[发明专利]快速制备天然气水合物的撞击流反应器及配套系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于天然气水合物制备领域，具体涉及一种快速制备天然气水合物的撞击流反应器及配套系统和方法。

背景技术

天然气水合物（NGH）是一种类冰状的笼型络合物，具有高储气特性和自保护效应。1立方米的水合物可以储存标况下160-200立方米的天然气；水合物本身的导热系数很低，仅有0.6W/（m^.·K），这使得低温下天然气水合物不易分解。上世纪90年代挪威科技大学Gudmundsson教授首次提出利用天然气水合物的自保护效应和高储气特性，在常压和-15℃～-5℃温度下大规模储运天然气的固态储运技术（Gts）——天然气水合物储运技术。采用该技术常压大规模储运天然气时，不必把水合物冷却至相平衡温度以下，而是利用水合物的自保护效应，将水合物冷冻至水的冰点以下，保持完全绝热就可以保持稳定而不分解。

现今天然气的储运方法主要有管道储运技术（PNG）、压缩天然气储运技术（CNG）、液化天然气储运技术（LNG）和多孔介质吸附天然气储运技术(ANG)。其中绝大部分的天然气采用管道输送，初期投资大且越洋运输不易实现。对于小城镇的小规模用户、孤立海岛和小型分散天然气田、海上气田、丛林或者崎岖的山地等，铺设输气管线非常不经济或者较为困难，制约了天然气的进一步推广应用。天然气水合物（NGH）储运技术是近年来研究发展的一项新技术。Gudmundsson、Najibi, H、Rezaei, R、Javanmardi, J和Nasrifar, K等先后考察了各种天然气储运技术的经济性，结果发现天然气水合物储运天然气（NGH）的成本远低于压缩天然气、液化天然气和多孔介质吸附天然气的储运成本；并且当运输距离超过2000公里后，水合物法固态输运天然气比高压管道输运天然气更为经济。因此，天然气水合物具有存储空间小存储量大、储气条件相对温和、安全高效和经济等优点，这些优点使气体水合物技术在天然气储运领域具有广阔的发展前景。

但就当前的研究现状来看，天然气水合物生产和储运技术仍未成熟。如何经济快速大规模生成水合物是天然气固态储运的第一个关键步骤。该步骤中有两大技术难题，其一是天然气水合物的生成是高放热过程，水合热高达540KJ/Kg，这部分热量如不及时消除，水合反应的温度条件即会打破，生成反应就会因而停止。另外，天然气水合物是在气和水相界面膜处生成，相界面处往往形成水合物薄膜铠甲，其会阻碍传质过程的高速进行。Gudmundsson教授申请了世界上第一个水合物快速生成领域内的专利，其采用传统搅拌式反应器来强化天然气水合物的快速生成。随后，天然气水合物快速生成技术得到了前所未有的关注，大量的气体水合物强化生成技术问世。例如，2001年日本三井株式会社提出的管式水合物反应器以及强化水合物生成工艺（JP 323751 A）；2009年江苏工业学院王树立等提出折叠管式水合物强化工艺与装置（CN 101818088 A）；2001年Moil Oil 有限公司（US 6180843）和 2002年Marathon Oil有限公司（US 6350928）在美国分别提出了采用流化床技术强化水合物生成过程中传质传热效率的新型水合物生成工艺和装置；2008年中国科学院广州能源所白净、梁德青等提出了采用静态超重力技术强化水合物快速生成的工艺和装置(CN 101225338 A)。虽然现有较多的生产水合物的方法及装置问世，但目前仍无法有效地解决水合物生成中气-液-固三相界面的快速更新和水合生成热的快速移除两大问题，仍未实现大规模工业化生产天然气水合物，所以仍需进一步研究开发新型高效的天然气水合物快速生成工艺和成套装备。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种快速制备天然气水合物的撞击流反应器，提供相应的包含该反应器的配套系统和方法则是本发明的另一个目的。

基于上述目的，本发明采用以下技术方案：一种快速制备天然气水合物的撞击流反应器，包括外层反应器和内层反应器，外层反应器与内层反应器之间设有筛板，所述外层反应器底部设有排料口和排水口，排料口设于筛板上方，排水口设于筛板下方；所述内层反应器内设有盘管冷却器、搅拌器、上下两个导流筒和气体分布器，搅拌器上设有两层桨叶旋向相反的搅拌桨，两层搅拌桨分别位于内层反应器上部导流筒的顶部和内层反应器下部导流筒的底部；内层反应器顶部设有进液口和排气口，底部设有进气口，进气口与气体分布器相连通，内层反应器侧壁上设有溢液口。

所述进液口靠近内层反应器内壁，使反应器内的物料分布均匀。