水合物法联合膜法的连续气体分离系统及其扰动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种扰动装置，其包括：两个喷射混合器，其沿水平方向相对设置；混合腔，其连接在两个喷射混合器之间；以及混合管道，其连接在混合腔的下方，混合管道包括：圆心管，其为竖直设置的直管；多个螺旋管，其分为多层缠绕设置在圆心管外，多个螺旋管的管径从内层向外层逐渐增大，每一个螺旋管内间隔设置多组阻流组件；以及外套管，其为直管，外套管套设在最外层的螺旋管外。本发明专利技术还公开了一种水合物法联合膜法的连续气体分离系统。本发明专利技术的水合物法联合膜法的连续气体分离系统及其扰动装置通过多级配合扰动混合，提高水合物的生成效率，并采用贫气水合分离和富气膜分离的耦合，实现了连续气体分离，易于规模化、工业化应用。工业化应用。工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
水合物法联合膜法的连续气体分离系统及其扰动装置


[0001]本专利技术涉及基于水合物法的气体分离
，特别涉及一种水合物法联合膜法的连续气体分离系统及其扰动装置。

技术介绍

[0002]天然气水合物在地球上储存丰富，是世界上重要的潜在能源，在能源危机的时代背景下，其调查与研究已经成为全球的热点。天然气水合物是在高压低温下由水和天然气组成的类冰状的结晶化合物。随着对水合物基本物性、微观结构、热力学和动力学等特性研究的不断深入，人们陆续在冻土带和海洋深处发现了储量丰富的天然气水合物，在全世界引起了高度的重视。天然气水合物除了可以作为潜在的清洁能源以外，人们发现水合物利用技术，还能够成为造福人类的一项新技术。
[0003]不同气体生成水合物的条件不同，当气体混合物A/B生成水合物时，容易生成水合物的组分A会在水合物相富集，从而实现了气体的分离。基于水合物的气体分离过程已经得到广泛的研究，但是基于水合物的气体分离方法也有其自身的问题。首先，目前大多数研究都是基于实验室规模的小型设备进行的，并且上述研究都是使用间歇式或半间歇式分离方法进行的。在间歇式操作中，连续生产纯化气体需要两套或更多套反应器，不能同时从形成水合物的反应器中取出气相，气体分离不能连续进行操作，并且形成水合物的水溶液没有循环再次使用。其次，水合物的形成随着分离目标气体浓度的减少，分离条件变得更为苛刻。另外，由于气体水合物的形成是气-液-固相平衡的过程，因此在水合物形成完成之后，气相中仍残留一定百分比的分离目标气体。简言之，单一的基于水合物的气体分离技术无法完全从混合气体中捕获目标气体。因此为了将基于水合物的气体分离技术应用于工业，有必要开发连续气体分离工艺，规模化的反应设备，以及水合物法与其他分离方法耦合的新的分离方法。
[0004]此外，对于水合物法分离气体的装置，气液混合的效果直接影响了水合物的生成效率及分离效果，因此亟需一种能够增强气液传质，促进水合物高效生成的设计。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于，提供一种水合物法联合膜法的连续气体分离系统及其扰动装置，从而提高水合物的生成效率和气体分离效率。
[0007]本专利技术的另一目的在于，提供一种水合物法联合膜法的连续气体分离系统及其扰动装置，从而实现连续化、规模化的气体分离，以供工业应用。
[0008]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种扰动装置，其包括：两个喷射混合器，其沿水平方向相对设置；混合腔，其连接在两个喷射混合器之间；以及混合管道，其连接在混合腔的下方，混合管道包括：圆心管，其为竖直设置的直管；多个螺旋
管，其分为多层缠绕设置在圆心管外，多个螺旋管的管径从内层向外层逐渐增大，每一个螺旋管内间隔设置多组阻流组件；以及外套管，其为直管，外套管套设在最外层的螺旋管外。
[0009]进一步，上述技术方案中，混合管道处于混合腔的横向中心位置。
[0010]进一步，上述技术方案中，相邻的两组阻流组件之间相隔1/4螺旋。
[0011]进一步，上述技术方案中，每一组阻流组件包括偶数个阻流柱，每一个阻流柱的轴向沿螺旋管的横截面的径向设置，偶数个阻流柱对称地分布在螺旋管的横截面上。
[0012]进一步，上述技术方案中，阻流柱的截面形状为圆形、三角形、T字型或梯形。
[0013]进一步，上述技术方案中，阻流柱的长度为相应的螺旋管的管径的1/4~1/3。
[0014]进一步，上述技术方案中，阻流柱的宽度为相应的螺旋管的管径的0.1~0.3倍。
[0015]进一步，上述技术方案中，最外层的螺旋管的管径与圆心管的直径相同。
[0016]根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种水合物法联合膜法的连续气体分离系统，其包括：水合物生成环道，其入口设有如上述技术方案中任意一项的扰动装置，水合物生成环道上设有分离器，分离器的第一入口与进气单元相连接，第二入口与水合物生成环道的出口相连接，第一出口和第二出口与喷射混合器相连接；三相分离器，其入口与分离器的第三出口相连接；水合物分解模块，其与三相分离器的水合物出口相连接；以及膜分离单元，其与三相分离器的混合气出口相连接，膜分离单元设有产品气出口。
