旋流式水合物生成装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种旋流式水合物生成装置，具有制冷装置、三相分离器和旋流式反应器，所述的旋流式反应器包括内壳体和外壳体，外壳体与内壳体之间的空间形成冷水循环腔，所述内壳体内具有形成水气旋流效应的旋流腔和生成静态水合物的球形腔，旋流腔上部连接有将形成的水合物浆体流入三相分离器的溢流管，旋流腔侧壁上连接有进液口，制冷装置通向进液口的管路上连接有喷入表面活性剂的活性剂储罐，旋流腔和球形腔上分别设有通入压缩气体的进气口。本发明专利技术采用旋流技术，极大地促进了水合物生成过程中的传质、传热，降低了能耗，减少了成本。

【技术实现步骤摘要】
旋流式水合物生成装置
本专利技术涉及气体水合物
，尤其是一种旋流式水合物生成装置。
技术介绍
气体水合物是水与甲烷、乙烷、CO2及H2S等小分子气体在一定的压力和温度下形成的非化学计量性笼状晶体物质。目前，开发出了诸如水合物储运技术、水合物气体分离技术、水合物蓄冷技术、水合物海水淡化技术等应用技术，这些技术在各自相关的领域都具有较好的发展前景，但其应用首先需要解决的问题便是如何快速高效的生成水合物。气体水合物的生成是一个伴随着物质的转移与能量变化的过程，实质上是一个由传热和传质控制的过程，因此，强化水合物的生成过程也主要从传热、传质两个方向进行。传统的搅拌、喷淋、鼓泡等机械强化手段主要是为了增强气液扰动，强化气液间的传质过程。文章“CO2水合物生成的影响因素研究[J].贵州大学学报(自然科学版),2015,02:42-46.”研究发现随着搅拌速率的增大，CO2水合物的平均生长速率从0.283mmoL/min增大到1.132mmoL/min，且搅拌速率为800rpm时实验条件下的水合物的诱导期最短。但这种方法的能耗大，不利于工业化应用。采用外场的方式，诸如磁场、电场、超声波等促进水合物的生成，也是一个研究的方向。中国专利《用超声波生产水合物及水合物浆的装置与方法》(公开号：CN1788838)涉及一种用超声波生产水合物及水合物浆的装置与方法，此装置设计了一个适合于能够在高压下生产水合物及水合物浆的超声波反应器。但是采用超声波促进水合物反应的能耗大，安装费用高，并且生产的稳定性差。因此，急需设计出一套能耗低、可连续生成、面向工业化的水合物生成装置。专利技术内容本专利技术要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本专利技术提供一种低能耗、连续、稳定的旋流式水合物生成装置，解决现有水合物生成速率慢、效率低、无法连续生成等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种旋流式水合物生成装置，具有制冷装置、三相分离器和旋流式反应器，所述的旋流式反应器包括内壳体和外壳体，外壳体与内壳体之间的空间形成冷水循环腔，所述内壳体内具有形成水气旋流效应的旋流腔和生成静态水合物的球形腔，旋流腔上部连接有将形成的水合物浆体流入三相分离器的溢流管，旋流腔侧壁上连接有进液口，制冷装置通向进液口的管路上连接有喷入表面活性剂的活性剂储罐，旋流腔和球形腔上分别设有通入压缩气体的进气口。采用旋流技术极大的促进了水合物生成过程中的传质、传热，降低了能耗，减少了成本。为充分提供旋流腔和球形腔所需的压缩气体，位于通向旋流腔和球形腔上进气口的管路上设有通入外部气体的缓冲罐、压缩机和冷凝器，缓冲罐输出端与压缩机输入端相连，压缩机的输出端连接冷凝器的输入端，冷凝器的输出端通过自动调压阀分别连接旋流腔的进气口与球形腔的进气口。为实现作业循环流动连续性，所述的三相分离器的液相端与旋流式反应器的进液口相连，三相分离器的固相端通向储存库，三相分离器的气相端与缓冲罐的一端相连。为实现冷水循环腔内冷水的循环流动，所述的冷水循环腔上端设有冷水进口、下端设有冷水出口，冷水进口与冷水出口之间的外部管路上设有管式水冷器和实现冷水在冷水循环腔内循环流动的水泵。进一步地，所述的冷水循环腔包括自上而下连通的外圆筒腔、外圆锥腔和正方形水腔，所述的冷水进口位于外圆筒腔上部的阀盖上，所述的冷水出口位于正方形水腔底部。具体地，所述的旋流腔包括自上而下相通的内圆筒腔和内圆锥腔，进液口设置在内圆筒腔上且与内圆筒腔的腔体成切线连接，溢流管及旋流腔的进气口设在内圆筒腔的上部，内圆锥腔下部连通球形腔，球形腔的进气口设在球形腔上部，球形腔下部设有出液口，出液口与三相分离器的输入端相连。为提高水合物排出效果，所述的溢流管下端伸入旋流腔内，且溢流管的管口底部低于进液口的最低端。技术原理：水合物的生成是一个气液传质、传热的过程，当液体以一定的速度沿切线进入旋流腔时，遇到旋流腔的腔壁后被迫作回转运动。随着液体从旋流腔的内圆筒腔部分流向内圆锥腔部分，流动断面越来越小，在外层液体收缩压迫之下，内层液体不得不改变方向，转而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出。流动稳定后，通过旋流腔的进气口及球形腔的进气口，通入一定压力的气体，此时，旋流水合物反应器中有三个区域形成水合物，第一个区域是球形腔中的高压气体压入旋流产生的低压区中，形成带压空气柱，与旋流产生的循环流进行水合物反应；第二个区域是内圆筒腔上部的储气空间与旋流界面进行水合物反应；第三个区域是底部的球形腔中，底流与球形腔中的带压气体反应生成水合物。其中第一个区域与第二个区域中形成的水合物颗粒，由于比水的密度小，会逐渐的向内侧旋转，最终随水从溢流管流出形成水合物浆体，第三个区域中形成的水合物浆体，通过球形腔底部的出液口输出。整个反应中的温度通过冷水循环腔进行控制。本专利技术的有益效果是：本专利技术与现有的水合物生成装置相比，具有以下显著特点：首先，本装置采用了旋流方式，可以极大地促进气液之间的传质、传热，从而促进水合物的生成，同时摒弃了传统的机械强化方式，极大的节省了能耗；其次，采用自动调压阀调整进气压力，并采用导压管连接旋流腔与球形腔，确保装置的压力平衡，并可以防止出现安全事故；最后，本装置采用自动化程序对液位、压力、温度进行检测控制，减少了人工操作，降低了运行费用，且占地面积小，设备简单，可连续性运行，使用方便。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的结构原理示意图。图2是本专利技术所述旋流式反应器的结构示意图。图中：1.旋流腔2.球形腔3.溢流管4.进气口5.冷水进口6.压力传感器7.温度检测器8.旋流式反应器9.冷水循环腔10.储气空间11.进液口12.内壳体13.外壳体14.水泵15.液位检测器16.冷水出口17.出液口18.制冷装置19.活性剂储罐20.管式水冷器21.三相分离器25.缓冲罐27.第一截止阀28.第二截止阀29.第三截止阀30.第四截止阀31.第一单向阀32.第五截止阀33.自动调压阀34.第六截止阀35.第七截止阀36.第八截止阀37.第二单向阀38.第三单向阀39.冷凝器40.压缩机41.第九截止阀具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图1、图2所示的一种旋流式水合物生成装置，具有管路连接的制冷装置18、三相分离器21、旋流式反应器8、通有外部气体的缓冲罐25、压缩机40、冷凝器39、自带增压系统的活性剂储罐19以及管式水冷器20。所述的旋流式反应器8具有内壳体12和外壳体13，所述外壳体13与内壳体12之间的空间形成冷水循环腔9，所述的冷水循环腔9包括自上而下连通的外圆筒腔、外圆锥腔和正方形水腔，外圆筒腔侧方设有温度检测器7，位于外圆筒腔上部的阀盖上设有八个周向均布、直径为10～12cm的冷水进口5，位于正方形水腔底部设有八个周向均布、直径为10～12cm的冷水出口16，管式水冷器20设在冷水进口5与冷水出口16之间的外部管路上，通过水泵14实现冷水在冷水循环腔9内的循环流动。所述内壳体12内具有形成水气旋流效应的旋流腔1和生成静态水合物的球形腔2，所述的旋流腔1包括自上而下相通的内圆筒腔和内圆锥腔，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋流式水合物生成装置，具有制冷装置、三相分离器和旋流式反应器，其特征是：所述的旋流式反应器包括内壳体和外壳体，外壳体与内壳体之间的空间形成冷水循环腔，所述内壳体内具有形成水气旋流效应的旋流腔和生成静态水合物的球形腔，旋流腔上部连接有将形成的水合物浆体流入三相分离器的溢流管，旋流腔侧壁上连接有进液口，制冷装置通向进液口的管路上连接有喷入表面活性剂的活性剂储罐，旋流腔和球形腔上分别设有通入压缩气体的进气口。

