一种新型气体水合物管道生成装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型气体水合物管道生成装置，属于气体水合物应用及储运技术领域。该装置包括气液输送系统、冷却系统、管式水合物生成系统和气液循环系统4部分，装置包括依次连通的储气瓶、单向气阀、储气罐、温度表、压力表、拉瓦尔喷管、气体增压泵、文丘里射流单元、管式水合物反应器、水合物旋流分离装置、储液罐、饱和液罐、球阀。此外管式水合物反应器首尾和中部设有观察视窗，外部设有循环水浴。该装置可使气体无需外部冷却装置、减少传热介质，迅速使气体降温，提高水合物生成速率，节省设备成本，降低能耗，简化操作，大大降低成本。

A new gas hydrate pipe generating device

The invention discloses a new gas hydrate pipeline generation device, which belongs to the field of gas hydrate application, storage and transportation technology. The device includes 4 parts of gas and liquid transportation system, cooling system, tube hydrate formation system and gas and liquid circulation system. The device includes sequentially connected gas storage bottle, one-way valve, gas storage tank, thermometer, pressure meter, Lawal nozzle, gas booster pump, Venturi jet single element, tube hydrate reactor, hydrate spin. The flow separation device, liquid storage tank, saturated liquid tank and ball valve. In addition, there are observation windows in the first and middle parts of the tube type hydrate reactor, and a circulating water bath is arranged outside. The device can make gas without external cooling device, reduce heat transfer medium, reduce gas cooling quickly, improve hydrate formation rate, save equipment cost, reduce energy consumption, simplify operation, and greatly reduce cost.

【技术实现步骤摘要】
一种新型气体水合物管道生成装置
本专利技术属于气体水合物应用及储运
，涉及一种管道流动条件下的水合物生成装置。
技术介绍
天然气水合物是一种由主体分子(水)和客体分子(气体分子)在低温、高压下生成的一种非化学计量的冰状笼形包合物。可生成水合物的气体包括甲烷、乙烷、丙烷、CO2、H2S等。随着天然气水合物技术研究的不断深入，基于天然气生成的技术，如天然气储存与运输、二氧化碳捕获与封存、海水淡化和混合气体分离等技术的研究与应用的关注度越来越高。但是，在工业生产与运用过程中，基于水合物生成的相关技术应用的瓶颈主要在于生成条件高、生成速度慢、诱导时间长、储气密度低等。目前解决的关键问题就是提高水合物的生成速率和效率。目前强化水合物生成的方法分为两大类：化学物理强化和机械强化。化学物理强化主要是添加促进剂促进水合物的生成，促进剂有热力学促进剂和动力学促进剂。机械强化目前主要有搅拌法、鼓泡法、喷雾法、外场法等。