[发明专利]天然气水合物小球的连续制备装置

摘要

本发明公开了一种天然气水合物小球的连续制备装置，包括结晶仓1，研磨仓2，小球制备仓3，小球存储仓4，温度控制系统，压力控制系统，气体和溶液伺服系统以及机械传动伺服系统。本发明将水合物小球的制备过程全部置于高压环境下完成，同时，在水合物形成和小球压制两道制备工序中加入了研磨工序，明确了天然气水合物小球制备所需经历的结晶、研磨、压制和存储四道工序。另外，将水合物形成、研磨、小球压制分别在三个相互连接的高压气体仓内完成，使得设备的结构清晰且具有较高的安全性以及运行流畅性。本发明能够模拟室温到零下20℃和0‑10MPa的低温高压环境，有利于丰富气体水合物动力学研究方法和推进水合物法气体储运技术的应用。

主权项

1.一种天然气水合物小球的连续制备装置，其特征在于：包括结晶仓(1)、研磨仓(2)、小球制备仓(3)、小球存储仓(4)、温度控制系统、压力控制系统、气体和溶液伺服系统，以及机械传动伺服系统，其中，结晶仓(1)、研磨仓(2)、小球制备仓(3)和小球存储仓(4)构成了本装置的主体；结晶仓(1)为一个圆柱形耐高压容器，中轴线与竖直方向呈15‑30°倾角，底部盛装水溶液，侧壁上设有注气孔和注水孔，用于补充天然气水合物结晶所需的水溶液和气体，底部中央固定有一根中空的中柱，中柱与外界大气相连通，中柱内部插有一根永磁体棒，并与外部电机相连，中柱外部嵌套一根磁力驱动搅拌轴，磁力驱动搅拌轴镶嵌的永磁体与中柱内部的永磁体棒的磁场相互耦合，外部电机带动中柱内部的永磁体棒转动进而带动磁力驱动搅拌轴转动，磁力驱动搅拌轴上附有螺旋叶片，半径略小于结晶仓(1)的半径，对结晶仓(1)中的溶液起到搅拌作用，结晶仓(1)顶部端盖呈倒扣的漏斗形，输送至结晶仓(1)顶部端盖处的天然气水合物晶体在螺旋叶片的推力下受到挤压，释放天然气水合物晶体中夹带的自由水并通过高压管路进入研磨仓(2)；研磨仓(2)为一个圆柱形耐高压容器，中轴线与水平方向平行，侧壁上方设有与结晶仓(1)相连的进料口，侧壁下方设有与小球制备仓(3)相连的出料口，中轴线处设有中空的中柱，中柱与外界大气相连通，中柱内部插有一根永磁体棒，并与外部电机相连，中柱外部嵌套磁力驱动旋转轴，磁力驱动旋转轴镶嵌的永磁体与中柱内部的永磁体棒的磁场相互耦合，外部电机带动中柱内部的永磁体棒转动进而带动磁力驱动旋转轴转动，三个研磨滚轮通过连杆与磁力驱动旋转轴垂直连接，磁力驱动旋转轴在外部电机的驱动下带动研磨滚轮在研磨仓侧壁自转和公转，将天然气水合物晶体研磨成粉末，天然气水合物晶体的粉末在重力作用下落入小球制备仓(3)；小球制备仓(3)为一个圆柱形耐高压容器，中轴线与水平方向平行，腔体内部两端各有一个可移动的半球形模具，沿中轴线方向设有2个球形换向阀，两个球形换向阀的通孔直径与小球制备仓腔体的直径相同，半球形模具可以顺利通过，其中一个球形换向阀可以与研磨仓(2)相连通，另一个球形换向阀可以与小球存储仓(4)相连通，与研磨仓(2)相连通的球形换向阀可以接收来自研磨仓(2)的天然气水合物晶体粉末，并能够通过90°转向封闭研磨仓(2)与小球制备仓(3)的通路；与小球存储仓(4)相连通的球形换向阀可将制备好的天然气水合物小球转移至小球存储仓(4)，并能够90°转向封闭小球存储仓(4)与小球制备仓(3)的通路；半球形模具在外部电机的驱动下完成天然气水合物小球的压制，并借助球形换向阀将天然气水合物小球推送至小球存储仓(4)；小球存储仓(4)为一个胶囊形耐高压容器，顶部设有排气阀和可快速拆卸的端盖，与小球制备仓(3)相连接的管路上设有球形换向阀，球形换向阀的通孔直径与小球制备仓(3)的腔体直径相同，同时该球形换向阀具有较好的密封作用，当小球存储仓(3)减压后，球形换向阀能够阻止小球制备仓(3)中的气体向小球存储仓(4)内泄漏；温度控制系统用于调节本装置主体的温度，使其保持低温恒温；压力控制系统，用于控制本装置主体的压力并回收本装置主体排出的气体；气体和溶液伺服系统用于向结晶仓(1)持续补充因天然气水合物晶体生成所消耗的气体和水溶液；机械传动伺服系统用于控制结晶仓(1)和研磨仓(2)中的磁力驱动搅拌轴和磁力驱动旋转轴的转动，小球制备仓(3)中半球形模具的平移和球形换向阀的旋转，以及小球存储仓(4)中球形换向阀的旋转。