[发明专利]一种水合物快速合成装置及方法

说明书

本发明涉及一种水合物快速合成装置及方法，属于天然气水合物应用技术领域。设计水合反应搅动系统，在不同位置设置不同规格的搅动件，实现水合反应体系无规律扰动；设计水合反应周向自旋转系统，借助液体动能实现水合反应搅动系统周向搅动；设计水合反应轴向自旋转系统，改变进液口喷头结构，借助高压液体位能、动能及弹簧弹性势能，实现水合反应搅动系统轴向搅动；设计搅动伞，改变水合反应体系的气泡大小，加速水合反应速率。本发明主要是针对水合物生产工艺搅拌能耗高、反应速率及储气量低等问题，设计一种水合物快速合成装置及方法，实现水合物连续、快速、高效制备，为天然气储运工艺提供一种新途径。

技术领域

本发明涉及一种水合物快速合成装置及方法，属于天然气水合物应用技术领域。

背景技术

我国气源离消费市场较远，管道投资较大、铺设较难，发展非管输供气方案，无疑对缓解我国紧张的能源供需局面有极大的帮助。目前，主要的非管输供气方案主要有压缩天然气(CNG)及液化天然气(LNG)两种。另外一方面，随着天然气水合物(NGH)相关技术的研究逐步成熟，采用NGH技术进行天然气储运也已经逐渐显露出了它的技术、经济优势。

NGH技术对生产设备的要求不高，生产成本低，储存的条件相对较易实现，在水合物状态下储存天然气的设备不需要承受高压，且NGH本身的热导率为18.7W/(m.℃)，比一般的隔热材料(27W/(m.℃)左右)还低，不需特别的绝热措施，储罐可用普通钢材制造，对材料要求不高，而且储存和运输过程中安全性是相对最高的，充分显示了天然气水合物的发展潜力和诱人前景。

日本JFE工程公司最早将管式反应器技术应用于天然气水合物快速生产，反应器采用了类似于换热器的结构，冷却效果好，能把生成水合物所放出的热量及时带走，促进了水合物的快速生成。日本Mitssubishi Heavy Ind Ltd也提出了较为新型的管式水合反应器，气液两相在管内充分混和反应，管外喷淋冷却介质移除反应热。与常规反应器相比，该反应器结构比较简单，造价低廉，能耗低，工程放大比较容易；由于反应器管壁处温度最低，水合物往往在管壁处最先形成，同时由于流体边界层的存在，导致附着在管壁上的水合物不易被冲走，并向中心长大和积累，所以形成的水合物易阻塞反应管，水合物的取出比较困难。

日本MitsuiEngship builde Co Ltd研究了射流式水合反应器。低温水经高压泵循环后由射流器喷射，同时卷吸人天然气，混合后喷射进人反应器。该公司进一步提出了加装机械搅拌装置的新型射流式水合反应器，提高了气液混和效果，增大了传质速率。林于拉提出了射流器和静态混合器相结合的新型射流式水合反应器，进一步细化了气泡，提高了气液传质能力。由于气体是依靠射流造成的低压吸人，气体的流量不可能很大，生成水合物浆的浓度较小；要维持液体的高速射流；需要的外加能量也较大。

目前，日本、挪威等国已经着手进行工业试生产，NGH的储气比相对较低，天然气水合物生产和储运工艺仍未成熟，仍未实现工业化生产天然气水合物。因此，设计一种的天然气水合反应器，提高水合物的形成速率，对于实现天然气经济高效储存与输送具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种水合物快速合成装置，并提供与本装置匹配的水合物快速合成方法，实现天然气水合物连续、快速、高效制备，为天然气储运工艺提供一种新途径。

本发明主要解决了以下几个问题：

(1)设计水合反应搅动系统，在水合反应体系不同位置设置不同规格的搅动件，通过搅动系统的周向、轴向运动，实现水合反应体系无规律扰动，促进水合反应快速进行。

(2)设计水合反应周向自旋转系统，借助输水泵增压后液体对旋转轮进行冲击影响，实现水合反应搅动系统连续周向搅动。

(3)设计水合反应轴向自旋转系统，改变进液口喷头结构，借助高压液体的位能、动能及弹簧的弹性势能，完成水合反应搅动系统轴向搅动。