一种水合物快速合成装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水合物快速合成装置及方法，属于天然气水合物应用技术领域。设计水合反应搅动系统，在不同位置设置不同规格的搅动件，实现水合反应体系无规律扰动；设计水合反应周向自旋转系统，借助液体动能实现水合反应搅动系统周向搅动；设计水合反应轴向自旋转系统，改变进液口喷头结构，借助高压液体位能、动能及弹簧弹性势能，实现水合反应搅动系统轴向搅动；设计搅动伞，改变水合反应体系的气泡大小，加速水合反应速率。本发明专利技术主要是针对水合物生产工艺搅拌能耗高、反应速率及储气量低等问题，设计一种水合物快速合成装置及方法，实现水合物连续、快速、高效制备，为天然气储运工艺提供一种新途径。

Rapid synthesis device and method for hydrate

The invention relates to a fast hydrate synthesis device and a method, belonging to the technical field of natural gas hydrate application. Hydration reaction stirring system is designed, and different specifications of stirring parts are set in different positions to realize irregular disturbance of hydration reaction system; circumferential rotating system of hydration reaction is designed, circumferential stirring of hydration reaction stirring system is realized by means of liquid kinetic energy; axial rotating system of hydration reaction is designed to change the structure of inlet nozzle. With the help of high pressure liquid potential energy, kinetic energy and spring elastic potential energy, the axial agitation of hydration reaction agitation system is realized, and the agitation umbrella is designed to change the bubble size of hydration reaction system and accelerate the hydration reaction rate. The invention mainly aims at the problems of high stirring energy consumption, low reaction rate and low gas storage in hydrate production process, designs a rapid hydrate synthesis device and method, realizes the continuous, rapid and efficient preparation of hydrate, and provides a new way for natural gas storage and transportation technology.

【技术实现步骤摘要】
一种水合物快速合成装置及方法
本专利技术涉及一种水合物快速合成装置及方法，属于天然气水合物应用

技术介绍
我国气源离消费市场较远，管道投资较大、铺设较难，发展非管输供气方案，无疑对缓解我国紧张的能源供需局面有极大的帮助。目前，主要的非管输供气方案主要有压缩天然气(CNG)及液化天然气(LNG)两种。另外一方面，随着天然气水合物(NGH)相关技术的研究逐步成熟，采用NGH技术进行天然气储运也已经逐渐显露出了它的技术、经济优势。NGH技术对生产设备的要求不高，生产成本低，储存的条件相对较易实现，在水合物状态下储存天然气的设备不需要承受高压，且NGH本身的热导率为18.7W/(m.℃)，比一般的隔热材料(27W/(m.℃)左右)还低，不需特别的绝热措施，储罐可用普通钢材制造，对材料要求不高，而且储存和运输过程中安全性是相对最高的，充分显示了天然气水合物的发展潜力和诱人前景。