[发明专利]多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备装置及工艺流程

说明书

技术领域：

本发明涉及一种多反应釜喷雾强化连续制备天然气水合物的装置及工艺流程。

背景技术：

在天然气工业领域，现有的天然气储运技术有：通过管道方式运输天然气；采用低温技术将天然气液化(LNG)；在储罐中装入天然气专用吸附剂，将天然气进行吸附储存的吸附储存天然气(ANG)技术；将天然气转化为液体产品等技术。目前天然气管道输送仍然是天然气国际贸易的主要手段，但是其初投资大。LNG由于要低温液化，运营成本很大。天然气水合物储运技术(NGH)是一种新型的天然气储运技术，它具有以下优点：蓄能密度大，在标准状态下1m³NGH可储存150～180m³的天然气；制备技术条件容易，NGH可以在6MPa以下、-10～10℃条件下进行制备，与LNG相比在制备技术上避免了超低温的环节；水合物的热物理性比较稳定，储存安全；可有效地进行NGH的再气化，采用简单的加热手段就可将固体状水合物直接转化成可使用的气态天然气。因此，天然气水合物储运技术有可能替代液化天然气技术成为未来天然气大规模储运手段之一。由于水合物分解需要大量的热量，因此只需切断传热途径，就可以使水合物状态长期稳定，可以保证储运过程中的安全性。

目前实现工业应用的天然气水合物制备技术可以分为搅拌式、鼓泡式和喷雾式。搅拌式：通过搅拌可以增强水合物形成气与水的接触，促进水合物的溶解和水合物的形成。缺点是需要消耗搅拌功，密封效果不易保证。鼓泡式：使水合物形成气泡在水中运动、破碎，扩大气-水接触面积，以增加气体在水中的浓度，加快成核速率，减少诱导时间。但是未反应完的气体需要通过压缩机使气体升压，然后和其它气体混合再次进入反应器，增加了设备投资和维护费用。喷雾式：通过使用喷嘴使水雾化形成众多细小水滴，以次增大气-水接触面积，提高水合物生成速率。该方式无须其他搅拌装置，使得制备装置设计更加简单，容量增大时可以适当增加喷嘴数量。但是由于水合过程中产生的热量易集聚在水滴内部，不利于维持水合物形成条件，因此，喷雾方式制备水合物过程中，如何快速移除水合物生成过程中的热量，对于喷雾方式制备天然气水合物走向实用化是非常重要的。

水合物形成过程类似于盐类的结晶过程，通常包括诱导成核和生长两个阶段。水合物诱导成核是指形成具有临界尺寸的、稳定的水合物晶核的过程；水合物生长是指稳定核生长到固态水合物晶体的过程。

利用喷雾强化制备天然气水合物的方法及装置(本人已申报发明专利)，已经实现了天然气水合物的快速制备，并且发现了诸多关于喷雾方式制备水合物的特性。

发明内容：

本发明提出了一种多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备的装置及工艺流程。该装置采用多反应釜串连布置，至少有两个反应釜，实现将诱导反应和快速结晶反应分离，达到分别控制两个反应的目的，可以有效地缩短天然气水合物制备过程诱导时间，增加水合物的制备速率，提高水合物的转化率。

多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备的装置，由供气系统、冷却系统、雾化系统、反应系统以及分离系统组成。其特点是：

反应系统至少有两个反应釜，反应釜均属于水流雾化反应釜；

供气系统由进气管路和压缩机组成，进气管路的一端为气体入口，另一端经由压缩机后分别与诱导反应釜和主反应釜的进气口连接，用于控制各个反应釜内的天然气压力；

冷却系统由冷却水入口、水泵、冷却水循环通道组成，冷却水管的一端为冷却水入口，冷却水管经水泵、依次与诱导反应釜的冷却水入口、内外壁通道、冷却水出口，和主反应釜的冷却水入口、内外壁通道、冷却水出口串联连通，冷却水流经反应釜的内外壁通道，最后由主反应釜冷却水出口排出并循环使用，通过控制冷却水入口的温度，就可以保证各反应釜内的温度处于水合物形成条件；

雾化系统：每个反应釜的下部有一连接口，通过水管，分别与循环水泵连接，然后连接到各自反应釜顶部的喷嘴；两个反应釜之间由每个反应釜下部的水平水管串联连接；

分离系统：在主反应釜中下部的排出管上连接一分离器，用于将主反应釜内制作完成的水合物排出。