块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法，涉及可燃冰的制备技术领域，包括进水管、进气管、真空泵和反应器，所述进水管依次通过增压泵、预冷系统和高压雾化器与反应器的内腔连通；所述进气管通过气体增压泵与反应器的内腔连通；所述真空泵与反应器的内腔连通；所述反应器的外表面设有空腔，所述反应器的空腔内充满冷却循环水。本发明专利技术的有益效果是，可燃冰在反应器内的合成可持续进行，不需要关闭系统以取出合成的可燃冰；合成的可燃冰经压实装置一次成形，天然气饱和度高，单位体积储气量高；合成的块状可燃冰自保护效应好，可用于天然气的长距离运输；本装置不仅适用于可燃冰，同时也适用于合成其他水合物如二氧化碳水合物等。

Continuous preparation device for lump flammable ice and preparation method thereof

The invention discloses a continuous preparation device for massive combustible ice and a preparation method, which involves the technical field of the preparation of flammable ice, including a water inlet pipe, an intake pipe, a vacuum pump and a reactor. The inlet pipe is connected with the inner cavity of the reactor by a supercharging pump, a pre cooling system and a high-pressure atomizer. The body pressurized pump is connected with the inner cavity of the reactor; the vacuum pump is connected with the inner cavity of the reactor; the outer surface of the reactor is provided with a cavity, and the cavity of the reactor is filled with cooling circulating water. The beneficial effect of the invention is that the synthesis of combustible ice in the reactor is sustainable without the need to close the system to remove the synthesized combustible ice; the synthesized combustible ice is formed once by a compacting device, with high natural gas saturation and high gas storage per unit volume, and the synthetic block shaped combustible ice has good self protection effect and can be used for natural gas. Long distance transportation; this device is not only suitable for combustible ice, but also for synthesizing other hydrate such as carbon dioxide hydrate.

【技术实现步骤摘要】
块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法
本专利技术涉及可燃冰的制备
，特别是一种块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法。
技术介绍
