CN210875293U - 一种环形天然气水合物浆体生成装置 - Google Patents

Abstract

一种环形天然气水合物浆体生成装置，本实用新型涉及天然气储运领域，尤其涉及一种环形天然气水合物浆体生成装置，具体是一种快速人工制备天然气水合物浆体的装置。本实用新型主要功能为人工快速合成天然气水合物浆体，通过环形反应器结合内螺旋导流带以形成环形螺旋流，环形螺旋流的作用使气液两相之间实现热量与质量的快速传递，可以使气液两相之间的接触面大幅提高，而生成热也会因为环形螺旋流的作用得到快速的转移，本实用新型可有效解决常规制备反应器中水循环回路堵塞的问题，减少了运营成本、提高了人工制备天然气水合物的效率。

Description

一种环形天然气水合物浆体生成装置

技术领域

本实用新型涉及天然气储运领域，尤其涉及一种环形天然气水合物浆体生成装置，具体是一种快速人工制备天然气水合物浆体的装置。

背景技术

气体水合物是客体分子在一定的温度和压力下与水作用形成的一种类似于冰的非化学计量的笼形晶体化合物。气体水合物的研究历史最早可追溯到1778年。随着研究的深入，人们研究发现甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、氧气、硫化氢等气体都能与水在一定的条件下形成水合物。到目前为止，气体水合物的研究领域主要包括自然界天然气水合物的开发、气体水合物技术(包括气体的储存和运输、混合气的分离、空调蓄冷、海水淡化和溶液提浓等)和管道流动安全等。

在水合物利用技术中，水合物储运天然气技术研究是当今一大热点，研究不但涉及水合物快速合成、水合物安全储运以及水合物再气化等关键技术，并且还涉及了水合物储运技术相对于现有天然气储运技术的经济可行性。研究表明，水合物用于天然气储运，不仅可使天然气以固态形式储运，储运方式更为灵活便捷，而且可免除管线建设与维护费用，为不具备管道设施或不值得铺设管线的偏远地区提供了一种新型的供气途径。

水合物成核类似于盐类或者水的结晶过程，处于过冷状态或过饱和状态下的含有表面活性剂的溶液在反应器内流动时，出现亚稳态结晶现象，根据成簇成核模型，管道内气液两相流动时，水分子首先要将液相中的甲烷分子包围起来，并在两相的接触面上形成一些不稳定簇(在水合物的生成过程中起着基块的作用)，并且不稳定簇之间存在着一个快速转变的过程，并逐渐演变为可以继续生长的分子簇，也就是原始晶核，分子簇可以生长，直至达到临界尺寸，随后进入晶核的快速生长期。

根据实验观察发现，反应器内水合物的生成过程是乳状物、粒状物和云状物。当到达一定的反应时间时，反应器内出现乳状物，溶液的粘滞力明显增强，随着反应继续进行液面处出现白色粒状物，此时晶核形成诱导结束；之后晶核聚结，反应器内出现白色团状物，团状物聚集成云状，液面渐渐模糊、白色云状物逐渐蔓延至全反应器。

然而在人工制备天然气水合物过程中，水循环回路中常常出现堵塞问题。不管采用鼓泡、喷淋或者管式反应器，由于生成的水合物为固体，都会存在管道堵塞，循环泵负荷增大等问题，这些问题是反应器设计的一个难题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种环形天然气水合物浆体生成装置，天然气水合物合成过程分为两段：一、原始晶核形成期/诱导期(反应器内出现乳状物，溶液的粘滞力明显增强)，二、晶核的快速生长期/稳定生长期(反应器内出现白色团状物，团状物聚集成云状)，本实用新型主要功能为将天然气与配置水人工制备成原始晶核形成期/诱导期的水合物浆体，并将浆体排出至后续晶核的快速生长期/稳定生长期反应器中，将人工合成天然气水合物分为两段式进行，通过环形反应器结合内螺旋导流带以形成环形螺旋流，环形螺旋流的作用使气液两相之间实现热量与质量的快速传递，可以使气液两相之间的接触面大幅提高，而生成热也会因为环形螺旋流的作用得到快速的转移，本实用新型可有效解决常规制备反应器中水循环回路堵塞的问题，减少了运营成本、提高了人工制备天然气水合物的效率。

