[發(fā)明專(zhuān)利]快速制備天然氣水合物的撞擊流反應(yīng)器及配套系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510071423.7
• 申請(qǐng)日: 2015-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104645899A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白凈;常春;陳俊英;梁騰波;方書(shū)起;馬曉建;張璐
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J8/10
• 分類(lèi)號(hào): B01J8/10;C10L3/10
• 代理公司: 鄭州立格知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41126
• 代理人: 李紅衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天然氣水合物制備領(lǐng)域，具體涉及一種快速制備天然氣水合物的撞擊流反應(yīng)器及配套系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

天然氣水合物（NGH）是一種類(lèi)冰狀的籠型絡(luò)合物，具有高儲(chǔ)氣特性和自保護(hù)效應(yīng)。1立方米的水合物可以儲(chǔ)存標(biāo)況下160-200立方米的天然氣；水合物本身的導(dǎo)熱系數(shù)很低，僅有0.6W/（m^.·K），這使得低溫下天然氣水合物不易分解。上世紀(jì)90年代挪威科技大學(xué)Gudmundsson教授首次提出利用天然氣水合物的自保護(hù)效應(yīng)和高儲(chǔ)氣特性，在常壓和-15℃～-5℃溫度下大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)天然氣的固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)（Gts）——天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)。采用該技術(shù)常壓大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)天然氣時(shí)，不必把水合物冷卻至相平衡溫度以下，而是利用水合物的自保護(hù)效應(yīng)，將水合物冷凍至水的冰點(diǎn)以下，保持完全絕熱就可以保持穩(wěn)定而不分解。

現(xiàn)今天然氣的儲(chǔ)運(yùn)方法主要有管道儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)（PNG）、壓縮天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)（CNG）、液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)（LNG）和多孔介質(zhì)吸附天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)(ANG)。其中絕大部分的天然氣采用管道輸送，初期投資大且越洋運(yùn)輸不易實(shí)現(xiàn)。對(duì)于小城鎮(zhèn)的小規(guī)模用戶、孤立海島和小型分散天然氣田、海上氣田、叢林或者崎嶇的山地等，鋪設(shè)輸氣管線非常不經(jīng)濟(jì)或者較為困難，制約了天然氣的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。天然氣水合物（NGH）儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是近年來(lái)研究發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。Gudmundsson、Najibi,?H、Rezaei,?R、Javanmardi,?J和Nasrifar,?K等先后考察了各種天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)天然氣（NGH）的成本遠(yuǎn)低于壓縮天然氣、液化天然氣和多孔介質(zhì)吸附天然氣的儲(chǔ)運(yùn)成本；并且當(dāng)運(yùn)輸距離超過(guò)2000公里后，水合物法固態(tài)輸運(yùn)天然氣比高壓管道輸運(yùn)天然氣更為經(jīng)濟(jì)。因此，天然氣水合物具有存儲(chǔ)空間小存儲(chǔ)量大、儲(chǔ)氣條件相對(duì)溫和、安全高效和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使氣體水合物技術(shù)在天然氣儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

但就當(dāng)前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，天然氣水合物生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)仍未成熟。如何經(jīng)濟(jì)快速大規(guī)模生成水合物是天然氣固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的第一個(gè)關(guān)鍵步驟。該步驟中有兩大技術(shù)難題，其一是天然氣水合物的生成是高放熱過(guò)程，水合熱高達(dá)540KJ/Kg，這部分熱量如不及時(shí)消除，水合反應(yīng)的溫度條件即會(huì)打破，生成反應(yīng)就會(huì)因而停止。另外，天然氣水合物是在氣和水相界面膜處生成，相界面處往往形成水合物薄膜鎧甲，其會(huì)阻礙傳質(zhì)過(guò)程的高速進(jìn)行。Gudmundsson教授申請(qǐng)了世界上第一個(gè)水合物快速生成領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)利，其采用傳統(tǒng)攪拌式反應(yīng)器來(lái)強(qiáng)化天然氣水合物的快速生成。隨后，天然氣水合物快速生成技術(shù)得到了前所未有的關(guān)注，大量的氣體水合物強(qiáng)化生成技術(shù)問(wèn)世。例如，2001年日本三井株式會(huì)社提出的管式水合物反應(yīng)器以及強(qiáng)化水合物生成工藝（JP?323751?A）；2009年江蘇工業(yè)學(xué)院王樹(shù)立等提出折疊管式水合物強(qiáng)化工藝與裝置（CN?101818088?A）；2001年Moil?Oil?有限公司（US?6180843）和?2002年Marathon?Oil有限公司（US?6350928）在美國(guó)分別提出了采用流化床技術(shù)強(qiáng)化水合物生成過(guò)程中傳質(zhì)傳熱效率的新型水合物生成工藝和裝置；2008年中國(guó)科學(xué)院廣州能源所白凈、梁德青等提出了采用靜態(tài)超重力技術(shù)強(qiáng)化水合物快速生成的工藝和裝置(CN?101225338?A)。雖然現(xiàn)有較多的生產(chǎn)水合物的方法及裝置問(wèn)世，但目前仍無(wú)法有效地解決水合物生成中氣-液-固三相界面的快速更新和水合生成熱的快速移除兩大問(wèn)題，仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)天然氣水合物，所以仍需進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)新型高效的天然氣水合物快速生成工藝和成套裝備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提供一種快速制備天然氣水合物的撞擊流反應(yīng)器，提供相應(yīng)的包含該反應(yīng)器的配套系統(tǒng)和方法則是本發(fā)明的另一個(gè)目的。

基于上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種快速制備天然氣水合物的撞擊流反應(yīng)器，包括外層反應(yīng)器和內(nèi)層反應(yīng)器，外層反應(yīng)器與內(nèi)層反應(yīng)器之間設(shè)有篩板，所述外層反應(yīng)器底部設(shè)有排料口和排水口，排料口設(shè)于篩板上方，排水口設(shè)于篩板下方；所述內(nèi)層反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有盤(pán)管冷卻器、攪拌器、上下兩個(gè)導(dǎo)流筒和氣體分布器，攪拌器上設(shè)有兩層槳葉旋向相反的攪拌槳，兩層攪拌槳分別位于內(nèi)層反應(yīng)器上部導(dǎo)流筒的頂部和內(nèi)層反應(yīng)器下部導(dǎo)流筒的底部；內(nèi)層反應(yīng)器頂部設(shè)有進(jìn)液口和排氣口，底部設(shè)有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口與氣體分布器相連通，內(nèi)層反應(yīng)器側(cè)壁上設(shè)有溢液口。

所述進(jìn)液口靠近內(nèi)層反應(yīng)器內(nèi)壁，使反應(yīng)器內(nèi)的物料分布均勻。