一种绞笼式天然气水合物连续反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于天然气水合物生产设备技术领域，具体涉及一种绞笼式天然气水合物连续反应装置，主体结构包括绞笼反应釜、收集单元、超声分散单元、控制和监测单元、动力单元、供气单元、供液单元和高低温恒温箱，利用绞笼反应釜中绞笼杆的搅拌和超声分散单元实现天然气水合物高效、快速的连续反应，借助绞笼叶片上的通孔和绞笼叶片的减缩式螺距设计实现天然气水合物的分离和压实，利用收集单元实现天然气水合物的收集，并可通过添加动力学和热力学促进剂进一步加快天然气水合物的连续反应；利用绞笼结构对固体优良的输送能力，通过添加活性炭等多孔介质可提高天然气水合物的反应和转化效率。

A Stranded Cage Type Continuous Reaction Device for Natural Gas Hydrate

【技术实现步骤摘要】
一种绞笼式天然气水合物连续反应装置
：本专利技术属于天然气水合物生产设备
，涉及一种绞笼式天然气水合物连续反应装置。
技术介绍
：天然气水合物是由客体分子储存于水分子笼中的一种非化学计量笼型结晶化合物，不同大小的客体分子占据不同的水分子笼，从而形成不同类型的水合物。由于储量巨大、环境友好等特点，作为一种清洁能源，天然气水合物势必在未来能源结构中占据重要的地位。此外，由于天然气水合物中水分子笼对客体分子优异的捕集能力，以及对不同客体分子捕集时表现出来的差异，使得天然气水合物在储氢、天然气储存、海水淡化、气体分离等领域同样表现出了独特的优势和广阔的应用前景。以天然气储存为例，1m3天然气水合物在标况下可分解0.8m3水和160-180m3天然气，与压缩天然气(CNG)和液化石油气(LNG)相比，具有成本低、储存环境温和以及安全等优点。然而，天然气水合物相对苛刻的生长环境导致其结晶困难、诱导期长、生成速度缓慢，限制了推广和应用，缩短天然气水合物的诱导期，增加反应速度，实现高效、快速、连续的生成技术是进一步推广和应用的关键。天然气水合物的生长涉及成核-微晶-结晶-聚集4个阶段，通过改善相平衡条件，提高传热和传质效率，化学法和机械法被广泛用来提高天然气水合物的生成，并取得了非常好的效果。与化学法相比，机械法可以实现天然气水合物的多级、连续反应，以及分离、压实与收集，例如：中国专利201610005395.3公开的一种基于气体节流技术的连续式气体水合物浆合成装置包括π型水合物反应器、进气系统、收集装置、循环系统以及数据测量与控制系统，π型水合物反应器分别与进气系统、收集装置、循环系统以及数据测量与控制系统直接相连；π型水合物反应器分为左部和右部，右部为气体水合物的生成区，利用气体水合物密度低于水的特性，待气体水合物颗粒上浮后自动流到左部，左部为水合物浆的分离和收集区；π型水合物反应器包括制冷盘管、安全阀、细孔滤网、水合物浆出口以及出水口，制冷盘管位于π型水合物反应器内壁，用于准确控制π型水合物反应器内的温度；安全阀位于反应器左部上端；细孔滤网位于π型水合物反应器左部的下端，倾斜布置贴于π型水合物反应器内壁，对水合物浆进行初步过滤，水合物浆从水合物浆出口流出，该水合物浆出口无法使气体通过；出水口设置在π型水合物反应器左下端，用于溶液循环；π型水合物反应器的上端和下端均设有可自由拆卸的堵头，方便安装和维修；进气系统包括高压气罐、进气泵、气体节流装置、可控背压阀及干燥器，高压气源通过减压阀与进气泵相连，向π型水合物反应器内输送气体，使水合物生成环境处于气饱和状态，保证连续生成水合物；进气泵与气体节流装置连通，以恒定压力将气体输送到节流装置；气体节流装置位于π型水合物反应器右部下端，气体经节流装置流入π型水合物反应器；该节流装置为单向流通，仅允许气体流入；可控背压阀安装在π型水合物反应器右部上端，与干燥器连通，最终接入进气管路连接进气泵；收集装置包括固液混输泵、单向逆止阀以及水合物浆储存罐，固液混输泵通过单向逆止阀与水合物浆出口相连，用于收集所形成的水合物浆；收集到的水合物浆被回收到水合物浆储存罐中；循环系统包括液位传感器、单向逆止阀、抽液泵、进液泵和溶液罐，液位传感器安装在π型水合物反应器左部下端，用于测量过滤后得到的溶液高度；π型水合物反应器左部下端的出水口与单向逆止阀相连，只允许水从出口流出；抽液泵的进口与单向逆止阀相连，出口与进液泵连通；抽液泵根据过滤后得到的溶液高度自动运行，单向逆止阀跟随抽液泵的启停而开关；当过滤后得到的溶液高度大于设定值，表