天然气水合物(可燃冰)是由天然气和水在一定温压条件下形成的一种晶状笼型物质。一般而言，1立方米可燃冰可储存150-180立方米的甲烷气体，能量密度很高。由于可燃冰具有制备技术简单、性能稳定、储存安全等特点，在天然气储运等方面具有较好的工业前景。而目前限制可燃冰技术应用的主要问题在于可燃冰生成的速率缓慢，饱和度偏低。因为可燃冰的形成要经过气体溶解、晶核生成和晶体生长等阶段，而天然气组分气体在水中的溶解度很小，可燃冰只能在气、液界面形成，且开始形成的膜状可燃冰阻止了气体与水溶液的进一步接触，可燃冰生成过程由反应速率控制变为气体扩散速率控制，使得可燃冰的自然生成速度十分缓慢，可燃冰实际储气量低于其理论值，远远不能满足工业应用的需要。因此，研发可燃冰高效连续合成技术及工艺具有重要意义。目前，常用的可燃冰合成方法包括：(1)机械法搅拌法：搅拌增加了气体的扩散速率，可燃冰诱导时间和生成时间都大大缩短；(2)喷雾法：将水或溶液经过喷嘴雾化到充满气体的反应釜中，通过雾化液体，将液相分散到气相中，可以极大地提高气液接触面积，从而提高可燃冰的生成速度，只要增加喷嘴数量就可应用于工业中实现放大；(3)鼓泡法：向装有水或溶液的反应釜内通入气体，气体从底部经分布器或喷嘴以气泡的形式通过液相发生反应。鼓泡法除了增大气液接触面积，增加气体溶解度，在传热方面也具有很大的优势；(4)超重力法：通过高速旋转的填料产生强大的离心力场，巨大的剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，微观混合和传质过程得到极大的强化。提高了气液接触总比表面积，促进了溶解成核过程，提高了晶体填充率；(5)化学法：通过在水中添加化学添加剂改变液体微观结构，降低气液界面张力，增加气体在液相中的溶解度和扩散系数，强化气液接触，促进可燃冰成核生长。针对上述的方法，已经开发出了一些专利技术用于可燃冰合成工艺。例如:中国专利技术专利“一种水合物快速合成装置”CN106010698，利用喷淋装置联合鼓泡法快速合成水合物。日本专利JP2005263825A与美国专利US8354565B1，均将水与天然气混合后，经高压泵由射流器喷射进入反应器中，直接或在搅拌装置下生成可燃冰。中国专利“一种喷雾强化水合物连续制备装置”CN200951393Y，利用雾化器从反应器顶部喷嘴雾化水，以增大水与天然气之间的接触面积以加快可燃冰的生成。上述可燃冰合成技术虽然可以实现可燃冰的快速合成，然而生成的可燃冰多为浆状，无法实现连续制备。生成的可燃冰要在反应结束并打开装置之后才可以取出，不能满足固体可燃冰在高压状态下的连续制备。这些不足之处极大地阻碍了其在天然气储运技术上的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对上述存在的不足，提出一种块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法，能够进行可燃冰的快速合成，为可燃冰法储运天然气打下了坚实的基础。实现上述目的本专利技术的技术方案为，一种块状可燃冰的连续制备装置，包括进水管、进气管、真空泵和反应器，还包括堆积单元和压缩单元，所述进水管依次通过增压泵、预冷系统和高压雾化器与反应器的内腔连通；所述进气管通过气体增压泵与反应器的内腔连通；所述真空泵与反应器的内腔连通；所述反应器的外表面设有空腔，所述反应器的空腔内充满冷却循环水，所述堆积单元设置在反应器的空腔内，所述压缩单元设置在反应器的出口处。进一步的，所述堆积单元包括刮板和与刮板连接的控制杆，所述刮板的侧壁与反应器的内腔侧壁活动连接，所述刮板设有与反应器内腔入口对应的通孔，所述刮板的行程末端为压缩单元。进一步的，所述高压雾化器设置在反应器的顶端。进一步的，所述压缩单元包括压缩腔、球阀和一对相对设置的冲压器，所述球阀活动设置在压缩腔内，所述球阀设有通孔；所述冲压器包括冲压腔和与球阀通孔相匹配的冲头，所述冲头活动设置在冲压腔内。在上述块状可燃冰的连续制备装置基础上，提供了一种制备方法，包括如下步骤：A、使用真空泵对反应器抽真空，排空反应器内的空气；B、设定气体增压泵的压力，将天然气利用气体增压泵增压后通入反应器中并利用冷却循环水对反应器降温；C、使水通过增压泵与预冷系统进入高压雾化器，雾化后进入反应器中；D、反应一定时间后，将球阀的通孔正对刮板，控制刮板将反应器内壁上附着的可燃冰刮至反应器一端的球阀通孔内；E、转动球阀，取出可燃冰；F、依次重复上述各个步骤。进一步的，所述步骤E包括：E1、转动球阀，使两相对的冲头正对球阀的通孔；E2、两冲头向球阀的通孔向前运动，压实可燃冰；E3、一冲头继续向前运动，另一冲头回缩出球阀通孔；E4、取出可燃冰，上述E3中的另一冲头退出球阀。合成可燃冰时，首先通过真空泵排出反应器内的空气。