一种活性炭固载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水合物制备技术领域，具体涉及一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，主体结构包括搅拌单元、供液单元、降温单元、一级反应单元、二级反应单元、固液分离单元、水合物收集单元和供气单元，依靠微纳尺度限域空间内天然气水合物的特定动力学行为制备天然气水合物，将具有多孔特性和丰富的比表面积的活性炭作为载体，对活性炭进行预吸附水，以增加气液接触面积，螺杆泵反应釜和双绞笼反应釜的两级反应，提高了天然气水合物的转化率，固液分离单元和可移动更换的水合物收集单元实现了天然气水合物的连续反应；其结构简单，通过降温单元产生的冰晶和螺杆泵反应釜的快速升压能力，加速了天然气水合物的连续反应。

A kind of activated carbon supported natural gas hydrate continuous reaction device

The invention belongs to the technical field of hydrate preparation, in particular to an activated carbon supported natural gas hydrate continuous reaction device, the main structure of which includes a stirring unit, a liquid supply unit, a cooling unit, a first-class reaction unit, a second-class reaction unit, a solid-liquid separation unit, a hydrate collection unit and a gas supply unit, and relies on the specific power of the natural gas hydrate in the micro nano scale confined space In order to increase the gas-liquid contact area, the activated carbon with porous characteristics and abundant specific surface area is used as the carrier to pre adsorb water. The two-stage reaction of screw pump reactor and twisted cage reactor increases the conversion rate of natural gas hydrate. The solid-liquid separation unit and movable replacement hydrate collection unit realize the natural gas The continuous reaction of hydrate is simple in structure, and the continuous reaction of natural gas hydrate is accelerated by the ice crystal produced by the cooling unit and the rapid pressure rise ability of the screw pump reactor.