示水量过多，抽液泵自动启动将溶液抽出，单向阀门跟随打开，过滤后得到的溶液将重新补给到反应器内，实现溶液的重复利用；当过滤后得到的溶液高度小于设定值，抽液泵停止运行，单向阀随之自动关闭；连通溶液罐的进液泵自动运行，向反应器内补液，直到反应器左部的溶液液位高于设定值即停止运行；数据测量与控制系统包括温度传感器、压力传感器、数据转换模块和工控机，温度传感器和压力传感器安装在反应器上端，用于检测反应器内的温度和压力；温度传感器和压力传感器通过A/D转换模块与工控机相连，各泵、阀门均由工控机统一实行自动控制；中国专利201811521133.8公开的一种连续制备水合物的造粒装置包括水合物反应器、稳流供液系统、稳流供气体统、温度控制系统、造粒挤压系统和驱动控制系统；水合物反应器，为水平放置的承压圆管，底部设有进气口，侧面设有进液口；稳流供液系统，以恒定速度向水合物反应器通入溶液；稳流供气系统，以恒定速度向水合物反应器通入气体；温度控制系统，控制通入水合物反应器中的气体、溶液的温度；造粒挤压系统，包括三个置于水合物反应器内且可沿水合物反应器轴向移动的磁性活塞，磁性活塞呈圆柱形，且磁性活塞外壁与水合物反应器内壁气密接触；驱动控制系统，包括三个置于水合物反应器外且可沿水合物反应器轴向移动的驱动磁条，三个驱动磁条与三个磁性活塞一一对应，通过驱动磁条的运动带动与之对应的磁性活塞同步运动。因此，机械法是天然气水合物工业化应用的关键。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种绞笼式天然气水合物连续反应装置，实现天然气水合物高效、快速、连续反应、以及分离、压实和收集。为了实现上述目的，本专利技术涉及的绞笼式天然气水合物连续反应装置的主体结构包括绞笼反应釜、收集单元、超声分散单元、控制和监测单元、动力单元、供气单元、供液单元和高低温恒温箱；绞笼反应釜上设置有收集单元、超声分散单元以及控制和监测单元，绞笼反应釜的上端与动力单元连接，绞笼反应釜的下端分别与供气单元和供液单元连接，绞笼反应釜、收集单元、超声分散单元的部分组件、控制和监测单元的部分组件、动力单元、供气单元的部分组件以及供液单元设置于高低温恒温箱中。本专利技术涉及的绞笼反应釜的主体结构包括筒体、反应可视窗、密封圈、一号压板、出料口、上堵头、下堵头、快开夹、轴承、绞笼杆、绞笼叶片和通孔；圆环状结构的筒体的上部和下部分别对开一组反应可视窗，筒体与反应可视窗之间设置有密封圈，反应可视窗和密封圈由一号压板螺栓式固定，筒体的上端开设有圆形结构的出料口，筒体的顶端和底端分别由上堵头和下堵头封闭，筒体与上堵头和下堵头之间设置有快开夹，下堵头内置轴承，筒体的空心中设置有绞笼杆，轴承与绞笼杆连接，绞笼杆上设置有螺旋状结构的绞笼叶片，绞笼叶片上均布有通孔。本专利技术涉及的收集单元的主体结构包括球阀、波纹管、收集罐、堵头、快开夹具和收集可视窗；球阀的一端与出料口连接，球阀的另一端通过波纹管与收集罐柔性连接，收集罐的顶部设置有堵头，收集罐与堵头之间设置有快开夹具，收集罐的上部和下部分别对开一组收集可视窗。本专利技术涉及的超声分散单元的主体结构包括超声波探头、密封垫、二号压板、导线和超声波发生器；超声波探头埋置于筒体下部距离下堵头1/4处，筒体与超声波探头之间设置有密封垫，超声波探头由二号压板螺栓式固定，超声波探头通过穿过二号压板的导线与设置在高低温恒温箱外部的超声波发生器连接。本专利技术涉及的控制和监测单元的主体结构包括一号温度传感器、一号压力传感器、电缆和数据采集箱；一号温度传感器埋置于下堵头中，一号压力传感器与筒体上部设置的三通连接，三通还与筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于主体结构包括绞笼反应釜、收集单元、超声分散单元、控制和监测单元、动力单元、供气单元、供液单元和高低温恒温箱；绞笼反应釜上设置有收集单元、超声分散单元以及控制和监测单元，绞笼反应釜的上端与动力单元连接，绞笼反应釜的下端分别与供气单元和供液单元连接，绞笼反应釜、收集单元、超声分散单元的部分组件、控制和监测单元的部分组件、动力单元、供气单元的部分组件以及供液单元设置于高低温恒温箱中。

【技术特征摘要】
