一種基于氣體節流技術的連續式氣體水合物漿合成方法與裝置的制造方法
【專利說明】一種基于氣體節流技術的連續式氣體水合物漿合成方法與裝置
技術領域
[0001]本發明屬于水合物技術應用領域，涉及到一種基于氣體節流技術的連續式氣體水合物漿合成方法及裝置。
【背景技術】
[0002]近年來水合物技術發展迅速，其在儲能、分離和蓄冷等領域均有潛在應用價值，亟需開發連續、高效水合物生成技術和裝置。以水合物法天然氣儲運技術為例，該技術是將天然氣轉化為水合物漿形式進行儲運。相對于傳統天然氣壓縮、液化、管道輸送等儲運方式，水合物漿儲運技術更有優勢。
[0003]對比天然氣的儲運成本，水合物漿儲運形式經濟性較高。同時，水合物漿制備及儲存條件容易滿足，可以極大地減少能耗。并且其能量密度大，儲運效率較高。相比于天然氣泄漏易爆，水合物漿儲運較為安全。此外，水合物漿具有很好的流動性，避免天然氣水合物裝卸輸運的不便。在其他方面，水合物漿也有諸多用處，如作為高熱流密度輸送介質，應用在空調系統中，以及相關專利公開的水合物法天然氣儲存和調峰用工藝系統等。
[0004]但目前，水合物漿儲運技術還沒有進行大規模推廣，仍需大量的實驗研究。主要存在制備裝置冗余相對比較復雜，水合物生成效率不高，產出量較少等問題。如水合物漿實驗測試研究的裝置，多采用攪拌，搖晃式，能量損耗大。
【發明內容】
[0005]為了解決上述問題，本發明提出了一種基于氣體節流技術的連續式氣體水合物漿合成方法與裝置，進一步提高了氣體水合物的生成效率，增加了水合物漿產量，同時裝置設計簡單，易于操作。實現了氣體水合物高效、便捷的合成。
[0006]—種基于氣體節流技術的連續式氣體水合物漿合成方法與裝置，包括型水合物反應器、進氣系統、收集裝置、循環系統以及數據測量與控制系統。
[0007]型水合物反應器分別與進氣系統、收集裝置、循環系統以及數據測量與控制系統直接相連，型水合物反應器的右部下端與進氣系統連通，左部下端與收集裝置連通，循環系統連接在η型水合物反應器下端，數據測量與控制系統連接在反應器上端。
[0008]型水合物反應器，分為左部和右部，右部為氣體水合物的生成區，利用氣體水合物密度低于水的特性，待水合物顆粒上浮后自動流到左端，左部為水合物漿的分離和收集區。水合物反應器設計為η型，不但為水合物提供了生成環境，也更利于水合物的提取和收集，同時也實現了水合物的連續式生成。JT型水合物反應器包括制冷盤管、安全閥、細孔濾網、水合物漿出口以及出水口。制冷盤管位于η型水合物反應器內壁，能夠準確控制反應器內的溫度，保證水合物漿的高效制備;安全閥位于反應器左部上端，確保反應器內壓力處于安全值內。細孔濾網位于反應器的左部下端，可對水合物漿進行初步過濾，傾斜安裝在η型水合物反應器內壁，有利于水合物漿從水合物漿出口流出，該出口無法使氣體通過；出水口設置在型水合物反應器左部下端，用于循環溶液;反應器的上端和下端均設有可自由拆卸的堵頭，方便安裝和維修。
[0009]進氣系統包括高壓氣罐、進氣栗、氣體節流裝置、可控背壓閥及干燥器。高壓氣源通過減壓閥與進氣栗相連，不斷向型水合物反應器內輸送氣體，使得水合物生成環境處于氣飽和狀態，保證水合物的連續生成;進氣栗與氣體節流裝置連通，以恒定壓力將氣體輸送到節流裝置;氣體節流裝置位于η型水合物反應器右部下端，氣體經節流裝置流入η型水合物反應器。該過程通過節流膨脹原理實現局部氣體和水的瞬時快速降溫，從而促進水合物迅速生成。為了氣體在液相中充分擴散，并延長在液相中的滯留時間，將節流裝置的出氣口朝下安置;同時，該節流裝置設計為單向流通，僅允許氣體流入。可控背壓閥安裝在η型水合物反應器右上端，與干燥器連通，最終接入進氣管路，與進氣栗相連。可控背壓閥能夠保證節流裝置出口壓力恒定，易于控制，同時也可實現氣體的重復利用;干燥器可對流出氣體進行干燥，防止腐蝕損害設備。
