[發明專利]快速制備天然氣水合物的撞擊流反應器及配套系統和方法

有效

• 申請號: 201510071423.7
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104645899A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 白凈;常春;陳俊英;梁騰波;方書起;馬曉建;張璐
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: B01J8/10
• 分類號: B01J8/10;C10L3/10
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 李紅衛

1.一種快速制備天然氣水合物的撞擊流反應器，其特征在于，包括外層反應器和內層反應器，外層反應器與內層反應器之間設有篩板，所述外層反應器底部設有排料口和排水口，排料口設于篩板上方，排水口設于篩板下方；所述內層反應器內設有盤管冷卻器、攪拌器、上下兩個導流筒和氣體分布器，攪拌器上設有兩層槳葉旋向相反的攪拌槳，兩層攪拌槳分別位于內層反應器上部導流筒的頂部和內層反應器下部導流筒的底部；內層反應器頂部設有進液口和排氣口，底部設有進氣口，進氣口與氣體分布器相連通，內層反應器側壁上設有溢液口。

2.根據權利要求1所述的撞擊流反應器，其特征在于，所述進液口靠近內層反應器內壁。

3.根據權利要求2所述的撞擊流反應器，其特征在于，所述導流筒內壁均布有四個軸向設置的擋板。

4.包含權利要求3所述撞擊流反應器的配套系統，其特征在于，所述撞擊流反應器的進液口上連接有儲罐，儲罐上部連接有粉碎機，儲罐與進液口之間設有冰水高壓泵，內層反應器的進氣口上連接有氣體增壓機，排氣口上連接有緩沖罐；外層反應器的排料口上連接有分離器。

5.根據權利要求4所述的配套系統，其特征在于，所述儲罐內設有冷卻器；內層反應器的進氣口與氣體增壓機之間設有冷卻器。

6.根據權利要求5所述的配套系統，其特征在于，所述外層反應器的排水口、分離器的出水口分別與儲罐相連通。

7.根據權利要求6所述的配套系統，其特征在于，所述緩沖罐與氣體增壓機相連。

8.根據權利要求7所述的配套系統，其特征在于，所述氣體增壓機為壓縮機。

9.利用權利要求4-8任一所述的配套系統快速制備天然氣水合物的方法，其特征在于，步驟為：

（1）通過進液口向內層反應器注入冰水混合物至冰水混合物淹沒上層的攪拌槳；

（2）開始攪拌至冰水混合物流動穩定后，通過進氣口向內層反應器內通入天然氣，待內外層反應器內壓力達到4MPa以上時，繼續注入冰水混合物，從而形成氣-固-液三相混合體系，其中，攪拌器的轉速超過350轉/min；

（3）在高速旋轉的不同旋向攪拌槳推動作用下，同時耦合導流筒和擋板的整流效應，使得內層反應器內上下部的流體高速相對流動，形成高速撞擊流；氣體經氣體分布器后形成小氣泡，其在撞擊流作用下直徑不斷減小，并且在撞擊區往返多次運動；冰水混合物從進液口進入內層反應器的中部，冰粒在撞擊流作用下直徑不斷減小，在撞擊區多次往返運動，冰粒表面生成天然氣水合物顆粒，天然氣水合物顆粒在撞擊流作用下，不斷破碎，天然氣水合物顆粒直徑逐漸減小；內層反應器內形成的天然氣水合物在撞擊區多次往返運動，停留時間大為延長，提供了大量天然氣水合物晶核，促進了更多的天然氣與水或者冰生成天然氣水合物；液體夾帶冰粒、氣泡及天然氣水合物顆粒在撞擊流作用下，在上下兩層攪拌漿之間的中心高速碰撞破碎混合，生成大量微小天然氣水合物晶體；

（4）逃逸出撞擊區的天然氣水合物細小顆粒在上層攪拌槳上的流體區域中逐漸聚結、長大，并漂浮于內層反應器內溶液表面，形成天然氣水合物漿，當液面高度達到溢液口時，天然氣水合物漿溢流進入外層反應器，經篩板初步分離后，大部分水經排水口循環利用，含部分水的天然氣水合物漿經外層反應器的排料口進入分離器分離得到目標產物。

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述冰水混合物中冰粒的體積分數為10%至20%，所述冰粒粒徑為830到1000微米。