本发明专利技术公开了一种气体水合物半连续分解装置，包括进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓、以及用于为装置储存气体或调节装置内压力的辅助系统；进料仓位于制粉仓上部，用于向装置内添加未分解的水合物；制粉仓一端与进料仓底部相连，其另一端与研磨仓顶部连接，用于对块状水合物破碎成水合物颗粒；研磨仓内设有用于将水合物颗粒研磨成冰粉的研磨机构，研磨仓底部与储冰仓顶部相连。本装置在水合物分解过程中，通过破碎和研磨的物理方式来提高水合物比表面积，加快水合物的分解速率；水合物在本装置中分解后形成气体和冰，极大地降低了水合物分解所需的相变潜热，且不会对水合物分解后产物造成污染；本装置结构简单，运行稳定，能耗较低。
【技术实现步骤摘要】
一种气体水合物半连续分解装置
本专利技术涉及水合物制备
，尤其是一种气体水合物半连续分解装置。
技术介绍
气体水合物是一种以甲烷、二氧化碳、氮气为主要成分的小分子气体和水分子组成的具有笼状结构的类冰状结晶化合物。在低温和高压条件下，天然气水合物能够稳定存在。在常温常压下，天然气水合物会快速分解形成游离的天然气和水。自然形成的气体水合物广泛分布于深海沉积物或者大陆永久冻土层中。近年来随着天然气水合物在全球范围内的大量发现，使其成为一种极具开发潜力的可替代能源。目前，在全球范围内已经探明的天然气水合物储量高达2.1×1016m3，是传统化石能源总量的两倍以上。与此同时，气体水合物的储气密度大，1个标准体积的气体水合物可以存储高达160标准体积的气体。相比于液化天然气，天然气水合物存储所需的温度和压力条件比较温和，可以应用于天然气储运。我国拥有丰富的天然气水合物资源。因此，研发天然气水合物快速分解装置对于研究天然气水合物的动力学特性和机理，开发以水合物为储能材料的天然气储运技术等具有十分重要的意义。由于气体水合物通常在低于20℃的高压环境下生成，且生成的水合物通常为多孔蓬松堆积的类似雪状的晶体，在应用于储气材料时，通常将水合物晶体压制成具有规则外形的块状，以便于输运，同时抑制水合物的快速分解。但是，当水合物需要分解释放存储的气体时，紧密的块体会抑制水合物的分解速率，同时，水合物分解成液态水时会大量吸热降低温度，进一步降低水合物的分解速率。传统的加快水合物分解的方法需要向水合物表面喷淋大量热力学抑制剂，该方法虽然能够显著提高分解效率，但是，所需能耗大，抑制剂对水的污染使其无法投入再次储气过程，形成了不必要的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种气体水合物半连续分解装置。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种气体水合物半连续分解装置，包括进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓、以及用于为装置储存气体或调节装置内压力的辅助系统；所述进料仓位于所述制粉仓上部，用于向装置内添加未分解的水合物；所述制粉仓一端与所述进料仓底部相连，其另一端与所述研磨仓顶部连接，用于对块状水合物破碎成水合物颗粒；所述研磨仓内设有用于将水合物颗粒研磨成冰粉的研磨机构，所述研磨仓底部与所述储冰仓顶部相连；所述进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓均设有排气孔，所述辅助系统包括储气调压装置，所述储气调压装置与所述进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓四个仓的排气孔分别连接。所述进料仓顶部为可拆卸安装的上密封端盖，其底部设有第一物料阀门，排气孔设置在所述进料仓侧壁，排气孔设有两个，分别与所述储气调压装置连接。进料仓的压力在装料时需要和外界大气压力保持一致，而在向制粉仓送料时需要和制粉仓的压力保持一致。因此，在装料时，需要利用储气调压装置中的增压泵将进料仓内多余的气体抽至耐高压储气罐；在送料时，需要利用储气调压装置向进料仓补充气体使水合物利用自身重力落入制粉仓。另外，在装料完成后，需要快速开启储气调压装置中的真空泵以排出装料时混入进料仓中的空气。所述制粉仓包括物料输送带、辊式破碎装置；所述物料输送带一端与所述进料仓的第一物料阀门相连，其另一端与辊式破碎装置相连。物料输送带用于控制水合物进入辊式破碎装置的流量，辊式破碎装置用于将较大的块状水合物破碎成较细的水合物颗粒。研磨仓中的压力始终小于运行温度下水合物的相平衡压力，因此，在输运和破碎过程中，水合物始终保持分解的状态。由于水合物块体的比表面积较小且受到“自保护”效应的影响，当处于表层的水合物快速分解后，速率会显著降低。当水合物落入辊式破碎装置后，水合物比表面积迅速增大，水合物得以再次进入快速分解状态。所述制粉仓为倾斜设置的仓体结构，所述物料输送带与所述第一物料阀门相连的一端的高度高于其另一端的高度；所述制粉仓靠近所述第一物料阀门一侧的上端设有刮板，所述刮板伸向所述物料输送带且不接触所述物料输送带。倾斜设置的制粉仓，有利于水合物的下落，刮板的设置，可避免水合物进入过快，影响破碎分解效率。所述研磨机构包括转动轴、连杆和研磨滚轮；所述研磨仓呈圆柱形，所述转动轴位于所述研磨仓轴心，所述研磨滚轮通过所述连杆与所述转动轴相连；排气孔设置在所述研磨仓与所述制粉仓连接处的壁面，排气孔设有两个，分别与所述储气调压装置连接；所述研磨仓底部设有第二物料阀门。经过辊式破碎装置的水合物在研磨仓里将进行进一步研磨，在持续的搅动和淹没的条件下，比表面积进一步扩大，“自保护”效应也受到外部机械扰动的情况下无法形成，因此，水合物在研磨仓中将以较高的分解速率全部转变为冰粉。