机械强化主要是增大气液接触面积，快速散去水合反应中产生的热量。目前，搅拌法存在能量消耗大、储气密度低、易磨损等不利因素，在工业中很少单独使用，但是在大多数的静态水合物生成实验装置中应用很多；采用超声波雾化，增大气液接触面积，可以提高水合物生成速度，但是系统添加的超声波雾化器不仅投资费用增加，而且运行费用也增大。水合物的生成主要包括成核和生长两个过程。成核是指当溶液处于过冷状态或过饱和状态时，形成达到临界尺寸的稳定水合物核的过程，当晶核达到某一临界尺寸后，进入水合物的稳定生长阶段。成核过程中晶核的形成一般包括一段时间的诱导期，诱导期具有较大的随机性和不稳定性。此外，水合物生成过程中，会形成水合物膜，阻碍气体进入水相和水合物相，阻止水合物的生成。水合物生成的条件较为严格，这也是工业应用的难点。在水合物生成实验中，需要花费一定时间来进行降温，从而达到水合物生成的条件，这也意味这需要耗费能量来降温、保温。基于以上情况，本专利技术能够迅速降温且不需要其他传热介质，减少中间能耗，且可以同水充分接触，快速达到水合物生成的条件，加速水合物的生成。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对水合物生成须在低温高压下，对设备要求高，需要的能耗大，在现有的管道条件下水合物生成装置的基础上，对气体加压，利用拉瓦尔喷管，使气体先压缩加速达到超生速，再节流膨胀降温。并且通过拉瓦尔喷管特殊的性能和螺旋叶片结合，无需外部能量供应，实现气体的循环利用和气液的分离，从而实现低能耗、高效率、低成本、快速生成水合物的生成装置。要解决的技术问题是减少能源消耗并达到快速降温从而生成水合物，循环利用气体，消除传统水浴循环制冷存在的设备高成本和操作复杂性。整套设备控制在高压、低温的状态下，为气体水合物的快速生成提供基本的条件；在供气管道段设置拉瓦尔喷管和气体增压泵，迅速降低气体温度，且增加气体的压力，可利用多级串联冷却，实现降温后等温加压，从而提高气体水合物的生成速度；通过文丘里射流装置，使气液充分混合，且利用重力作用和气体流动，将液体带入管道；同时气体进入气体循环管道，利用拉瓦尔管和螺旋纽带实现无能耗、高效气液分离，实现洁净实验气体再利用。此外分离的液体和水合物小颗粒再次进入循环参与水合物生成，利用水合物生成的“记忆效应”，进一步提高水合物生成速率。总的说来，本专利技术的一种新型气体水合物生成装置，解决了以下几大难题：1.本装置利用拉瓦尔喷管冷却气体，经过气体增压泵增压，实现节流降温、省去水浴制冷设备，进而达到节省设备成本、降低能耗、简化操作的目的。2.本装置通过文丘里射流装置和放置在高于管道的储液罐，利用气体流速和重力作用，实现气体吸入管道，与气体充分混合。3.采用拉瓦尔喷管实现气体迅速降温，通过气液相互接触直接传热，无需第三传热介质，实现水合物快速生成。4.投资和运行费用低。本专利技术由气液输送系统、冷却系统、管式水合物生成系统和气液循环系统4部分构成。气液输送系统、冷却系统、管式水合物生成系统和气液循环系统4部分构成。对于气液输送系统主要包括储气瓶(1)、单向气阀1(2)、储气罐(3)、单向气阀2(4)、温度表1(5)、压力表2(6)、温度表2(11)、压力表2(12)、文丘里射流单元(13)、气体增压泵3(21)、单向气阀4(22)、单向气阀5(23)。冷却系统主要包括拉瓦尔喷管1(7)、气体增压泵1(8)、拉瓦尔喷管2(9)、气体增压泵2(10)。管式水合物生成系统主要包括可视窗口(14)、管式水合物反应器(15)，其外部设有循环水浴冷却夹套。气液循环系统主要包括水合物螺旋分离装置(16)、单向气阀3(17)、储液罐(18)、饱和液罐(19)、球阀1(20)。对于冷却系统，主要包括拉瓦尔喷管1(7)和拉瓦尔喷管2(9)，其从左到右包括渐缩管段、喉部、渐扩管段。其进口直径为0.35d～d，喉部直径为0.2d～0.6d，出口直径为0.35d～d，渐缩管段长度为0.35d～2d，渐扩管段长度为0.35d～4d，其中d表示管道内经。冷却系统的拉瓦尔喷管1(7)和拉瓦尔喷管2(9)与管道的连接方式为法兰连接。通过螺母连接，螺母间的角度为15°～30°。