防噴器的次數，確保全全。

5、應急預案

在氣體循環鑽井中如果遇有井壁不穩或者地層出現滲水等問題，在處理時可能需要增加氣量，此時可以使用儲存與氮氣儲罐內的氮氣，也可以開啟制氮設備開始制氮，或者可以同時運用，以迅速的保證充足的氮氣，這樣在循環工藝系統下就幾乎不會出現氣量不足的問題。從上述步驟過程介紹來看，雖然氣體循環鑽井工藝系統較之常規的鑽井技術更為複雜，需要使用的設備、處理的環節等對較多，但是這樣一套系統可以通過完整成熟的自動系統來實現，其效率就顯著得多，為了確保可靠，也可以採用人工控制和自動控制相結合的方式，共同完成氣體循環鑽井。

最佳化和控制

一套氣體循環鑽井工藝系統是否能夠順利的進行鑽井開採，關鍵在於其方案設計的最佳化和科學穩定的系統控制。在實踐中鑽井可能會遇到各種不確定因素影響，所以實施的技術方案必須經過不斷的完善最佳化，儘可能考慮到多的情況，確保各個環節都能夠面臨複雜的施工環境和條件。而科學穩定的系統則是氣體循環鑽井順利進行的有效保障，系統需要對涉及的氣量補充、閥門開關、儲罐、制氮等各個環節進行有效的管理和協調，所以控制系統的科學有效與否對氣體循環鑽井意義重大，上文提到最安全有效的方式就是採用入工控制和自動化控制兩種方式結合的模式。