[發明專利]一種新型塔板快速連續生成水合物裝置及方法

有效

• 申請號: 201910518619.4
• 申請日: 2019-06-15
• 公開（公告）號: CN110280203B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 白凈;謝庚彪;甄翔;常春;李攀
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;C10L3/10;B01J4/02;B01J19/00
• 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

一種新型塔板快速連續生成水合物裝置，包括反應器，反應器包括內筒和外筒，內筒和外筒之間設置朝向外筒傾斜的篩板；所述外筒的頂部設置出氣口，底部設有循環水出口和排料口，其中，排料口位于篩板上方；所述內筒為上、下開口的圓筒形結構，內筒的底部下方設置氣體分布器和噴水口；沿內筒軸向垂直設置數層塔板。同時本發明還公布了利用其制備水合物的方法。本發明首次將立體傳質塔板應用于水合物的生成中，不僅加快了反應的進行，氣液兩相在立體塔板上進行傳質，實現了氣?液?固三相界面充分湍流更新；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反應熱的快速移除兩大問題。

技術領域

本發明屬于天然氣水合物的制備技術領域，具體涉及一種新型塔板快速連續生成水合物裝置及方法。

背景技術

水合物是一種特殊的包絡化合物：一定溫度、壓力條件下水分子間以氫鍵相互結合形成的籠形孔穴將客體分子包絡在其中形成的非化學計量的化合物。客體分子主要包括一些小分子氣體（H₂、CH₄、N₂、CO₂、C₂H₄、C₂H₆等）和部分非氣體分子[一溴甲烷（CH₃Br）、四氫呋喃（THF）、環戊烷（CP）、四丁基溴化銨（TBAB）等]。目前來說研究最多的是天然氣水合物。天然氣的組分很多，主要成分是甲烷氣，甲烷水合物作為一種高性價比的能源，受到了廣泛關注，在標準狀態下，1體積的甲烷水合物理論上可以儲存164體積的甲烷氣體。所以通過籠形水合物的NGH （Natural Gas Hydrate）方法是大規模存儲天然氣的一個很好的選擇。NGH技術有以下幾個優點：較高的體積存儲容量、對環境友好、非爆炸性、處理非常安全、高性價比等。NGH具有的一個突出優勢是“自我保護”現象，在標準大氣壓力、溫度保持零度以下的儲存條件下，水合物分解速率非常緩慢，“自我保護”提供了動力學穩定性。而且從NGH中回收能量就像融冰一樣非常簡單，可以使用低溫余熱或海水來實現。由此可見，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，天然氣水合物快速合成工藝仍未成熟，阻礙這項技術商業化的問題主要是在水合物形成步驟較慢和存儲困難。用于制備氣體水合物的技術主要有靜止接觸，攪拌，鼓泡等，但是用于制備氣體水合物的技術中各有利弊，其中在攪拌式反應器中，隨著水合物持續生長，氣-液-固三相不能保持充分混合，限制了氣-液界面的傳質。所以，增加氣-液-固三相使其充分混合對水合物的快速生成至關重要。

專利CN1537666A開發了用水合物法生成并分離氣體混合物的反應器，在反應條件下，原料氣中的部分氣體與噴淋裝置噴出的霧狀液體匯集到塔板上形成的液體層反應，生成水合物并排出。將塔板應用于氣體水合物生成時多為分離混合氣，在高壓條件下生成水合物漿，然后將水合物漿與剩余氣體分離得到純化后的氣體，最后將水合物漿在常壓下分解得到解析氣體。傳統的塔板多為氣液逆流傳質，本發明將液體作為連續相，氣體作為溶解相溶解在液體中，氣液并流水合物的生成。本發明將從設備結構和吸收溶液的組成兩個方面入手，解決生成過程中的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型塔板快速連續生成水合物裝置，同時提供利用該裝置生成水合物的方法是本發明的另一發明目的。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種新型塔板快速連續生成水合物裝置，包括反應器，所述反應器包括內筒和外筒；內筒和外筒之間設置朝向外筒傾斜的篩板；所述外筒的頂部設置出氣口，底部設有循環水出口和排料口，其中，排料口位于篩板上方；所述內筒為上、下開口的圓筒形結構，內筒的底部下方設置氣體分布器和噴水口；沿內筒軸向垂直設置數層塔板，每層塔板包括與內筒壁連接的塔底板，塔底板上均勻設置數個帽罩，所述帽罩包括帽頂和與帽頂依次連接的第一帽裙和第二帽裙；第一帽裙為圓形筒狀結構，且第一帽裙的直徑小于帽頂的直徑，第二帽裙為大口朝下的錐形筒結構，第二帽裙的上部直徑與第一帽裙的直徑相等；第一帽裙和第二帽裙側壁開設裙孔噴射孔，塔底板上、位于第二帽裙下方的區域開設有塔底孔。