快速合成天然氣水合物裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種海洋天然氣水合物開發(fā)實驗系統(tǒng)中的合成水合物裝置設(shè)計，特別涉及一種天然氣水合物快速合成裝置設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]水合物儲運技術(shù)達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)必先解決氣體水合物高密度生長的關(guān)鍵技術(shù)問題，形成水合物的氣體一般來說在水中溶解度不大，在未受擾動情況下多數(shù)只在氣一液相界面生成少量水合物，雖然通過機械攪拌可獲得較為理想的水合物生成速率，但又存在高壓攪拌引起的機械可靠性問題以及水合物生成后期液體粘度增大，影響機械攪拌的效率，進(jìn)而降低單位體積的儲氣率，本專利將以天然氣水合物儲運為研宄背景，對天然氣水合物合成裝置的流動、傳熱、傳質(zhì)特性及水合物合成效果進(jìn)行研宄，探索快速大規(guī)模天然氣水合物合成裝置的設(shè)計方案，從而推進(jìn)天然氣水合物儲運的工業(yè)化進(jìn)程，對能源的開發(fā)和利用具有戰(zhàn)略意義。因此，迫切需要一種新型高密度水合物生成方法，對實驗研宄與指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)都具有十分重要的意義。
[0003]鼓泡器又稱為鼓泡反應(yīng)器，是一種氣液傳質(zhì)或反應(yīng)裝置。鼓泡法水合物生成系統(tǒng)不僅在熱量傳遞方面有優(yōu)勢，而且微小的氣泡極大地增大了氣液接觸面積并增強了氣體的溶解能力。鼓泡法實施過程中，上升的氣泡和水接觸并在氣液接觸面上生成水合物。因為水合物層是沿著上升的氣泡形成的，上升的天然氣在氣水界面處的輕微擾動都可能使氣泡破碎，氣泡的破碎可以增大氣液的接觸面，同時，水合物生成熱可以通過水的傳熱及時帶走，從而提高了水合物的生成速度。鼓泡法水合物生成系統(tǒng)不僅在熱量傳遞方面具有優(yōu)勢，而且微小的氣泡極大地增加了氣液接觸面積并增強了天然氣的溶解能力。目前國內(nèi)的鼓泡反應(yīng)器多為鼓泡塔，而作為鼓泡裝置的關(guān)鍵技術(shù)的氣體分布器決定著鼓泡器的傳質(zhì)效率的優(yōu)劣，對于天然氣水合物的合成裝置實驗，目前還沒有完備的設(shè)備進(jìn)行商業(yè)化的生產(chǎn)，因此針對水合物生成過程的特點開發(fā)新型的鼓泡反應(yīng)裝置就顯得尤為重要。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:針對天然氣水合物制備過程氣液接觸面積小，水合物生成速率低的主要問題，提供一種天然氣水合物快速合成裝置，使得鼓泡量大幅度的提高，增大氣體出口表面積，繼而增大氣液接觸面積。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作穩(wěn)定方便，具有一定的可行性。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種快速合成天然氣水合物裝置，包括反應(yīng)釜、氣體循環(huán)泵和緩沖罐，所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有差壓變送器，通過測量差壓來計算筒體內(nèi)液位高度，所述反應(yīng)釜進(jìn)氣管和出氣管之間通過氣管形成閉合的回路，所述氣體循環(huán)泵設(shè)于回路上，所述反應(yīng)釜為立式密封結(jié)構(gòu)，下部采用橢圓形封頭的形式，上部采用平蓋封頭密封，所述反應(yīng)釜內(nèi)底部設(shè)有鼓泡器，所述鼓泡器底面設(shè)有接管，所述接管和反應(yīng)釜進(jìn)氣管連接，所述緩沖罐通過氣管連接于氣體循環(huán)泵與反應(yīng)釜之間的回路上，所述反應(yīng)釜與氣體循環(huán)泵的回路上均設(shè)有調(diào)節(jié)閥、流量計和壓力表，所述緩沖罐與回路上的氣管之間設(shè)有調(diào)節(jié)閥。