天然气的主要成分难溶于水，在静态纯水体系中反应时，水合物首先在气体浓度差最大的气液界面上生成，呈现出薄膜状阻碍气体与水接触，此时水合物生成速率极为缓慢。静态体系下生成水合物不仅生成速率缓慢，并且储气率往往达不到理论值，即生成的水合物质量较差，达不到工业要求。为了快速生成质量合格的水合物，国内外众多科研工作者进行了大量的研究。目前，针对水合物生成的强化手段主要可以分为机械强化法和物理化学强化法。本实用新型是一种通过环形反应器结合内螺旋导流带以形成环形螺旋流，并使用添加一定量的化学药剂制成的配置水，结合了机械强化法和物理化学强化法的优点，使人工制备天然气水合物的过程更加高效。

本实用新型实施例提供一种环形天然气水合物浆体生成装置，主要功能为人工快速合成天然气水合物浆体，本实用新型包括反应系统及动力系统。

所述反应系统包括圆环反应装置、注气口、注水口、阀门、压力传感器、温度传感器、排液口、支架，所述圆环反应装置为中空圆环体反应装置，所述注气口布置于圆环体外表面，所述注水口布置于圆环体顶部，所述阀门布置于注水口底部，所述压力传感器、温度传感器布置于圆环体顶部，所述排液口布置于圆环体底部，所述支架布置于圆环体底部起支撑作用。

优选的，所述圆环反应装置包括反应腔体、制冷层、保温层、导流带，所述反应腔体与制冷层内壁相接触，所述制冷层外壁与保温层内壁相接触，所述导流带布置于制冷层内表面，起到使反应腔体内部水和天然气形成环形螺旋流的作用。

优选的，所述保温层材料包括AEPS改性聚苯板、聚氨酯、EPS聚苯乙烯板及其他常规性工业用保温材料。

所述动力系统包括内嵌式电机固定架、电机固定架、电动机、螺旋叶片、导流后座，所述内嵌式电机固定架为中空半圆柱体形状，所述电机固定架布置于内嵌式电机固定架内表面，所述电动机布置于电机固定架顶部，所述螺旋叶片、导流后座布置于电动机两侧，所述导流后座为圆锥体形状，起减少水流阻力作用，所述动力系统布置于圆环反应装置底部。

所述内嵌式电机固定架与圆环反应装置密封连接，连接方式包括螺栓连接、卡扣连接及其他常规密封连接方式。

所述一种环形天然气水合物浆体生成装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、配置添加一定量化学药剂的配置水，通过注水口注入反应腔体内并充满反应腔体空间，通过注气口注入天然气并通过排液口排出部分配置水，调节配置水注入量为反应腔体容积的0.8倍。

步骤2、通过制冷层将反应腔体内温度调节至2℃，启动电动机。

步骤3、通过注气口注入天然气，注入量、注入速率、注入压力根据实际生产要求进行调整。

步骤4、通过压力传感器、温度传感器实时监测反应腔体内压力、温度的变化。

步骤5、待反应腔体内反应完成，压力降低至0.1MPa以下，停止反应，制备天然气水合物浆体完毕。

步骤6、将步骤5中制备完毕的天然气水合物浆体通过排液口排出，进行下一阶段天然气水合物合成过程。

优选的，所述配置水包括蒸馏水、纯净水及添加一定量化学药剂的水，所述化学药剂可以是表面活性剂，例如十二烷基硫酸钠(SDS)、直链十二烷基苯磺酸钠(LABS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、壬基酚聚氧乙烯醚(ENP)、木质素磺酸钠，所述化学药剂可以是离子化合物及模板剂，例如次氯酸钙、疏水性卤化物、失水山梨醇单油酸酯(Span80)。

本实用新型实施例的一种环形天然气水合物浆体生成装置有益效果是：本实用新型可人工快速合成天然气水合物浆体，通过环形反应器结合内螺旋导流带以形成环形螺旋流，本实用新型可有效解决常规制备反应器中水循环回路堵塞的问题，减少了运营成本、提高了人工制备天然气水合物的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为圆环反应装置正切面示意图。

图3为圆环反应装置侧切面示意图。

图4为动力系统侧视结构示意图。

图5为动力系统正视结构示意图。

附图标号：1、圆环反应装置2、内嵌式电机固定架3、注气口4、注水口5、阀门6、压力传感器7、温度传感器8、排液口9、支架10、反应腔体11、制冷层12、保温层13、导流带14、电机固定架15、电动机16、螺旋叶片17、导流后座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、4、5所示，为本实用新型的结构示意图、动力系统结构示意图，包括反应系统及动力系统。