日本JFE工程公司最早将管式反应器技术应用于天然气水合物快速生产，反应器采用了类似于换热器的结构，冷却效果好，能把生成水合物所放出的热量及时带走，促进了水合物的快速生成。日本MitssubishiHeavyIndLtd也提出了较为新型的管式水合反应器，气液两相在管内充分混和反应，管外喷淋冷却介质移除反应热。与常规反应器相比，该反应器结构比较简单，造价低廉，能耗低，工程放大比较容易；由于反应器管壁处温度最低，水合物往往在管壁处最先形成，同时由于流体边界层的存在，导致附着在管壁上的水合物不易被冲走，并向中心长大和积累，所以形成的水合物易阻塞反应管，水合物的取出比较困难。日本MitsuiEng&shipbuildeCoLtd研究了射流式水合反应器。低温水经高压泵循环后由射流器喷射，同时卷吸人天然气，混合后喷射进人反应器。该公司进一步提出了加装机械搅拌装置的新型射流式水合反应器，提高了气液混和效果，增大了传质速率。林于拉提出了射流器和静态混合器相结合的新型射流式水合反应器，进一步细化了气泡，提高了气液传质能力。由于气体是依靠射流造成的低压吸人，气体的流量不可能很大，生成水合物浆的浓度较小；要维持液体的高速射流；需要的外加能量也较大。目前，日本、挪威等国已经着手进行工业试生产，NGH的储气比相对较低，天然气水合物生产和储运工艺仍未成熟，仍未实现工业化生产天然气水合物。因此，设计一种的天然气水合反应器，提高水合物的形成速率，对于实现天然气经济高效储存与输送具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，设计一种水合物快速合成装置，并提供与本装置匹配的水合物快速合成方法，实现天然气水合物连续、快速、高效制备，为天然气储运工艺提供一种新途径。本专利技术主要解决了以下几个问题：(1)设计水合反应搅动系统，在水合反应体系不同位置设置不同规格的搅动件，通过搅动系统的周向、轴向运动，实现水合反应体系无规律扰动，促进水合反应快速进行。(2)设计水合反应周向自旋转系统，借助输水泵增压后液体对旋转轮进行冲击影响，实现水合反应搅动系统连续周向搅动。(3)设计水合反应轴向自旋转系统，改变进液口喷头结构，借助高压液体的位能、动能及弹簧的弹性势能，完成水合反应搅动系统轴向搅动。(4)设计搅动伞，通过搅动伞连续转动，降低气体在进气口喷头处的聚集率，改变水合反应体系的气泡尺寸。(5)设计与该装置匹配的水合物合成方法，实现天然气水合物快速制备、经济高效制备。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种水合物快速合成装置包括进液管3、进气管7、吹扫管8、水合反应器9、保温夹套10、冷剂管11、冷能供应系统12、水合物浆液外排管13、冷气收集管14；所述的水合反应器9设有保温夹套10，通过进液管线3、进气管7、吹扫管8、冷剂管11分别与储液罐1、储气罐5、氮气瓶6、冷能供应系统12连接，通过水合物浆液外排管13、冷气收集管14与水合物浆液外输处理单元连接。进一步的，所述的水合反应器9包括水合反应壳体16、压力传感器17、温度传感器18、旋转轮19、旋转壳体20、进液口21、第一排液喷头22、第二排液喷头23、第三排液喷头24、旋转杆25、弹簧26、连接座27、第一承压板28、第二承压板29、圆台挡块30、第一搅动件31、第二搅动件32、第三搅动件33、第四搅动件34、搅动伞35、排气喷头36；所述的水合反应壳体16顶部设有压力传感器17、温度传感器18，底部设有排气喷头36，所述的旋转轮19安装在旋转壳体20内，所述的旋转壳体20设有进液口21、第一排液喷头22、第二排液喷头23、第三排液喷头24，与旋转杆25连接，所述的旋转杆25设有圆台挡块30、搅动伞35，所述的连接座27与弹簧26连接，左、右两边分别设有第一承压板28、第二承压板29，所述的第一承压板28设有第一搅动件31、第二搅动件32，所述的第二承压板29设有第三搅动件33、第四搅动件34。进一步的，所述的进液口21与第一排液喷头22、第二排液喷头23、第三排液喷头24的夹角分别为45°、90°、135°。进一步的，所述的第一排液喷头22、第二排液喷头23、第三排液喷头24喷嘴形状相同，喷嘴中心分布7个直径为10～20mm小孔，周围分布若干直径为0.5～1mm的孔眼。进一步的，所述的第一承压板28、第二承压板29是两个形状完全相同的扇形承压板，圆心角为15°～50°，半径是水合反应器半径的0.5～0.8倍。进一步的，所述的第一搅动件31、第二搅动件32、第三搅动件33、第四搅动件34是四个形状相同、长度不同的搅动棒，第一搅动件31与第二搅动件32长度之和等于第三搅动件33与第四搅动件34长度之和。进一步的，所述的搅动伞35壁面设有4～8个长方形通孔37，与水平方向夹角为25～45°。进一步的，所述的排气喷头36安装在搅动伞35下方。