[发明专利]一种实现气液固三相分离的气体水合物反应器及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种实现气液固三相分离的气体水合物反应器及方法。

背景技术：

气体水合物（以下简称水合物）是一种由小分子气体（如CH₄、C₂H₆、CO₂等）与主体水分子在低温、高压环境下形成的非化学计量结晶状笼型化合物。在水合物中，主体水分子通过氢键在空间相连，形成一系列多面体孔穴，当这些孔穴被气体分子填充后，使其具有热力学稳定性。水合物法分离混合物是基于水合物晶体中仅含有水和可生成水合物的气体组分，并且气体组分在水合物晶体中的组成与气在气相中的组成不同。基于上述机理，水合物分离技术可在污水处理、海水淡化、水溶液浓缩、气体混合物分离、生物酶活性控制及提取等领域中具有广阔的应用前景。水合物技术在应用中的一个重要环节是气体、液体和水合物固体的分离。由于水合物固体在低温、高压的条件下存在，所以水合物分离装置也需要维持其内部的低温、高压环境。当水合物晶体形成并从液体中分离出来，水合物浆液常常会夹带一些液体，因此无法达到良好的分离效果。

发明内容：

本发明的目的是提供一种实现气液固三相分离的气体水合物反应器及方法，利用活塞挤压的方式解决水合物浆液夹带液体的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种实现气液固三相分离的气体水合物反应器，包括外部设有保温夹套且内部设有微孔活塞的反应器、设在所述反应器上下两方的液压系统，所述上下两方的液压系统分别分别通过液压系统连杆跟反应器连接，通过连杆跟反应器内部设有的微孔活塞连接。

所述反应器顶部设有上盖、底部设有下盖、侧下部设有排液口；所述上盖设有进液口、排气口、压力表、安全阀和上盖空洞，所述下盖设有下盖孔洞、进气口。

所述进液口跟外部的设有液体阀的液体管道连通，所述排气口跟外部的设有截止阀和气液分离器的排气管道连通；所述进气口内安装有微气泡发生器，以增大气液接触面积；所述进气口跟外部的安装有气体阀的进气管道连通；所述排液口跟外部的安装有液体阀的排液管连通。

所述设在反应器外部的保温夹套的底部设有冷却液进口，顶部设有冷却液出口。

所述微孔活塞设在反应器内，微孔活塞四周与反应器内壁紧密接触，微孔活塞的上下两端分别通过上盖孔洞、下盖孔洞与贯穿反应器上下盖的连杆连接，贯穿反应器上盖的连杆穿过上盖孔洞与上端的液压系统连杆连接，贯穿反应器下盖的连杆穿过下盖孔洞与下端的液压系统连杆连接。

所述微孔活塞为烧结微孔板，微孔孔径在100～500μm之间。

所述反应器顶部设有的上盖与反应器为法兰连接。

所述反应器底部设有的下盖与反应器为法兰连接。

本发明还提供一种应用上述装置实现水合物气、液、固三相分离的方法：反应气体与反应溶液分别进入反应器后，在反应器内反应生成气体水合物，之后利用设在反应器内部的活塞挤压来分离水合物与剩余未反应的反应气体与反应溶液，所述微孔活塞能让反应器的反应气体和反应溶液通过，却不能让生成的固态气体水合物通过。

若生成的气体水合物比反应溶液轻，则将微孔活塞置于反应器下盖处，反应溶液由进液口注入到水合物反应器内，通过反应器外保温夹套内的冷却液将反应溶液冷却至水合物生成温度，反应气体通过微气泡发生器通入反应器内，反应气体和反应溶液在低温和高压环境下生成水合物，待水合物生成完毕，通过液压系统驱动微孔活塞自反应器下盖向反应器上盖移动，未反应的气体和反应溶液则保留在微孔活塞和反应器下盖之间，水合物移动至微孔活塞和上盖之间，打开排气口，未反应的反应气体经过排气管道排出，经气液分离器分离，打开排液口，未反应的反应溶液经过排液管排出，然后打开上盖取出水合物。

若生成的水合物比反应溶液重，则将微孔活塞置于反应器上盖处，然后待反应气体和反应溶液在低温和高压环境下生成水合物后，通过液压系统驱动微孔活塞自反应器上盖向反应器下盖移动，未反应的反应气体和反应溶液保留在微孔活塞和反应器上盖之间，水合物移动至微孔活塞和下盖之间。打开排气口，未反应的反应气体经过排气管道排出，经气液分离器分离，打开排液口，未反应的反应溶液经过排液管排出，然后打开下盖取出水合物。