所述反应系统包括圆环反应装置1、注气口3、注水口4、阀门5、压力传感器6、温度传感器7、排液口8、支架9，所述圆环反应装置1为中空圆环体反应装置，所述注气口3布置于圆环体外表面，所述注水口4布置于圆环体顶部，所述阀门5布置于注水口4底部，所述压力传感器6、温度传感器7布置于圆环体顶部，所述排液口8布置于圆环体底部，所述支架9布置于圆环体底部起支撑作用。

所述动力系统包括内嵌式电机固定架2、电机固定架14、电动机15、螺旋叶片16、导流后座17，所述内嵌式电机固定架2为中空半圆柱体形状，所述电机固定架14布置于内嵌式电机固定架2内表面，所述电动机15布置于电机固定架14顶部，所述螺旋叶片16、导流后座17布置于电动机15两侧，所述导流后座17为圆锥体形状，起减少水流阻力作用，所述动力系统布置于圆环反应装置1底部。

如图2、3所示，为圆环反应装置示意图。

所述圆环反应装置1包括反应腔体10、制冷层11、保温层12、导流带13，所述反应腔体10与制冷层11内壁相接触，所述制冷层11外壁与保温层12内壁相接触，所述导流带13布置于制冷层11内表面，起到使反应腔体10内部水和天然气形成环形螺旋流的作用。

所述一种环形天然气水合物浆体生成装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、配置添加一定量化学药剂的配置水，通过注水口4注入反应腔体10内并充满反应腔体10空间，通过注气口3注入天然气并通过排液口8排出部分配置水，调节配置水注入量为反应腔体10容积的0.8倍。

步骤2、通过制冷层11将反应腔体内温度调节至2℃，启动电动机15。

步骤3、通过注气口3注入天然气，注入量、注入速率、注入压力根据实际生产要求进行调整。

步骤4、通过压力传感器6、温度传感器7实时监测反应腔体10内压力、温度的变化。

步骤5、待反应腔体10内反应完成，压力降低至0.1MPa以下，停止反应，制备天然气水合物浆体完毕。

步骤6、将步骤5中制备完毕的天然气水合物浆体通过排液口8排出，进行下一阶段天然气水合物合成过程。

圆环反应装置内部环形螺旋流制备天然气水合物浆体的过程中，温度、压力、液相折算流速对反应腔体内水合物的生成具有很大的影响；在压力、液相折算流速均相同的情况下，系统温度升高，水合物浆体诱导、生成时间变长；在同一温度、压力情况下，水合物浆体的诱导、生成时间均随液相折算流速的提高而提高；在温度、液相折算流速均相同的情况下，系统压力升高，水合物浆体诱导、生成时间变短；因此在实际成产过程中可根据实际要求设定具体的注气压力、电动机功率、制冷功率以形成固定参数，也可根据实际要求对注气压力、电动机功率、制冷功率进行调整。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种环形天然气水合物浆体生成装置，其特征在于,包括反应系统及动力系统；

所述反应系统包括圆环反应装置、注气口、注水口、阀门、压力传感器、温度传感器、排液口、支架，所述圆环反应装置为中空圆环体反应装置，所述注气口布置于圆环体外表面，所述注水口布置于圆环体顶部，所述阀门布置于注水口底部，所述压力传感器、温度传感器布置于圆环体顶部，所述排液口布置于圆环体底部，所述支架布置于圆环体底部；

所述动力系统包括内嵌式电机固定架、电机固定架、电动机、螺旋叶片、导流后座，所述内嵌式电机固定架为中空半圆柱体形状，所述电机固定架布置于内嵌式电机固定架内表面，所述电动机布置于电机固定架顶部，所述螺旋叶片、导流后座布置于电动机两侧，所述导流后座为圆锥体形状，所述动力系统布置于圆环反应装置底部。

2.如权利要求1所述的一种环形天然气水合物浆体生成装置，其特征在于，所述圆环反应装置包括反应腔体、制冷层、保温层、导流带，所述反应腔体与制冷层内壁相接触，所述制冷层外壁与保温层内壁相接触，所述导流带布置于制冷层内表面。

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