[0010]收集裝置包括固液混輸栗、單向逆止閥以及水合物漿儲存罐。固液混輸栗通過單向逆止閥與水合物漿出口相連，用于收集所形成的水合物漿;收集到的水合物漿被回收到水合物漿儲存罐中，該水合物漿儲存罐具有保溫功能，以防止水合物分解。
[0011]循環系統包括液位傳感器、單向逆止閥、抽液栗、進液栗和溶液罐。液位傳感器安裝在型水合物反應器左部下端，用于測量過濾后得到的溶液高度;31型水合物反應器左部下端的出水口與單向逆止閥相連，只允許水從出口流出；抽液栗的進口與單向逆止閥相連，出口與進液栗連通。抽液栗根據過濾后得到的溶液高度自動運行，單向逆止閥跟隨抽液栗的啟停而開關。當過濾后得到的溶液高度大于設定值，表示水量過多，抽液栗自動啟動將溶液抽出，單向閥門跟隨打開，過濾后得到的溶液將重新補給到反應器內，從而實現溶液的重復利用；當過濾后得到的溶液高度小于設定值，抽液栗會停止運行，單向閥隨之自動關閉。而連通溶液罐的進液栗會自動運行，向反應器內補液，直到反應器左側的溶液的液位高于設定值即停止運行。該循環過程，既完成了溶液的重復利用，也增強了η型水合物反應器內溶液的流動性，利于水合物漿的收集，實現了水合物漿的連續生成。
[0012]數據測量與控制系統，包括溫度傳感器、壓力傳感器、數據轉換模塊和工控機。溫度傳感器和壓力傳感器安裝在反應器上端，用于檢測反應器內的溫度和壓力。溫度傳感器和壓力傳感器通過A/D轉換模塊與工控機相連，各栗、閥門與相應設備連接，由工控機統一實行自動控制。
[0013]該反應器本體部分為不銹鋼材質，耐壓值230MPa;制冷盤管溫度范圍-30_20°C ;高壓氣源耐壓值2 30MPa;水合物漿儲存罐為不銹鋼材質，外層添加恒溫隔熱材料。
[0014]本發明的有益效果是:水合物漿高效制備裝置，滿足大背景下天然氣的輸運與儲存研究需求;采用氣體節流技術，提高水合物生成速率;η型水合物反應器設計，利于水合物漿收集，實現連續式氣體水合物生成，確保水合物漿制備效率;溶液可實現智能連續循環利用，氣體可重復利用，均減少損耗，提高了能量利用率;該裝置制作簡單，成本較低，易于操作，可進行水合物漿的大量生產;該合成方法及裝置的設計靈活，亦可進行多項氣體水合物生成方面的研究。
【附圖說明】
[0015]圖1是一種基于氣體節流技術的連續式氣體水合物漿合成方法與裝置工作流程圖。
[0016]圖2是一種基于氣體節流技術的連續式氣體水合物漿合成方法與裝置系統圖。
[0017]圖中:I溶液罐;2進液栗;3單向止回閥;4高壓氣源;5減壓閥;6進氣栗;7節流裝置；8可控背壓閥；9干燥器；10制冷盤管；11細孔濾網；12水合物漿出口 ； 13固液混輸栗；14水合物漿儲存罐;15液位傳感器;16出水口 ； 17抽液栗；18安全閥；19溫度傳感器;20壓力傳感器；21A/D轉換模塊;22工控機;23堵頭。
【具體實施方式】
[0018]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0019]如圖2所示，按所述的裝置結構連接，使用該裝置進行氣體節流技術的連續式氣體水合物漿合成方法，步驟如下:
[0020](I)注水-控溫:進液栗2運行，單向逆止閥3自動打開，溶液從溶液罐I流進型水合物反應器，待JT型水合物反應器左側液體達到一定高度，即會流到JT型水合物反應器右側，一旦液位傳感器15檢測到型水合物反應器右側液體高度大于設定值，進液栗2會立即停止工作，單向逆止閥3跟隨進液栗2自動關閉，注水完成。設定制冷盤管10溫度，通過溫度傳感器19可準確控制型水合物反應器內的溫度。
[0021](2)進氣-水合物連續生成:待型水合物反應器內溫度穩