1.一种绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于主体结构包括绞笼反应釜、收集单元、超声分散单元、控制和监测单元、动力单元、供气单元、供液单元和高低温恒温箱；绞笼反应釜上设置有收集单元、超声分散单元以及控制和监测单元，绞笼反应釜的上端与动力单元连接，绞笼反应釜的下端分别与供气单元和供液单元连接，绞笼反应釜、收集单元、超声分散单元的部分组件、控制和监测单元的部分组件、动力单元、供气单元的部分组件以及供液单元设置于高低温恒温箱中。2.根据权利要求1所述的绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于绞笼反应釜的主体结构包括筒体、反应可视窗、密封圈、一号压板、出料口、上堵头、下堵头、快开夹、轴承、绞笼杆、绞笼叶片和通孔；圆环状结构的筒体的上部和下部分别对开一组反应可视窗，筒体与反应可视窗之间设置有密封圈，反应可视窗和密封圈由一号压板螺栓式固定，筒体的上端开设有圆形结构的出料口，筒体的顶端和底端分别由上堵头和下堵头封闭，筒体与上堵头和下堵头之间设置有快开夹，下堵头内置轴承，筒体的空心中设置有绞笼杆，轴承与绞笼杆连接，绞笼杆上设置有螺旋状结构的绞笼叶片，绞笼叶片上均布有通孔。3.根据权利要求1所述的绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于收集单元的主体结构包括球阀、波纹管、收集罐、堵头、快开夹具和收集可视窗；球阀的一端与出料口连接，球阀的另一端通过波纹管与收集罐柔性连接，收集罐的顶部设置有堵头，收集罐与堵头之间设置有快开夹具，收集罐的上部和下部分别对开一组收集可视窗。4.根据权利要求1所述的绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于超声分散单元的主体结构包括超声波探头、密封垫、二号压板、导线和超声波发生器；超声波探头埋置于筒体下部距离下堵头1/4处，筒体与超声波探头之间设置有密封垫，超声波探头由二号压板螺栓式固定，超声波探头通过穿过二号压板的导线与设置在高低温恒温箱外部的超声波发生器连接。5.根据权利要求1所述的绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于控制和监测单元的主体结构包括一号温度传感器、一号压力传感器、电缆和数据采集箱；一号温度传感器埋置于下堵头中，一号压力传感器与筒体上部设置的三通连接，三通还与筒体放空阀连接，一号温度传感器和一号压力传感器分别通过电缆与设置在高低温恒温箱外部的数据采集箱连接。6.根据权利要求1所述的绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于动力单元的主体结构包括电机和磁力搅拌机构；电机与磁力搅拌机构连接，磁力搅拌机构与上堵头连接，磁力搅拌机构的搅拌杆通过上堵头伸入筒体中与绞笼杆连接。7.根据权利要求1所述的绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于供气单元的主体结构包括气瓶、进气管道、气体储罐、调压阀、进气阀门、放空阀、二号温度传感器、二号压力传感器、送气管道、送气阀门、气体流量控制器和一号单向阀；设置在高低温恒温箱外部的气瓶通过进气管道与设置在高低温恒温箱内部的气体储罐连接，进气管道上设置有调压阀、进气阀门和放空阀，调压阀位于高低温恒温箱的外部，进气阀门和放空阀位于高低温恒温箱的内部，气体储罐的上部设置有二号温度传感器和二号压力传感器，气体储罐通过送气管道与绞笼反应釜连接，送气管道上设置有送气阀门、气体流量控制器和一号单向阀，送气管道的尾端穿过下堵头与筒体连通。8.根据权利要求1所述的绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于供液单元的主体结构包括储液罐、供液管路、平流泵和二号单向阀；储液罐通过供液管路与绞笼反应釜连接，供液管路上设置有平流泵和二号单向阀，供液管路的尾端穿过下堵头与筒体连通。9.根据权利要求1-8所述的绞笼式天然气水合物连续反应装置，其特征在于绞笼反应釜能够实现天然气水合物的连续生成、分离和挤压脱水，绞笼反应釜的耐压值为10MPa，绞笼反应釜内的气压和液量保持恒定，且液量小于绞笼反应釜内腔体积的1/4，气液界面位于超声波探头的正上方；收集单元对挤压脱水后的天然气水合物进行收集；超声分散单元用以增加气液接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，张国栋，巢昆，陈宸，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37