【技术实现步骤摘要】
一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置
：本专利技术属于水合物制备
，具体涉及一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，实现天然气水合物的高效、快速和连续反应。
技术介绍
：2016年生效的《巴黎气候协定》加快推动了能源消费结构转型，发出了绿色低碳和可持续发展的强烈信号。开启了加快天然气开发与利用的进程。然而，随着对天然气的需求量逐年快速增长，许多国家的天然气长期存在供不应求的局面，只能依赖进口解决，针对天然气需求具有的典型季节差异，完善天然气的储运与调峰技术显得尤为重要。除了传统的压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)以及地下气库储气技术等，天然气水合物(NGH)因其独特的优势在天然气储运与调峰方面发挥着重要的作用。与压缩天然气和液化天然气相比，天然气水合物同样具有较高的储气量，其理论值可达到164v/v，储存环境温和，可在常压、-15℃的条件下进行长期储存，具有存储成本低廉和安全的特点。然而，由于苛刻的生成条件以及结晶过程的随机性，反应速度慢成为了技术发展的关键问题：天然气水合物通常首先在气液接触面开始生成，但是在气体与水接触的表面生成的天然气水合物阻止了气体向水中的进一步扩散，使得天然气水合物的形成速率大大降低，为了增加气体与水的接触面积，加速天然气水合物的生成，机械搅拌、气体鼓泡以及液体喷淋等方法被广泛应用，但是在天然气水合物形成的后期效果很不理想。利用多孔介质的吸附作用来储存天然气近年来被广泛关注，即吸附天然气(ANG)，其在解吸附时大量的天然气会滞留在多孔介质中，导致天然气损失无法被利用，从而限制了吸附天然气的应用。但是，多孔介质中的大量微孔和高比表面积为天然气水合物的形成提供了有利空间，利用多孔介质湿储天然气技术得到了快速发展，研究表明多孔介质表面吸附的水分子会按一定规律排列，有利于促进天然气水合物的形成，大幅缩短甚至消除诱导期，与吸附天然气相比，多孔介质湿储天然气的充放气具有良好的一致性。活性炭作为典型的多孔介质，具有成本低廉、易于获取等优点：中国专利201410169852.3公开的一种气体水合物生成促进剂是由纳米活性炭粉与烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂复配，并溶于水中形成的混合溶液；以混合水溶液总量计算，烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂所占的质量分数为0.01-0.08％，纳米活性炭粉的质量分数为0.05-0.15％，水的质量分数为99.77-99.94％，三者的质量分数之和为100％；中国专利200610150853.9公开的一种天然气水合物在活性炭中的形成方法，在耐压20Mpa的压力储罐内加入活性炭和蒸馏水，蒸馏水与活性炭的质量比为0.8-2.2:1，压力储罐内的压力为3-10Mpa，压力储罐内的温度为-5-25℃，然后向压力储罐内充入天然气形成天然气水合物，天然气中的甲烷纯度大于99％，反应时间为30-200min。因此，利用活性炭固载天然气水合物以实现天然气的储存对于天然气储运和调峰具有重要的意义。
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，研发设计一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，利用活性炭多孔介质的特性将其作为载体，实现天然气水合物高效、快速、连续反应。为了实现上述目的，本专利技术涉及的活性炭固载天然气水合物连续反应装置的主体结构包括搅拌单元、供液单元、降温单元、一级反应单元、二级反应单元、固液分离单元、水合物收集单元和供气单元；供液单元与搅拌单元连接，搅拌单元与降温单元连接，降温单元与一级反应单元连接，一级反应单元与二级反应单元连接，二级反应单元分别与固液分离单元和水合物收集单元连接，供气单元分别与一级反应单元与二级反应单元连接。本专利技术涉及的搅拌单元的主机结构包括储罐、加料口、喷液口、搅拌叶片、传动杆、搅拌电机、一号出料口、一号球阀和一号波纹管；供液单元的主机结构包括输液管道、水罐、恒流泵和一号单向阀；降温单元的主机结构包括冷却箱、单绞笼、绞笼杆、冷却电机、一号进料口、一号温度传感器、二号出料口、二号温度传感器、二号球阀和二号波纹管；一级反应单元的主机结构包括螺杆泵反应釜、磁力搅拌杆、一号电机、二号进料口、一号压力传感器、安全阀、三号温度传感器、一号进气口、三号出料口、三号球阀和三号波纹管；二级反应单元的主机结构包括双绞笼反应釜、双绞笼杆、二号电机、三号进料口、四号出料口、四号球阀、四号波纹管、四号温度传感器、二号进气口、五号出料口、五号球阀和五号波纹管；固液分离单元为液体收集罐；水合物收集单元为水合物收集罐；供气单元的主机结构包括储气罐、二号压力传感器、五号温度传感器、进气口、一号出气口、二号出气口、一号输气管道、二号输气管道、一号送气阀、一号气体流量控制器、二号单向阀、三号压力传感器、二号送气阀、二号气体流量控制器、三号单向阀和四号压力传感器。本专利技术涉及的搅拌单元能够实现活性炭与液体的充分混合；供液单元用以维持降温单元、一级反应单元和二级反应单元的液量恒定，恒流泵能够将水罐中的液体连续平稳地输送至搅拌单元；降温单元对固液混合物进行进一步预冷，使其快速降温至0℃以下，以确保一级反应单元内天然气水合物的快速生成，同时实现对固液混合物输送速率的调节；一级反应单元对固液混合物进行快速增压，使其由大气压迅速增压至设定反应压力，同时进行天然气水合物的一级反应；二级反应单元进行天然气水合物的充分反应，实现天然气水合物的连续生成；固液分离单元将活性炭与液体分离，并收集多余的液体；水合物收集单元对制备完成的天然气水合物进行收集，能够进行便捷快速的更换；供气单元用以维持一级反应单元和二级反应单元的压力恒定。本专利技术与现有技术相比，依靠微纳尺度限域空间内天然气水合物的特定动力学行为制备天然气水合物，将具有多孔特性和丰富的比表面积的活性炭作为载体，对活性炭进行预吸附水，以增加气液接触面积，螺杆泵反应釜和双绞笼反应釜的两级反应，提高了天然气水合物的转化率，固液分离单元和可移动更换的水合物收集单元实现了天然气水合物的连续反应；其结构简单，通过降温单元产生的冰晶和螺杆泵反应釜的快速升压能力，加速了天然气水合物的连续反应。附图说明：图1为本专利技术的主体结构原理示意图。具体实施方式：下面通过实施例并结合附图对本专利技术做进一步描述。实施例1：本实施例涉及的活性炭固载天然气水合物连续反应装置的主体结构包括储罐1、加料口2、喷液口3、输液管道4、水罐5、恒流泵6、一号单向阀7、搅拌叶片8、传动杆9、搅拌电机10、一号出料口11、一号球阀12、冷却箱13、单绞笼14、绞笼杆15、冷却电机16、一号进料口17、一号温度传感器18、一号波纹管19、二号出料口20、二号温度传感器21、二号球阀22、螺杆泵反应釜23、磁力搅拌杆24、一号电机25、二号进料口26、一号压力传感器27、安全阀28、二号波纹管29、三号温度传感器30、一号进气口31、三号出料口32、三号球阀33、双绞笼反应釜34、双绞笼杆35、二号电机36、三号进料口37、四号出料口38、三号波纹管39、四号球阀40、四号波纹管41、液体收集罐42、四号温度传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，其特征在于主体结构包括搅拌单元、供液单元、降温单元、一级反应单元、二级反应单元、固液分离单元、水合物收集单元和供气单元；供液单元与搅拌单元连接，搅拌单元与降温单元连接，降温单元与一级反应单元连接，一级反应单元与二级反应单元连接，二级反应单元分别与固液分离单元和水合物收集单元连接，供气单元分别与一级反应单元与二级反应单元连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，其特征在于主体结构包括搅拌单元、供液单元、降温单元、一级反应单元、二级反应单元、固液分离单元、水合物收集单元和供气单元；供液单元与搅拌单元连接，搅拌单元与降温单元连接，降温单元与一级反应单元连接，一级反应单元与二级反应单元连接，二级反应单元分别与固液分离单元和水合物收集单元连接，供气单元分别与一级反应单元与二级反应单元连接。


