[發(fā)明專利]一種水合物快速合成裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810885514.8
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN108671858B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉武;郭琴;谷雪琴;付和銀
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學
• 主分類號: B01J10/00
• 分類號: B01J10/00;B01J19/18;B01J19/14;B01J4/00;C10L3/10
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本發(fā)明涉及一種水合物快速合成裝置及方法，屬于天然氣水合物應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。設(shè)計水合反應(yīng)攪動系統(tǒng)，在不同位置設(shè)置不同規(guī)格的攪動件，實現(xiàn)水合反應(yīng)體系無規(guī)律擾動；設(shè)計水合反應(yīng)周向自旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，借助液體動能實現(xiàn)水合反應(yīng)攪動系統(tǒng)周向攪動；設(shè)計水合反應(yīng)軸向自旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，改變進液口噴頭結(jié)構(gòu)，借助高壓液體位能、動能及彈簧彈性勢能，實現(xiàn)水合反應(yīng)攪動系統(tǒng)軸向攪動；設(shè)計攪動傘，改變水合反應(yīng)體系的氣泡大小，加速水合反應(yīng)速率。本發(fā)明主要是針對水合物生產(chǎn)工藝攪拌能耗高、反應(yīng)速率及儲氣量低等問題，設(shè)計一種水合物快速合成裝置及方法，實現(xiàn)水合物連續(xù)、快速、高效制備，為天然氣儲運工藝提供一種新途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水合物快速合成裝置及方法，屬于天然氣水合物應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國氣源離消費市場較遠，管道投資較大、鋪設(shè)較難，發(fā)展非管輸供氣方案，無疑對緩解我國緊張的能源供需局面有極大的幫助。目前，主要的非管輸供氣方案主要有壓縮天然氣(CNG)及液化天然氣(LNG)兩種。另外一方面，隨著天然氣水合物(NGH)相關(guān)技術(shù)的研究逐步成熟，采用NGH技術(shù)進行天然氣儲運也已經(jīng)逐漸顯露出了它的技術(shù)、經(jīng)濟優(yōu)勢。

NGH技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備的要求不高，生產(chǎn)成本低，儲存的條件相對較易實現(xiàn)，在水合物狀態(tài)下儲存天然氣的設(shè)備不需要承受高壓，且NGH本身的熱導率為18.7W/(m.℃)，比一般的隔熱材料(27W/(m.℃)左右)還低，不需特別的絕熱措施，儲罐可用普通鋼材制造，對材料要求不高，而且儲存和運輸過程中安全性是相對最高的，充分顯示了天然氣水合物的發(fā)展?jié)摿驼T人前景。

日本JFE工程公司最早將管式反應(yīng)器技術(shù)應(yīng)用于天然氣水合物快速生產(chǎn)，反應(yīng)器采用了類似于換熱器的結(jié)構(gòu)，冷卻效果好，能把生成水合物所放出的熱量及時帶走，促進了水合物的快速生成。日本Mitssubishi?Heavy?Ind?Ltd也提出了較為新型的管式水合反應(yīng)器，氣液兩相在管內(nèi)充分混和反應(yīng)，管外噴淋冷卻介質(zhì)移除反應(yīng)熱。與常規(guī)反應(yīng)器相比，該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)比較簡單，造價低廉，能耗低，工程放大比較容易；由于反應(yīng)器管壁處溫度最低，水合物往往在管壁處最先形成，同時由于流體邊界層的存在，導致附著在管壁上的水合物不易被沖走，并向中心長大和積累，所以形成的水合物易阻塞反應(yīng)管，水合物的取出比較困難。

日本MitsuiEngship?builde?Co?Ltd研究了射流式水合反應(yīng)器。低溫水經(jīng)高壓泵循環(huán)后由射流器噴射，同時卷吸人天然氣，混合后噴射進人反應(yīng)器。該公司進一步提出了加裝機械攪拌裝置的新型射流式水合反應(yīng)器，提高了氣液混和效果，增大了傳質(zhì)速率。林于拉提出了射流器和靜態(tài)混合器相結(jié)合的新型射流式水合反應(yīng)器，進一步細化了氣泡，提高了氣液傳質(zhì)能力。由于氣體是依靠射流造成的低壓吸人，氣體的流量不可能很大，生成水合物漿的濃度較小；要維持液體的高速射流；需要的外加能量也較大。

目前，日本、挪威等國已經(jīng)著手進行工業(yè)試生產(chǎn)，NGH的儲氣比相對較低，天然氣水合物生產(chǎn)和儲運工藝仍未成熟，仍未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)天然氣水合物。因此，設(shè)計一種的天然氣水合反應(yīng)器，提高水合物的形成速率，對于實現(xiàn)天然氣經(jīng)濟高效儲存與輸送具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計一種水合物快速合成裝置，并提供與本裝置匹配的水合物快速合成方法，實現(xiàn)天然氣水合物連續(xù)、快速、高效制備，為天然氣儲運工藝提供一種新途徑。

本發(fā)明主要解決了以下幾個問題：

(1)設(shè)計水合反應(yīng)攪動系統(tǒng)，在水合反應(yīng)體系不同位置設(shè)置不同規(guī)格的攪動件，通過攪動系統(tǒng)的周向、軸向運動，實現(xiàn)水合反應(yīng)體系無規(guī)律擾動，促進水合反應(yīng)快速進行。

(2)設(shè)計水合反應(yīng)周向自旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，借助輸水泵增壓后液體對旋轉(zhuǎn)輪進行沖擊影響，實現(xiàn)水合反應(yīng)攪動系統(tǒng)連續(xù)周向攪動。

(3)設(shè)計水合反應(yīng)軸向自旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，改變進液口噴頭結(jié)構(gòu)，借助高壓液體的位能、動能及彈簧的彈性勢能，完成水合反應(yīng)攪動系統(tǒng)軸向攪動。