[实用新型]一种专用于制造天然气水合物的装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种天然气水合物制造装置，属于天然气储运技术领域，具体涉及连续、稳定、高效制造天然气水合物的装置。

背景技术：

现有的天然气水合物制造装置，均难以持续、稳定地生产水合物，设备生产效率低下，天然气水合物生成过程中的气—水—水合物体系的多相流动、传热、传质问题难以解决。现有技术方法大多采用大量水在体系中循环，以移除反应热。大量未反应的水在体系内循环，势必增加能耗，导致成本增加。更不利的是，气－水摩尔比过大，使传质过程显著变慢，而不得不采用较大的反应混合物体积。为了提高生成速度和改善气一液接触效果，必须采用搅拌、超声等方法，导致设备复杂、生产成本增加，不能以工业规模经济地生产天然气水合物。也有一些专利技术通过补充大量液氮移除反应热，致使生产成本大幅度上升，难以实施。此外，如何解决气体泄漏问题及其衍生的安全问题也成为一个根本上的瓶颈。另一方面，现有技术难以实现热质传递过程的匹配和优化。

发明内容：

本装置集成了水合物反应、分离、水合物形貌及体系停留时间调节等功能，适用于多种处理量的情况。

一种专用于制造天然气水合物的装置，其特征在于：依次包括工艺变化控制单元1、节流阀2、多段鼓泡反应器3、进口阀4、排放阀5、储冷单元6、输送泵7、制冷单元8、中间储罐9、添加剂储罐10、水罐11、分离机12、中控系统13；

A)多段鼓泡塔式反应器连接到工艺变换控制单元的两端形成回路；工艺变换控制单元由输送泵21连接变送器23，变送器23连接逻辑控制器22控制的4个控制阀构成；实现并流和逆流生产过程交替进行。

B)多段鼓泡塔式反应器，以下简称为反应器，由三段构成，下段为由反应列管34和壳侧35形成的反应段，气、水在反应管34内流动和反应，壳侧35提供冷量在反应管34内形成冷阱移除反应热；中段为产物收集区33；气体出口31与隔板32之间的上段形成气顶以调节反应器内的压力；多段鼓泡塔式反应器的冷冻水出口40与冷冻水入口41连接到制冷单元的两端形成回路；气体出口31设有节流阀2；反应器下部设有进口管37与天然气源连接，进口管38与输送7相连；反应器下段安装有气流分布器36；

C)制冷单元设有四个回路：一路与多段鼓泡塔式反应器连通，一路与中间储罐连通，一路与水罐连通，一路与储冷单元连通；

D)储冷单元体积与反应器有效体积之比为2～10，以便提供所需的蓄冷能力；

E)多段鼓泡塔式反应器连接到调晶器32的两端形成回路，对水合物形貌加以调节，与工艺变换控制单元共同对水合物停留时间加以调节，提高含气量；

F)多段鼓泡塔式反应器经排放阀5、中间储罐9、分离机12、水罐11和输送泵形成水循环回路；添加剂储罐连接到水罐11上；

G)中控系统控制工艺变换单元1、多段鼓泡反应器3、储冷单元6、中间储罐9、输送泵7及各个阀门。

本实用新型基于天然气水合物形成的必要条件和目前的技术难点分析，提出通过设计合适的反应器结构，设置高效换热机构直接补冷在反应器内形成管状冷阱，在大幅度降低气－水摩尔比的同时，能及时移除反应热；特别设计的多段鼓泡塔式反应器由进料段、反应段和分离段构成，使反应体系形成面积大、更新快的气－水界面，促进水合物持续、稳定生成，同时达到水合物浆液与水、气的初步分离；储冷单元体积与反应器体积之比为2～10，优选为3～8，以便提供所需的蓄冷能力，实现连续、稳定和高效制备。

本装置设有工艺变换控制单元和调晶器，对水合物形貌和多相体系停留时间加以调节，提高水合物含气量。水/浆料混合体系由分离机进行分离。分离出的水和未反应完天然气返回反应器，实现循环，保证冷量的充分利用；分离后得到的水合物经液氮快速冷冻造粒得到水合物固体颗粒。中控系统对各工艺单元实施集中控制。

本实用新型具有以下优势：

1.气流经分布器形成微细的气泡，不仅加大了气液接触面积，而且在上升过程中使气－水界面不断更新，增强了体系的扰动，加强了反应的传质、传热过程；

2.独创性地提出了制造水合物的逆流和并流交替操作，实现水合物的快速生成；

3.工艺变换控制单元实现了多相体系停留时间的调节和工艺变换操作；

4.设置高效换热机构和储冷单元，快速移除反应热，促进水合物在冷阱中快速生成，显著提高了效率；

5.反应器设有调晶器，可对多相体系停留时间和水合物形貌进行精细控制，提高水合物含气量。

附图说明

图1、天然气水合物制备装置图