天然气由供气管路经气体增压泵增压到预定的反应压力后，由气源与反应器的连接管道进入反应器中，建立可燃冰形成的压力条件。通过外部冷媒水循环系统对反应器内进行降温，达到可燃冰形成需要的压力与温度条件。参与可燃冰合成的水通过增压泵增压，外冷却器降温之后，经反应器顶部雾化喷嘴雾化后进入反应器，雾化后的水分子与天然气分子在反应器中充分接触，在很短的时间后就可以制备出粉末状或絮状的可燃冰。可燃冰在反应器内的合成过程中，天然气通过增压泵与压力传感器进行控制，使反应器的气体压力一直维持在设定的压力范围内。反应器外的循环制冷系统则持续工作保持反应器的温度不致于因可燃冰合成放热而过高。反应外部可用隔热材料保护以降低能耗。当可燃冰在反应器内的合成反应进行一段时间之后，通过反应器内的刮板可以将反应器内部以及内壁上附着的絮状或粉末状可燃冰压至反应器底部。此时通过转动反应器底部球阀可将上部反应器密封，同时进入球阀内腔的可燃冰经冲压系统压制成块状可燃冰。该过程是在保持温度、压力不变的情况下连续进行的，这样一方面可燃冰不断生成，另一方面，生成的可燃冰不断地被压制成型，是一个快速、连续的生产过程。利用本专利技术的技术方案制作的块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法，其有益效果是：可燃冰在反应器内的合成可持续进行，不需要关闭系统以取出合成的可燃冰；合成的可燃冰经压实装置一次成形，天然气饱和度高，单位体积储气量高，在高压下生成的粉末状或絮状可燃冰的快速压制成型，真正实现了快速、连续地生产压实的块状可燃冰；合成的块状可燃冰自保护效应好，可用于天然气的长距离运输；本装置不仅适用于可燃冰，同时也适用于合成其他水合物如二氧化碳水合物等。附图说明图1是本申请块状可燃冰的连续制备装置的结构示意图；图2是本申请制备方法的状态示意图Ⅰ；图3是本申请制备方法的状态示意图Ⅱ。以上各图中，1、进水管；2、进气管；3、真空泵；4、反应器；5、增压泵；6、预冷系统；7、高压雾化器；8、气体增压泵；9、冷却循环水；10、刮板；11、控制杆；12、压缩腔；13、球阀；14、冲压腔；15、冲头。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：本申请提出一种块状可燃冰的连续制备装置，该装置在预充天然气的反应器中，由反应器顶部喷出超细雾化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种块状可燃冰的连续制备装置，包括进水管(1)、进气管(2)、真空泵(3)和反应器(4)，其特征在于，还包括堆积单元和压缩单元，所述进水管(1)依次通过增压泵(5)、预冷系统(6)和高压雾化器(7)与反应器(4)的内腔连通；所述进气管(2)通过气体增压泵(8)与反应器(4)的内腔连通；所述真空泵(3)与反应器(4)的内腔连通；所述反应器(4)的外表面设有空腔，所述反应器(4)的空腔内充满冷却循环水(9)，所述堆积单元设置在反应器(4)的空腔内，所述压缩单元设置在反应器(4)的出口处。

【技术特征摘要】
1.一种块状可燃冰的连续制备装置，包括进水管(1)、进气管(2)、真空泵(3)和反应器(4)，其特征在于，还包括堆积单元和压缩单元，所述进水管(1)依次通过增压泵(5)、预冷系统(6)和高压雾化器(7)与反应器(4)的内腔连通；所述进气管(2)通过气体增压泵(8)与反应器(4)的内腔连通；所述真空泵(3)与反应器(4)的内腔连通；所述反应器(4)的外表面设有空腔，所述反应器(4)的空腔内充满冷却循环水(9)，所述堆积单元设置在反应器(4)的空腔内，所述压缩单元设置在反应器(4)的出口处。2.根据权利要求1所述的块状可燃冰的连续制备装置，其特征在于，所述堆积单元包括刮板(10)和与刮板(10)连接的控制杆(11)，所述刮板(10)的侧壁与反应器(4)的内腔侧壁活动连接，所述刮板(10)设有与反应器(4)内腔入口对应的通孔，所述刮板(10)的行程末端为压缩单元。3.根据权利要求1所述的块状可燃冰的连续制备装置，其特征在于，所述高压雾化器(7)设置在反应器(4)的顶端。4.根据权利要求1所述的块状可燃冰的连续制备装置，其特征在于，所述压缩单元包括压缩腔(12)、球阀(13)和一对相对设置的冲压器，所述球阀(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昌岭，郝锡荦，孟庆国，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37