[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

技術領域

本發明屬于天然氣水合物制備領域，具體涉及一種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。

背景技術

天然氣水合物（NGH）是一種類冰狀的籠型絡合物，具有高儲氣特性和自保護效應。1立方米的水合物可以儲存標況下160-200立方米的天然氣；水合物本身的導熱系數很低，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90年代挪威科技大學Gudmundsson教授首次提出利用天然氣水合物的自保護效應和高儲氣特性，在常壓和-15℃～-5℃溫度下大規模儲運天然氣的固態儲運技術（Gts）——天然氣水合物儲運技術。采用該技術常壓大規模儲運天然氣時，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效應，將水合物冷凍至水的冰點以下，保持完全絕熱就可以保持穩定而不分解。

現今天然氣的儲運方法主要有管道儲運技術（PNG）、壓縮天然氣儲運技術（CNG）、液化天然氣儲運技術（LNG）和多孔介質吸附天然氣儲運技術(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輸不易實現。對于小城鎮的小規模用戶、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，鋪設輸氣管線非常不經濟或者較為困難，制約了天然氣的進一步推廣應用。天然氣水合物（NGH）儲運技術是近年來研究發展的一項新技術。Gudmundsson、Najibi,?H、Rezaei,?R、Javanmardi,?J和Nasrifar,?K等先后考察了各種天然氣儲運技術的經濟性，結果發現天然氣水合物儲運天然氣（NGH）的成本遠低于壓縮天然氣、液化天然氣和多孔介質吸附天然氣的儲運成本；并且當運輸距離超過2000公里后，水合物法固態輸運天然氣比高壓管道輸運天然氣更為經濟。因此，天然氣水合物具有存儲空間小存儲量大、儲氣條件相對溫和、安全高效和經濟等優點，這些優點使氣體水合物技術在天然氣儲運領域具有廣闊的發展前景。

但就當前的研究現狀來看，天然氣水合物生產和儲運技術仍未成熟。如何經濟快速大規模生成水合物是天然氣固態儲運的第一個關鍵步驟。該步驟中有兩大技術難題，其一是天然氣水合物的生成是高放熱過程，水合熱高達540KJ/Kg，這部分熱量如不及時消除，水合反應的溫度條件即會打破，生成反應就會因而停止。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，其會阻礙傳質過程的高速進行。Gudmundsson教授申請了世界上第一個水合物快速生成領域內的專利，其采用傳統攪拌式反應器來強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得到了前所未有的關注，大量的氣體水合物強化生成技術問世。例如，2001年日本三井株式會社提出的管式水合物反應器以及強化水合物生成工藝（JP?323751?A）；2009年江蘇工業學院王樹立等提出折疊管式水合物強化工藝與裝置（CN?101818088?A）；2001年Moil?Oil?有限公司（US?6180843）和?2002年Marathon?Oil有限公司（US?6350928）在美國分別提出了采用流化床技術強化水合物生成過程中傳質傳熱效率的新型水合物生成工藝和裝置；2008年中國科學院廣州能源所白凈、梁德青等提出了采用靜態超重力技術強化水合物快速生成的工藝和裝置(CN?101225338?A)。雖然現有較多的生產水合物的方法及裝置問世，但目前仍無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題，仍未實現大規模工業化生產天然氣水合物，所以仍需進一步研究開發新型高效的天然氣水合物快速生成工藝和成套裝備。

發明內容

本發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器，提供相應的包含該反應器的配套系統和方法則是本發明的另一個目的。

基于上述目的，本發明采用以下技術方案：一種快速制備天然氣水合物的撞擊流反應器，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。

所述進液口靠近內層反應器內壁，使反應器內的物料分布均勻。