文丘里射流单元从左到右包括射流段、渐缩管段、喉部、渐扩管段。其进口直径为0.35d～d，喉部直径为0.2d～0.6d，出口直径为0.35d～d，渐缩管段长度为0.35d～2d，渐扩管段长度为0.35d～4d，其中d表示管道内经。本专利技术的显著优点在以下几个方面：(1)本装置利用拉瓦尔喷管冷却气体，经过气体增压泵增压，实现节流降温、省去水浴制冷设备，进而达到节省设备成本、降低能耗、简化操作的目的；(2)本装置通过文丘里射流装置和放置在高于管道的储液罐，利用气体流速和重力作用，实现气体吸入管道，与气体充分混合；(3)采用拉瓦尔喷管实现气体迅速降温，通过气液相互接触直接传热，无需第三传热介质，实现水合物快速生成；(4)投资和运行费用低。附图说明图1新型气体水合物生成装置示意图图2冷却系统拉瓦尔喷管示意图图3文丘里射流单元示意图图中：1储气瓶；2单向气阀1；3储气罐；4单向气阀2；5温度表1；6压力表2；7拉瓦尔喷管1；8气体增压泵1；9拉瓦尔喷管2；10气体增压泵2；11温度表2；12压力表2；13文丘里射流单元；14可视窗口；15管式水合物反应器；16水合物螺旋分离装置；17单向气阀3；18储液罐；19饱和液罐；20球阀1；21气体增压泵3；22单向气阀4；23单向气阀5。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细的说明，但本专利技术的实施方式并不仅限于此。本专利技术由气液输送系统、冷却系统、管式水合物生成系统和气液循环系统4部分构成。对于气液输送系统主要包括储气瓶(1)、单向气阀1(2)、储气罐(3)、单向气阀2(4)、温度表1(5)、压力表1(6)、温度表2(11)、压力表2(12)、文丘里射流单元(13)、气体增压泵3(21)、单向气阀4(22)、单向气阀5(23)。冷却系统主要包括拉瓦尔喷管1(7)、气体增压泵1(8)、拉瓦尔喷管2(9)、气体增压泵2(10)。管式水合物生成系统主要包括可视窗口(14)、管式水合物反应器(15)，其外部设有循环水浴冷却夹套。气液循环系统主要包括水合物螺旋分离装置(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型气体水合物管道生成装置，其特征在于气液输送系统、冷却系统、管式水合物生成系统和气液循环系统4部分构成。对于气液输送系统主要包括储气瓶(1)、单向气阀1(2)、储气罐(3)、单向气阀2(4)、温度表1(5)、压力表2(6)、温度表2(11)、压力表2(12)、文丘里射流单元(13)、气体增压泵3(21)、单向气阀4(22)、单向气阀5(23)。冷却系统主要包括拉瓦尔喷管1(7)、气体增压泵1(8)、拉瓦尔喷管2(9)、气体增压泵2(10)。管式水合物生成系统主要包括可视窗口(14)、管式水合物反应器(15)，其外部设有循环水浴冷却夹套。气液循环系统主要包括水合物螺旋分离装置(16)、单向气阀3(17)、储液罐(18)、饱和液罐(19)、球阀1(20)。

【技术特征摘要】
1.一种新型气体水合物管道生成装置，其特征在于气液输送系统、冷却系统、管式水合物生成系统和气液循环系统4部分构成。对于气液输送系统主要包括储气瓶(1)、单向气阀1(2)、储气罐(3)、单向气阀2(4)、温度表1(5)、压力表2(6)、温度表2(11)、压力表2(12)、文丘里射流单元(13)、气体增压泵3(21)、单向气阀4(22)、单向气阀5(23)。冷却系统主要包括拉瓦尔喷管1(7)、气体增压泵1(8)、拉瓦尔喷管2(9)、气体增压泵2(10)。管式水合物生成系统主要包括可视窗口(14)、管式水合物反应器(15)，其外部设有循环水浴冷却夹套。气液循环系统主要包括水合物螺旋分离装置(16)、单向气阀3(17)、储液罐(18)、饱和液罐(19)、球阀1(20)。2.根据权利要求1所述的一种新型气体水合物生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树立，闫朔，饶永超，蔡跃跃，周诗岽，葛昊，王子文，刘滨，丁博洋，黄俊尧，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32