进一步的，一种水合物快速合成方法包括以下步骤；S1、初始准备打开吹扫管线8阀门，使用氮气瓶6对水合反应器9进行吹扫，排除内部空气，吹扫完毕后关闭吹扫管线8阀门，然后打开冷剂管线11阀门，冷剂在冷剂管线11中流动，为水合反应器9提供冷量；S2、水合物合成打开进气管线7阀门，储气罐5内的天然气进入水合反应器9，当水合反应器9压力达到设定值时，打开进液管线3阀门，储液罐1内的水经输水泵2增压后进入水合反应器9进行水合反应，采用周向、轴向自旋转搅动法进行无规律搅动，加速天然气水合物合成；S3、水合物浆液排出水位高度超过水合物浆液出口，水合物浆液经水合物浆液出口管13进入水合物浆液外输处理单元15，水合物浆液外输处理单元15的气体经冷气收集管14回到水合反应器9，液体经回液管4进入储液罐1。进一步的，步骤S2中所述的周向、轴向自旋转搅动法包括以下步骤；K1、在周向自旋转系统中，高压水推动旋转壳体20内的旋转轮19转动，旋转轮19带动旋转杆25转动，第一承压板28、第二承压板29、第一搅动件31、第二搅动件32、第三搅动件33、第四搅动件34发生转动，搅动单元在水合反应体系进行周向搅动；K2、在轴向自旋转系统中，高压水在第一排液喷头22、第二排液喷头23、第三排液喷头24的中心处呈水柱喷射流出，喷头四周呈雾状喷射流出，第一承压板28、第二承压板29在水流冲击下带动第一搅动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水合物快速合成装置，其特征在于：包括进液管(3)、进气管(7)、吹扫管(8)、水合反应器(9)、保温夹套(10)、冷剂管(11)、冷能供应系统(12)、水合物浆液外排管(13)、冷气收集管(14)；所述的水合反应器(9)设有保温夹套(10)，通过进液管线(3)、进气管(7)、吹扫管(8)、冷剂管(11)分别与储液罐(1)、储气罐(5)、氮气瓶(6)、冷能供应系统(12)连接，通过水合物浆液外排管(13)、冷气收集管(14)与水合物浆液外输处理单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种水合物快速合成装置，其特征在于：包括进液管(3)、进气管(7)、吹扫管(8)、水合反应器(9)、保温夹套(10)、冷剂管(11)、冷能供应系统(12)、水合物浆液外排管(13)、冷气收集管(14)；所述的水合反应器(9)设有保温夹套(10)，通过进液管线(3)、进气管(7)、吹扫管(8)、冷剂管(11)分别与储液罐(1)、储气罐(5)、氮气瓶(6)、冷能供应系统(12)连接，通过水合物浆液外排管(13)、冷气收集管(14)与水合物浆液外输处理单元连接。2.根据权利要求1所述的水合物快速合成装置，其特征在于：所述的水合反应器(9)包括水合反应壳体(16)、压力传感器(17)、温度传感器(18)、旋转轮(19)、旋转壳体(20)、进液口(21)、第一排液喷头(22)、第二排液喷头(23)、第三排液喷头(24)、旋转杆(25)、弹簧(26)、连接座(27)、第一承压板(28)、第二承压板(29)、圆台挡块(30)、第一搅动件(31)、第二搅动件(32)、第三搅动件(33)、第四搅动件(34)、搅动伞(35)、排气喷头(36)；所述的水合反应壳体(16)顶部设有压力传感器(17)、温度传感器(18)，底部设有排气喷头(36)，所述的旋转轮(19)安装在旋转壳体(20)内，所述的旋转壳体(20)设有进液口(21)、第一排液喷头(22)、第二排液喷头(23)、第三排液喷头(24)，与旋转杆(25)连接，所述的旋转杆(25)设有圆台挡块(30)、搅动伞(35)，所述的连接座(27)与弹簧(26)连接，左、右两边分别设有第一承压板(28)、第二承压板(29)，所述的第一承压板(28)设有第一搅动件(31)、第二搅动件(32)，所述的第二承压板(29)设有第三搅动件(33)、第四搅动件(34)。3.根据权利要求2所述的水合物快速合成装置，其特征在于：所述的进液口(21)与第一排液喷头(22)、第二排液喷头(23)、第三排液喷头(24)的夹角分别为45°、90°、135°。4.根据权利要求2所述的水合物快速合成装置，其特征在于：所述的第一排液喷头(22)、第二排液喷头(23)、第三排液喷头(24)喷嘴形状相同，喷嘴中心分布7个直径为10～20mm小孔，周围分布若干直径为0.5～1mm的孔眼。5.根据权利要求2所述的水合物快速合成装置，其特征在于：所述的第一承压板(28)、第二承压板(29)是两个形状完全相同的扇形承压板，圆心角为15°～50°，半径是水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武，郭琴，谷雪琴，付和银，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51