2.根据权利要求1所述的一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，其特征在于搅拌单元的主机结构包括储罐、加料口、喷液口、搅拌叶片、传动杆、搅拌电机、一号出料口、一号球阀和一号波纹管；供液单元的主机结构包括输液管道、水罐、恒流泵和一号单向阀；降温单元的主机结构包括冷却箱、单绞笼、绞笼杆、冷却电机、一号进料口、一号温度传感器、二号出料口、二号温度传感器、二号球阀和二号波纹管；一级反应单元的主机结构包括螺杆泵反应釜、磁力搅拌杆、一号电机、二号进料口、一号压力传感器、安全阀、三号温度传感器、一号进气口、三号出料口、三号球阀和三号波纹管；二级反应单元的主机结构包括双绞笼反应釜、双绞笼杆、二号电机、三号进料口、四号出料口、四号球阀、四号波纹管、四号温度传感器、二号进气口、五号出料口、五号球阀和五号波纹管；固液分离单元为液体收集罐；水合物收集单元为水合物收集罐；供气单元的主机结构包括储气罐、二号压力传感器、五号温度传感器、进气口、一号出气口、二号出气口、一号输气管道、二号输气管道、一号送气阀、一号气体流量控制器、二号单向阀、三号压力传感器、二号送气阀、二号气体流量控制器、三号单向阀和四号压力传感器。


3.根据权利要求2所述的一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，其特征在于储罐的顶部设置有加料口和喷液口，喷液口通过输液管道与水罐连接，输液管道上设置有恒流泵和一号单向阀，储罐的内部设置有搅拌叶片，搅拌叶片通过传动杆与设置在储罐外部的搅拌电机连接，储罐的底部设置有一号出料口，一号出料口上设置有一号球阀；冷却箱中设置有单绞笼，单绞笼的内部设置有绞笼杆，绞笼杆与设置在冷却箱外部的冷却电机连接，单绞笼的底部设置有一号进料口，一号进料口上设置有一号温度传感器，一号进料口通过一号波纹管与一号出料口连接，单绞笼的顶部设置有二号出料口，二号出料口上设置有二号温度传感器和二号球阀；螺杆泵反应釜的内部设置有磁力搅拌杆，磁力搅拌杆与设置在螺杆泵反应釜外部的一号电机连接，螺杆泵反应釜的尾部设置有二号进料口，二号进料口上设置有一号压力传感器和安全阀，二号进料口通过二号波纹管与二号出料口连接，螺杆泵反应釜的中部设置有三号温度传感器，螺杆泵反应釜的头部设置有一号进气口和三号出料口，三号出料口上设置有三号球阀；双绞笼反应釜的内部设置有双绞笼杆，双绞笼杆与设置在双绞笼反应釜外部的二号电机连接，双绞笼反应釜的底部设置有三号进料口和四号出料口，三号进料口通过三号波纹管与三号出料口连接，四号出料口上设置有四号球阀，四号出料口通过四号波纹管与液体收集罐连接，双绞笼反应釜的中部设置有四号温度传感器，双绞笼反应釜的顶部设置有二号进气口和五号出料口，五号出料口上设置有五号球阀，五号出料口通过五号波纹管与水合物收集罐连接；储气罐的顶部设置有二号压力传感器和五号温度传感器，储气罐的侧壁设置有进气口、一号出气口和二号出气口，一号出气口和二号出气口分别通过一号输气管道和二号输气管道与一号进气口和二号进气口连接，一号输气管道上设置有一号送气阀、一号气体流量控制器、二号单向阀和三号压力传感器，二号输气管道上设置有二号送气阀、二号气体流量控制器、三号单向阀和四号压力传感器。


4.根据权利要求2-3所述的一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，其特征在于搅...

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