水合物分解后释放出的气体将通过储气调压装置直接进入耐高压储气罐。分解形成后的冰粉则沉积在研磨仓底部，通过物料阀门，依靠自身重力落入储冰仓。在开启研磨仓底部的物料阀门前，需要通过储气调压装置使研磨仓和储冰仓的压力相同，从而使冰粉依靠自身重力落至储冰仓中。所述储冰仓为空仓，其侧壁设有取料口，所述取料口可拆卸地安装有下密封端盖；排气孔设置在所述储冰仓顶部，排气孔设有两个，分别与所述储气调压装置连接。冰粉落入储冰仓后，将从取料口取出。由于部分冰粉会携带少量未分解水合物而继续产生气体，在取出冰粉前需要利用储气调压装置中的增压泵抽出多余气体。在取出冰粉后，由于空气进入储冰仓会影响气体纯度，需要在关闭取料口之后利用真空泵抽出储冰仓中的空气。所述储气调压装置包括耐高压储气罐、气体增压泵、真空泵、高压针阀和高压气体管路；所述高压气体管路的一端分别与所述研磨仓与所述制粉仓连接处壁面排气孔、储冰仓顶部排气孔相连，另一端与所述耐高压储气罐相连；与所述研磨仓与所述制粉仓连接处壁面排气孔相连的高压气体管路通过所述高压针阀与所述耐高压储气罐相连；与所述储冰仓顶部排气孔相连的所述高压气体管路通过所述增压泵、所述高压针阀与所述耐高压储气罐相连；或者，与所述储冰仓顶部排气孔相连的所述高压气体管路可通过所述真空泵与环境空气相连；所述进料仓侧壁排气孔、所述研磨仓与所述制粉仓连接处壁面排气孔、所述储冰仓顶部排气孔之间的高压气体管路相互连通。储气调压装置，可排出或抽取四个仓中水合物分解后产生的气体并最终储存在耐高压储气罐中；进料仓、储冰仓的低压气体可通过增压泵增压进入耐高压储气罐；真空泵可快速抽取装料和取冰过程中混入仓体内的空气，避免降低水合物分解气体的纯度；高压针阀与高压气体管路，可调节各仓室间的压力，使水合物最终各仓室转移时能够依靠重力移动，同时在局部仓室压力过高时，可快速降低压力，保证装置的安全运行。装置运行的外部环境温度范围在-80～0℃，装置本体外壁面包覆有隔热保温材料层。与现有技术对比，本专利技术的优点在于：1、装置主体的基本原理简单，仅通过破碎和研磨的物理方式来提高水合物比表面积，加快水合物的分解。相比于传统的直接加热或者添加水合物抑制剂等方法，更加节能且不污染水合物分解后的产物。2、装置结构连续紧凑，能够实现水合物的半连续分解，分解后的产物能够完成快速分离，提高了水合物分解装置的使用效率。3、装置的运行压力较低，且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气体水合物半连续分解装置，其特征在于：包括进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓、以及用于为装置储存气体或调节装置内压力的辅助系统；所述进料仓位于所述制粉仓上部，用于向装置内添加未分解的水合物；所述制粉仓一端与所述进料仓底部相连，其另一端与所述研磨仓顶部连接，用于对块状水合物破碎成水合物颗粒；所述研磨仓内设有用于将水合物颗粒研磨成冰粉的研磨机构，所述研磨仓底部与所述储冰仓顶部相连；所述进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓均设有排气孔，所述辅助系统包括储气调压装置，所述储气调压装置与所述进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓四个仓的排气孔分别连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种气体水合物半连续分解装置，其特征在于：包括进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓、以及用于为装置储存气体或调节装置内压力的辅助系统；所述进料仓位于所述制粉仓上部，用于向装置内添加未分解的水合物；所述制粉仓一端与所述进料仓底部相连，其另一端与所述研磨仓顶部连接，用于对块状水合物破碎成水合物颗粒；所述研磨仓内设有用于将水合物颗粒研磨成冰粉的研磨机构，所述研磨仓底部与所述储冰仓顶部相连；所述进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓均设有排气孔，所述辅助系统包括储气调压装置，所述储气调压装置与所述进料仓、制粉仓、研磨仓、储冰仓四个仓的排气孔分别连接。
2.根据权利要求1所述的气体水合物半连续分解装置，其特征在于：所述进料仓顶部为可拆卸安装的上密封端盖，其底部设有第一物料阀门，排气孔设置在所述进料仓侧壁，排气孔设有两个，分别与所述储气调压装置连接。
3.根据权利要求2所述的气体水合物半连续分解装置，其特征在于：所述制粉仓包括物料输送带、辊式破碎装置；所述物料输送带一端与所述进料仓的第一物料阀门相连，其另一端与辊式破碎装置相连。
4.根据权利要求3所述的气体水合物半连续分解装置，其特征在于：所述制粉仓为倾斜设置的仓体结构，所述物料输送带与所述第一物料阀门相连的一端的高度高于其另一端的高度；所述制粉仓靠近所述第一物料阀门一侧的上端设有刮板，所述刮板伸向所述物料输送带且不接触所述物料输送带。
5.根据权利要求4所述的气体水合物半连续分解装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：周雪冰，梁德青，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44
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