变体积搅拌式高压反应釜制造技术

本实用新型专利技术提供了一种变体积搅拌式高压反应釜，用于水合物相平衡实验及水合物分离混合气体实验。它主要由可变体积、固定体积和搅拌三部分通过法兰连接而成。可变体积部分根据实验要求，通过液压系统推动活塞移动，调整可变腔体的容积实现，进气通道与出气通道布置在活塞杆上；固定体积部分布置有两个温度传感器插槽，用于气液两相温度的测定，底端布有液相进／出口；搅拌部分的两层搅拌叶设置在磁耦合搅拌轴上，能充分起到气液固的搅拌作用。该实用新型专利技术尤其适用于气体水合物相平衡及水合物气体分离的反应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高压反应釜，用于水合物相平衡实验及水合物分离混合气体 的实验。
技术介绍
众所周知，天然气水合物作为潜在的新能源在全世界受到高度重视，基于水合物 应用技术的开发也受到越来越多的关注。气体水合物是小分子气体(N2、co2、CH4、C2H6、C3H8 等)和水在一定的温度和压力条件下生成的一种晶体。目前，国外已就多种水合物应用技 术在石油、化工和环境保护等工业领域应用进行了实验室研究和工业化开发。水合物应用 技术在我国发展还是刚刚起步，大部分的实验研究还处于水合物相平衡和动力学的基础理 论上阶段，其中，反应容器是水合物各种试验研究的核心装置，然而，目前的研究重点往往 侧重于实验工艺及方法，对于水合物反应容器关注甚少。随着水合物应用技术的日益发展， 这种矛盾越来越突出，尤其在水合物生成与分解、水合物相平衡测试及水合物气体分离等 实验上，反应容器呈现出功能单一、实验周期长、造价昂贵等缺点。目前，国内外进行水合物实验研究都采用高压反应釜，一般的高压反应釜分为两 类固定体积带机械搅拌反应釜与变体积带磁子搅拌反应釜。固定体积带机械搅拌反应釜 是目前国内外应用最多的反应釜，它最大的缺点在于实验只能在固定的容积内进行，无法 改变与反应釜体积有关的参数或工况来进行试验；另外，使用机械搅拌往往对电机的损害 很大。变体积带磁子搅拌反应釜是随着应用“压力搜索法”测试水合物相平衡而使用的，它 最大的缺点在于磁子搅拌不能使气一液良好的接触，而且水合物生成时，磁子的搅拌就会 受到限制，甚至停转。
技术实现思路
为了克服现有的高压反应釜不能同时有效的改变体积与发挥搅拌作用的缺陷，本 技术的目的是提供一种变体积搅拌式高压反应釜，用于水合物相平衡实验及水合物分 离混合气体的实验。本技术的目的按以下技术方案实现反应釜整体由可变体积部分、固定体积 部分和搅拌部分等三个部分组成，各部分之间以法兰连接，可变体积部分与固定体积部分 的外侧包裹循环水套，用于制冷。可变体积部分由可变腔体、活塞、上堵头组成，可变腔体为 圆筒形；活塞内嵌于可变腔体中；液压活塞入口布置在上堵头，与手动计量泵之间用管线 连接，上堵头与活塞之间为液压介质，液压介质通过液压活塞入口由手动计量泵进入活塞 上部；可变腔体容积的改变由液压手动计量泵推动液压介质进出活塞上部，使活塞移动来 控制体积，可变的最大体积由实验的最大气液比决定，保证在容器允许的承压范围内能最 大限度的进行试验工况，气体的进出通道布置在活塞杆上，进气管与压力传感器相连，能够 测得反应过程中压力的变化；固定体积部分则是由实验的最小气液比决定，并且保证分离 实验过程中提取的气样量对反应釜内的压力变化在误差允许范围内，固定体积腔体是与可3变腔体同轴的圆筒形，内径比可变腔体内径小，保证活塞不会下移至固定体积部分与搅拌 杆碰触；另外，固定体积部分的下部开有进/出水口，中部与上部分别开有温度传感器的插 槽，温度传感器能够准确测得反应过程中气液两相温度的变化；搅拌部分属于磁耦合搅拌， 包括电机与搅拌杆，搅拌杆装有两层搅拌叶，分别布置在液相与气相，既能保证气体均勻混 合又能保证气液良好的接触；液压活塞入口和液压搅拌入口相通，保证整个系统压力平衡， 不会使搅拌轴由于承压而轴心偏移。本技术的有益效果是，高压反应釜能同时有效的改变体积与发挥搅拌作用， 可变体积部分、固定体积部分和搅拌部分三部分能够独立拆卸，方便维修与安装。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术所提出的变体积搅拌式高压反应釜的结构示意图。图2是高压釜可变体积部分的纵剖面构造图。图3是高压釜固定体积部分的纵剖面构造图。图4是压帽的剖视图。图5是高压釜上堵头的纵剖面构造图。图6是高压釜活塞的纵剖面构造图。图中，1.进气通道，2.液压活塞入口，3.可变腔体，4.循环水套，5.