[0006]進(jìn)一步的，所述鼓泡器為向下凹陷呈圓弧過渡的面板，所述面板是基于平板與半圓形管的交替結(jié)合構(gòu)成，所述面板上開設(shè)有氣體噴射孔，所述氣體噴射口的孔徑大小沿開孔的軸線方向是逐漸減小。
[0007]進(jìn)一步的，所述鼓泡器與反應(yīng)釜的筒壁之間通過支架固定。
[0008]進(jìn)一步的，所述緩沖罐上設(shè)有安全閥和排氣閥。
[0009]本實用新型的有益技術(shù)效果是:
[0010](I)本新型氣體噴射口的開孔形式及開孔分布，增大了氣液接觸面積，加快水合物的生成速率；
[0011](2)天然氣體實現(xiàn)了循環(huán)反應(yīng)，同時通過計算機可以對反應(yīng)過程進(jìn)行實時監(jiān)控并進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；
[0012](3)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，安裝方便，具有一定的可行性。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是圖1中鼓泡器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0017]實施例
[0018]如圖1-2所示，一種快速合成天然氣水合物裝置，包括反應(yīng)釜9、氣體循環(huán)泵I和緩沖罐10，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有用來測液位的差壓變送器8，反應(yīng)釜進(jìn)氣管和出氣管之間通過氣管形成閉合的回路，氣體循環(huán)泵設(shè)于回路上，反應(yīng)釜為立式密封結(jié)構(gòu)，下部采用橢圓形封頭的形式，上部采用平蓋封頭密封，反應(yīng)釜內(nèi)底部設(shè)有鼓泡器7，鼓泡器底面設(shè)有接管6，接管和反應(yīng)釜進(jìn)氣管連接，緩沖罐通過氣管連接于氣體循環(huán)泵與反應(yīng)釜之間的回路上，反應(yīng)釜與氣體循環(huán)泵的回路上均設(shè)有調(diào)節(jié)閥2、流量計3和壓力表4，緩沖罐與回路上的氣管之間設(shè)有調(diào)節(jié)閥。液位計、壓力計、流量計及流量調(diào)節(jié)閥都連接在電腦的終端上，對實驗參數(shù)實時監(jiān)控，并且根據(jù)實驗要求對其進(jìn)行控制。
[0019]其中，鼓泡器為向下凹陷呈圓弧過渡的面板，面板是基于平板與半圓形管的交替結(jié)合構(gòu)成，面板上開設(shè)有氣體噴射孔13，氣體噴射口的孔徑大小沿開孔的軸線方向是逐漸減小。
[0020]其中，鼓泡器與反應(yīng)釜的筒壁之間通過支架5固定。
[0021]其中，緩沖罐上設(shè)有安全閥11和排氣閥12。
[0022]壓縮的天然氣流經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入到鼓泡器內(nèi)部時，為防止氣體流向的突變，導(dǎo)致渦流氣旋的產(chǎn)生，損失氣體動量，因此在鼓泡器進(jìn)氣口設(shè)計為圓弧過渡形式，通過鼓泡器中的氣體噴射口，氣體以泡的形式進(jìn)入到上方去離子水溶液中進(jìn)行接觸反應(yīng)。
[0023]開孔面板為呈環(huán)狀的弧面板及兩弧面板之間的平板組合構(gòu)成的，弧面板為半圓形管，半徑為5mm，在弧面板的徑向橫截面上，同時開有3個氣孔，氣孔的軸線均沿圓弧面的徑線方向，相鄰兩軸線的夾角為30°，孔徑的大小為2?4mm，相鄰兩孔的距離為6?12mm，在每一個開孔同心圓上，開孔數(shù)量有不同的設(shè)置，在平板的開孔上，所開氣體噴射口呈環(huán)形陣列分布，開孔大小同弧面板開孔基本一致。所開氣孔孔徑沿軸線方向由內(nèi)向外逐漸減小，使得產(chǎn)生的氣泡能迅速的脫離氣體噴射口的出口處，防止氣泡在氣孔外積聚，不利于氣泡的擴散。同時弧面板氣孔的存在，使得產(chǎn)生氣泡時氣泡接觸角變小，氣泡在弧面板上的附著力減小，產(chǎn)生的氣泡更有利于及時脫離氣泡孔而分散到周圍的去離子水溶液中。在保證開孔面板強度的基礎(chǔ)上使得開孔面板的厚度盡量最小，同時在開孔面板的底部，將所有的直角邊段全部倒成圓弧過渡形式，防止氣體壓力過大時氣體在內(nèi)部湍動，削弱氣泡的產(chǎn)生作用。這樣所設(shè)計的孔板，使得整個開孔面板在占據(jù)較小的空間內(nèi)獲得較大的開孔面積，繼而增大氣液接觸面積，提高含氣率，為水合物的生成提供充足的條件準(zhǔn)備。