【技术特征摘要】
1.一种旋流式水合物生成装置，具有制冷装置、三相分离器和旋流式反应器，其特征是：所述的旋流式反应器包括内壳体和外壳体，外壳体与内壳体之间的空间形成冷水循环腔，所述内壳体内具有形成水气旋流效应的旋流腔和生成静态水合物的球形腔，旋流腔上部连接有将形成的水合物浆体流入三相分离器的溢流管，旋流腔侧壁上连接有进液口，制冷装置通向进液口的管路上连接有喷入表面活性剂的活性剂储罐，旋流腔和球形腔上分别设有通入压缩气体的进气口。2.如权利要求1所述的旋流式水合物生成装置，其特征是：位于通向旋流腔和球形腔上进气口的管路上设有通入外部气体的缓冲罐、压缩机和冷凝器，缓冲罐输出端与压缩机输入端相连，压缩机的输出端连接冷凝器的输入端，冷凝器的输出端通过自动调压阀分别连接旋流腔的进气口与球形腔的进气口。3.如权利要求1所述的旋流式水合物生成装置，其特征是：所述的三相分离器的液相端与旋流式反应器的进液口相连，三相分离器的固相端通向储存库，三相分离器的气相端...

【专利技术属性】
技术研发人员：周诗岽，孙婷婷，赵永利，李聪，姬浩洋，王树立，吕晓方，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32