上部法兰， 6.液相进/出口，7.固定体积部分，8.液压搅拌入口，9.出气通道，10.活塞，11.冷却液出 口，12.气相温度传感器插槽，13.液相温度传感器插槽，14.冷却液入口，15.搅拌轴，16.下 部法兰17.电机。具体实施方式如图1所示，本技术所提出的变体积搅拌式高压反应釜整体由可变体积部 分、固定体积部分7和搅拌部分等三个部分组成，各部分之间以法兰连接，可变体积部分与 固定体积部分7的外侧包裹循环水套4，用于制冷。可变体积部分由可变腔体、活塞、上堵头 组成，可变腔体为圆筒形；活塞内嵌于可变腔体；液压活塞入口布置在上堵头，与手动计量 泵之间用3mm管线连接，上堵头与活塞之间为液压介质，液压介质通过液压活塞入口由手 动计量泵推动进出活塞上部，使活塞移动来控制可变体积。固定体积腔体是内径比可变腔 体小1mm的同轴圆筒，搅拌部分属于磁耦合搅拌，包括电机与搅拌杆，搅拌杆装有两层搅拌 叶，分别布置在液相与气相，既能保证气体均勻混合又能保证气液良好的接触；液压活塞入 口和液压搅拌入口相通，保证整个系统压力平衡，不会使搅拌轴由于承压而轴心偏移。以“压力搜索法”水合物相平衡测试实施为例，将高压釜三部分进行组装，使用上 部法兰5与下部法兰16连接，将一定体积的反应溶液通过液相进/出口 6注入高压釜，并 启动液压系统，通过液压活塞入口 2和液压搅拌入口 8，向可变腔体3与搅拌轴15的腔室内 注液，得到一个适中的体积便于活塞移动，同时打开制冷系统，将一定温度的制冷液注入冷 却液入口 14，使之在循环水套4中循环，通过出气通道9将高压釜抽真空，然后打开气瓶，通 过进气通道1向高压釜充气至一定的初始压力，同时启动搅拌电机17。观察压力与温度的 变化，直至压力保持稳定。调节液压系统，使活塞上移，进行降压，直至压力上升稳定，再调节液压系统，推动活塞下移，进行升压，直至压力下降稳定。如此反复操作，使压力最终收敛 到一个稳定值，便得到了一定初始组成、一定温度下的水合物相平衡压力值。 如图1所示以混合气体分离实验为例，将一定体积的反应溶液通过液相进/出口 6注入高压釜，并启动液压系统，通过液压活塞入口 2和液压搅拌入口 8，向可变腔体3与搅 拌轴15的腔室内注液，得到反应所需的反应釜体积，同时打开制冷系统，将一定温度的制 冷液注入冷却液入口 14，使之在循环水套4中循环，通过出气通道9将高压釜抽真空，然后 打开气瓶，通过进气通道1向高压釜充气至一定的初始压力，同时启动搅拌电机17。反应过 程中间断的通过出气通道9取气，可以得到初始阶段、溶解阶段、生成阶段的气相气体的摩 尔组成。当压力稳定后，缓慢打开出气通道9，同时调节液压系统，推动活塞下移，尽量保持 高压釜的压力不变，直至气体全部逸出，关闭出气通道9，调节液压系统，活塞上移，使反应 釜压力降低，水合物分解，分解过程中间断的通过出气通道9取气，得到分解过程的气体摩 尔组成。改变初始压力、反应釜的体积、制冷温度、反应溶液体积等均能够得到不同的分离情况。主要技术指标反应釜最高承压20MPa反应釜制作材料:lCrl8Ni9Ti可变腔体内径①81mm活塞最大行程90mm活塞杆长度165mm活塞厚度35mm固定腔体内径0 80mm固定腔体高65mm。权利要求一种变体积搅拌式高压反应釜，包括可变体积部分、固定体积部分和搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变体积搅拌式高压反应釜，包括可变体积部分、固定体积部分和搅拌部分，各部分之间以法兰连接，其特征是：可变体积部分由可变腔体、活塞、上堵头组成，可变腔体为圆筒形，活塞内嵌于可变腔体中，液压活塞入口布置在上堵头，与手动计量泵之间用管线连接，上堵头与活塞之间为液压介质，液压介质通过液压活塞入口由手动计量泵进入活塞上部，气体的进出通道布置在活塞杆上，进气管与压力传感器相连，能够测得反应过程中压力的变化；固定体积部分的固定腔体是与可变腔体同轴的圆形筒，其内径比可变腔体内径小，保证活塞不会下移至固定体积部分与搅拌杆碰触，固定体积部分的下部开有进／出水口，其中部与上部分别开有温度传感器的插槽；搅拌部分属于磁耦合搅拌，包括电机与搅拌杆，搅拌杆装有两层搅拌叶，分别布置在液相区与气相区；液压活塞入口和液压搅拌入口相通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉星，唐建峰，陈玉亮，朱建鲁，王武昌，邱钰文，王琳，朱超，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]