本發(fā)明涉及機械領域，尤其涉及天然氣水合物合成搖擺板式反應釜系統(tǒng)。

背景技術：

目前，國內外對天然氣水合物快速合成方法主要包括：機械強化快速合成，化學強化快速合成及外場作用下的快速合成。其中機械強化作用通過增大氣液接觸面積，加大氣體在水中的溶解度，從而實現(xiàn)天然氣水合物的快速合成，目前國內外針對水合物的合成機械強化方法主要有攪拌法，噴淋法及鼓泡法。

攪拌法即攪拌葉片旋轉使氣液接觸面由圓形變?yōu)殄F形，增大氣液接觸面積，強化傳質傳熱過程，進而縮短水合物合成的成核時間和生長時間，提高水合速率，；噴淋法是通過噴嘴將主體水進行霧化，與反應釜內的氣體進行接觸，強化氣液接觸面積，進而提高水合反應速率，促進水合物的快速合成；鼓泡法利用孔板鼓泡來增大氣液接觸面積，增強氣體對液體的擾動，從而縮短天然氣水合物形成誘導期，促進天然氣水合物的快速合成。

上述水合物快速合成機械強化方法只采用了一種機械強化作用增強天然氣水合物快速合成過程中的傳質傳熱效果，并沒有采用兩種機械強化作用的疊加效果增強天然氣水合物快速合成過程中的傳質傳熱效果。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種能夠提高天然氣水合物效率的搖擺板式反應釜系統(tǒng)。

天然氣水合物合成搖擺板式反應釜系統(tǒng)，包括反應釜和搖擺系統(tǒng)，所述搖擺系統(tǒng)頂端設置有第一夾套和第二夾套，所述搖擺系統(tǒng)與反應釜通過第一夾套、第二夾套連接，所述搖擺系統(tǒng)包括固定支承桿、可伸縮式支撐桿；固定支承桿頂部通過第一球形鉸鏈與第一夾套相連接，可伸縮式支撐桿頂部通過第二球形鉸鏈與第二夾套相連接；所述可伸縮式支撐桿底部有活塞，活塞設置在活塞缸內，活塞缸通過液壓泵液壓回路與液壓油箱連通，液壓回路上安裝有截止閥和調節(jié)閥。

所述的可伸縮式支撐桿上安裝有位移傳感器。

所述的反應釜，包括筒體和多個篩板，所述筒體的兩端通過筒體法蘭和螺栓分別連接連接進口平蓋封頭和出口平蓋封頭；所述的進口平蓋封頭上設置有氣體進口、溫度傳感器、壓力傳感器、進液口；所述的出口平蓋封頭上設置有液體出口、出氣口；所述篩板垂直的設置在反應釜內部，所述篩板中心安裝在軸上，所述篩板與軸之間通過鍵連接固定。

所述的篩板上有篩孔，篩板邊緣有一缺口，多片篩板平行安裝在軸上，缺口錯開安裝。

本發(fā)明提供的天然氣水合物合成搖擺板式反應釜系統(tǒng)，由于在釜體上設置了溫度傳感器、壓力傳感器，從而可以根據獲取的溫度、壓力來調整天然氣水合物的合成效率。并且通過搖擺系統(tǒng)克服了已有水合物合成反應釜只采用了一種機械強化作用增強天然氣水合物快速合成過程中傳質傳熱效果的不足。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的反應釜結構示意圖；

圖3為本發(fā)明的篩板結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面本發(fā)明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，天然氣水合物合成搖擺板式反應釜系統(tǒng)，包括反應釜5和搖擺系統(tǒng)15，所述搖擺系統(tǒng)15頂端設置有第一夾套6-1和第二夾套6-2，所述搖擺系統(tǒng)15與反應釜5通過第一夾套6-1、第二夾套6-2連接，所述搖擺系統(tǒng)15包括固定支承桿1、可伸縮式支撐桿8；固定支承桿1頂部通過第一球形鉸鏈2-1與第一夾套6-1相連接，可伸縮式支撐桿8頂部通過第二球形鉸鏈2-2與第二夾套6-2相連接；所述可伸縮式支撐桿8底部有活塞9，活塞9設置在活塞缸10內，活塞缸10通過液壓泵13液壓回路與液壓油箱14連通，液壓回路上安裝有截止閥12和調節(jié)閥11。

所述的可伸縮式支撐桿8上安裝有位移傳感器7。

如圖2所示，所述的反應釜5，包括筒體5-1和多個篩板3，所述筒體5-1的兩端通過筒體法蘭和螺栓分別連接連接進口平蓋封頭5-2和出口平蓋封頭5-3；所述的進口平蓋封頭5-2上設置有氣體進口5-4、溫度傳感器5-5、壓力傳感器5-6、進液口5-9；所述的出口平蓋封頭5-3上設置有液體出口5-8、出氣口5-7；所述篩板3垂直的設置在反應釜5內部，所述篩板3中心安裝在軸4上，所述篩板3與軸4之間通過鍵連接固定。

如圖3所示，所述的篩板3上有篩孔，篩板3邊緣有一缺口，多片篩板3平行安裝在軸4上，缺口錯開安裝。

篩板3由軸4固定置于反應釜5釜體內，通過篩板3來加速天然氣水合物的合成。

所述反應釜5筒體5-1上安裝有搖擺系統(tǒng)15，搖擺系統(tǒng)15由液壓泵等提供動力，通過可伸縮式支撐桿8帶動筒體5-1運動加速天然氣水合物的合成。