[0017]进一步，上述技术方案中，水合物法联合膜法的连续气体分离系统还包括：回收单元，其用于回收膜分离单元和水合物分解模块的非产品气体。
[0018]进一步，上述技术方案中，水合物生成环道为管式反应环道。
[0019]进一步，上述技术方案中，水合物生成环道外部设有保温装置。
[0020]进一步，上述技术方案中，水合物生成环道设有观察视窗，观察视窗耐压大于或等于20MPa。
[0021]进一步，上述技术方案中，分离器的第一出口与喷射混合器之间设有气体循环泵；分离器的第二出口与喷射混合器之间设有磁力循环泵。
[0022]进一步，上述技术方案中，水合物生成环道设有定量注剂模块，定量注剂模块向水合物生成环道注入水和促进剂，定量注剂模块与水合物分解模块的液体出口相连接。
[0023]进一步，上述技术方案中，定量注剂模块包括大流量平流泵和柱塞泵。
[0024]进一步，上述技术方案中，促进剂为四氢呋喃和/或四丁基溴化铵。
[0025]进一步，上述技术方案中，进气单元与分离器的第一入口之间设有应急排放单元和背压单元。
[0026]进一步，上述技术方案中，进气单元为气瓶，当气瓶的压力不足时，气瓶通过气体增压泵与分离器的第一入口相连接。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下一个或多个有益效果：1. 本专利技术的扰动装置通过喷射混合器、混合腔和混合管道的多级配合混合，经喷射混合器混合后的两股混合流高速相向流动撞击，在混合腔中撞击瞬间达到极高的相间相对速度，强化相间传递，混合管道中不同管径的螺旋管不仅增强了径向混合，而且产生了迪恩涡，管内湍动得以增强，螺旋管内设置阻流组件，将迪恩涡分离，并形成交替的反向分离涡，促进气液接触混合，能够增加气液传质，进而提高水合物的生成效率。
[0028]2. 螺旋管中的迪恩涡的强度与螺旋管的内径和螺旋直径相关，本专利技术中多个螺
旋管的管径从内层向外层逐渐增大，螺旋直径从内层向外层也是逐渐增大的，因此不同管径的螺旋管产生的迪恩涡的旋涡强度相当，增加了流体的高效混合；介质流经不同管径的螺旋管的时间不同，在一定程度上增加了沿轴向的子混合。
[0029]3. 本专利技术的水合物法联合膜法的连续气体分离系统，实现了贫气水合分离和富气膜分离的耦合，能够弥补单纯水合物法对低浓度气体分离效率不高、需要额外加压等问题，本专利技术的系统包括生成、分离和化解整个过程，实现了连续气体分离，易于规模化、工业化应用。
[0030]4. 通过水合物生成环道，提高气液接触停留时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扰动装置，其特征在于，包括：两个喷射混合器，其沿水平方向相对设置；混合腔，其连接在所述两个喷射混合器之间；以及混合管道，其连接在所述混合腔的下方，所述混合管道包括：圆心管，其为竖直设置的直管；多个螺旋管，其分为多层缠绕设置在所述圆心管外，所述多个螺旋管的管径从内层向外层逐渐增大，每一个所述螺旋管内间隔设置多组阻流组件；以及外套管，其为直管，所述外套管套设在最外层的所述螺旋管外。2.根据权利要求1所述的扰动装置，其特征在于，所述混合管道处于所述混合腔的横向中心位置。3.根据权利要求1所述的扰动装置，其特征在于，相邻的两组所述阻流组件之间相隔1/4螺旋。4.根据权利要求1所述的扰动装置，其特征在于，每一组所述阻流组件包括偶数个阻流柱，每一个所述阻流柱的轴向沿所述螺旋管的横截面的径向设置，所述偶数个阻流柱对称地分布在所述螺旋管的横截面上。5.根据权利要求1所述的扰动装置，其特征在于，所述阻流柱的截面形状为圆形、三角形、T字型或梯形。6.根据权利要求1所述的扰动装置，其特征在于，所述阻流柱的长度为相应的所述螺旋管的管径的1/4~1/3。7.根据权利要求1所述的扰动装置，其特征在于，所述阻流柱的宽度为相应的所述螺旋管的管径的0.1~0.3倍。8.根据权利要求1所述的扰动装置，其特征在于，所述最外层的所述螺旋管的管径与所述圆心管的直径相同。9.一种水合物法联合膜法的连续气体分离系统，其特征在于，包括：水合物生成环道，其入口设有如权利要求1~8中任意一项所述的扰动装置，所述水合物生成环道上设有分离器，所述分离器的第一入口与进气单元相连接，第二入口与所述水合物生成环道的出口相连接，第一出口和第二出口与所述喷射混合器相连接；三相分离器，其入口与所述分离器的第三出口相连接；水合物分解模块，其与所述三相分离器的水合物出口相连接；以及膜分离单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛倩，王晓霖，李遵照，刘名瑞，赵巍，李世瀚，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：