[0024]本新型所涉及的反應(yīng)Il為自行設(shè)計裝置，Il內(nèi)徑為160mm，Il體高度260mm，整個反應(yīng)釜容積在4?6L，實驗時釜內(nèi)液面高度保持在釜體高度的0.6?0.7倍，鼓泡器上表面開孔面板距釜底高度約為釜內(nèi)徑的1/4，具體尺寸詳見圖2。
[0025]氣泡在出氣口處開始生成，經(jīng)過生長變大再到最終脫離出氣口進(jìn)入到溶液中與液體接觸作用，氣泡在浮力的作用下慢慢上升，在一定的壓力溫度作用下，氣泡與液體的交界面處便有水合物的晶核產(chǎn)生，隨作用時間的加長晶核便慢慢的生長變大，最終結(jié)晶為天然氣水合物。
[0026]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.快速合成天然氣水合物裝置，其特征在于:包括反應(yīng)釜、氣體循環(huán)泵和緩沖罐，所述反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有差壓變送器，通過測量差壓來計算筒體內(nèi)液位高度，所述反應(yīng)釜進(jìn)氣管和出氣管之間通過氣管形成閉合的回路，所述氣體循環(huán)泵設(shè)于回路上，所述反應(yīng)釜為立式密封結(jié)構(gòu)，下部采用橢圓形封頭的形式，上部采用平蓋封頭密封，所述反應(yīng)釜內(nèi)底部設(shè)有鼓泡器，所述鼓泡器底面設(shè)有接管，所述接管和反應(yīng)釜進(jìn)氣管連接，所述緩沖罐通過氣管連接于氣體循環(huán)泵與反應(yīng)釜之間的回路上，所述反應(yīng)釜與氣體循環(huán)泵的回路上均設(shè)有調(diào)節(jié)閥、流量計和壓力表，所述緩沖罐與回路上的氣管之間設(shè)有調(diào)節(jié)閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述快速合成天然氣水合物裝置，其特征在于，所述鼓泡器為向下凹陷呈圓弧過渡的面板，所述面板是基于平板與半圓形管的交替結(jié)合構(gòu)成，所述面板上開設(shè)有氣體噴射孔，所述氣體噴射孔的孔徑大小沿開孔的軸線方向是逐漸減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述快速合成天然氣水合物裝置，其特征在于，所述鼓泡器與反應(yīng)釜的筒壁之間通過支架固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述快速合成天然氣水合物裝置，其特征在于，所述緩沖罐上設(shè)有安全閥和排氣閥。
【專利摘要】本實用新型涉及一種海洋天然氣水合物開發(fā)實驗系統(tǒng)中的合成水合物裝置設(shè)計，特別涉及一種快速合成天然氣水合物裝置，包括反應(yīng)釜、氣體循環(huán)泵和緩沖罐，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有差壓變送器，通過測量差壓來計算筒體內(nèi)液位高度，反應(yīng)釜進(jìn)氣管和出氣管之間通過氣管形成閉合的回路，氣體循環(huán)泵設(shè)于回路上，反應(yīng)釜為立式密封結(jié)構(gòu)，下部采用橢圓形封頭的形式，上部采用平蓋封頭密封，反應(yīng)釜內(nèi)底部設(shè)有鼓泡器。本新型氣體噴射口的開孔形式及開孔分布，增大了氣液接觸面積，加快水合物的生成速率；天然氣體實現(xiàn)了循環(huán)反應(yīng)，同時通過計算機可以對反應(yīng)過程進(jìn)行實時監(jiān)控并進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，安裝方便，具有一定的可行性。
【IPC分類】B01J10-00
【公開號】CN204522949
【申請?zhí)枴緾N201520041560
【發(fā)明人】劉艷軍, 李寶羅, 趙金洲, 饒霽陽, 楊益, 董孟陽
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年1月21日