反應釜5是水合物制備系統(tǒng)的核心設備，為臥式三類壓力容器，釜體周圍被換熱夾套包裹進行制冷；將篩板3固定在軸4上，軸4的兩端并沒有固定而是緊挨著兩端的壁面，防止在搖擺的過程中與釜體發(fā)生碰撞。反應釜5主要與搖擺系統(tǒng)15配合使用，實現(xiàn)快速合成的功能。

反應釜設計參數如下：

設計壓力：16MPa

設計溫度：-15～40℃

釜體尺寸：Φ308×430(mm)

腔體總容積：5L

最高工作壓力：12MPa

工作溫度：0℃～30℃

水壓實驗壓力：20MPa

工作介質：水和天然氣、化學試劑等

主體材質：0Cr18Ni10Ti或采用合金鋼加不銹鋼316材質防腐層

設計壽命：30年。

反應釜中篩板3上的篩孔大小不一，按一定規(guī)律分布排列。當反應釜5上下?lián)u擺的過程中，反應釜5中的液體通過篩板3上大小不一的孔形成液滴向下滴落，氣體在釜內上升的過程中通過篩板3上的孔形成氣泡，這就達到了鼓泡式反應釜的效果；在反應釜5上下?lián)u擺運動中，釜中的液體劇烈的運動，從而達到了攪拌式反應釜的效果。篩板3上設置缺口及直徑不同的孔，其目的是當直徑較小的孔被水合物顆粒堵住時，液體可以從直徑較大的孔或缺口通過流到下一個篩板，達到增強湍流、強化傳質、增加流程的效果。

篩板設計參數如下：

設計壓力：16MPa

設計溫度：-15～40℃

篩板尺寸：Φ150×20(mm)

最高工作壓力：12MPa

工作溫度：0℃～30℃

水壓實驗壓力：20MPa

工作介質：水和天然氣、化學試劑等

主體材質：0Cr18Ni10Ti或采用合金鋼加不銹鋼316材質防腐層

設計壽命：30年。

通過夾套將反應釜5固定在搖擺系統(tǒng)15上。反應釜5的搖擺運動由液壓泵13提供動力，液壓泵13通過將液壓油輸入活塞9下方，擠壓活塞9向上運動；當可伸縮式支撐桿8達到最高點時，關閉截止閥12，采用反應釜5的一部分重力、可伸縮式支撐桿8的重力以及液壓油的重力提供動力將液壓油擠入液壓油箱14中，通過調節(jié)閥11來控制液壓油的輸出速度，從而控制可伸縮式支撐桿8的下降速度。當反應釜5達到最高點或者最低點時，需要停留一段時間保證液體能完全滴落到底部，完成液體與氣體充分接觸的過程。液壓泵13以及截止閥12、調節(jié)閥11的控制均是通過位移傳感器7采集的數據反饋回系統(tǒng)，通過電腦處理從而實現(xiàn)自動控制。

釜體采用304奧氏體不銹鋼，設計壓力為12Mpa，釜內為高壓氣液兩相介質，設計過程采用常規(guī)的壓力容器設計方法，符合GB150-98《鋼制壓力容器》技術法規(guī)，設計主要內容包括釜體設計，法蘭設計，密封設計，強度校核及水壓試驗。

通過對天然氣水合物在熱力學方面進行的研究，發(fā)現(xiàn)低溫、高壓是維持天然氣水合物的必要條件。水合反應釜的設計滿足天然氣水合物生成過程中的實驗要求，本發(fā)明的反應釜能耗低，結構簡單，設計緊湊，易于安裝，且操作維修方便，使氣液在釜內接觸，在一定的壓力溫度下結晶固化，為天然氣水合物快速合成提供了實驗條件。

本發(fā)明主容器Q345R鋼板按照GB713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》正火狀態(tài)供貨、檢驗和驗收，且應進行超聲檢測，合格級別不低于JB/T4730.3-2005標準的Ⅱ級；平蓋卡箍采用16Mn鍛件應符合NB/T47008-2010《承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件》的要求，Ⅲ級合格，

根據高壓合成釜結構、甲烷氣體的氣密性以及實驗功能要求，高壓合成釜密封選用自緊式密封結構。自緊式密封有雙錐環(huán)密封、伍德密封、C形環(huán)密封、O形環(huán)密封、三角墊密封、O型圈密封等。本發(fā)明高壓合成釜選用氟膠“O”形圈，制造費用低且使用方便，耐化學介質及二氧化碳氣體、抗擠出、抗氣爆。釜體與釜蓋之間設有2道氟膠“O”形圈，密封圈截面直徑為18mm，密封凹槽深15mm、寬20mm，分別在徑向和軸向安裝，密封結構簡單、密封效果好，對正后靠釜蓋自重即可裝入。

由于高壓合成釜內腔表面，會與釜內的介質產生接觸(海水、甲烷、化學劑等，具有腐蝕性)，故需要對其進行防腐處理，以保證高壓合成釜的使用性能和使用壽命。合成釜內腔表面、封頭內表面及與介質接觸的孔等潤濕部位，采用特殊工藝熱熔蒙乃爾400合金防腐層。蒙乃爾400合金的組織為高強度的單相固溶體，它是一種用量最大、用途最廣、綜合性能極佳的耐蝕合金。此合金在氫氟酸和氟氣介質中具有優(yōu)異的耐蝕性，對熱濃堿液也有優(yōu)良的耐蝕性。同時還耐中性溶液。

反應釜設計要求：釜體設計內徑為150mm，壁厚為8mm，平蓋設計厚度為48mm，水壓實驗壓力為15Mpa，反應釜采用可拆的連接結構形式，法蘭強度及剛度校核滿足實驗要求。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。