[发明专利]块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法，涉及可燃冰的制备技术领域，包括进水管、进气管、真空泵和反应器，所述进水管依次通过增压泵、预冷系统和高压雾化器与反应器的内腔连通；所述进气管通过气体增压泵与反应器的内腔连通；所述真空泵与反应器的内腔连通；所述反应器的外表面设有空腔，所述反应器的空腔内充满冷却循环水。本发明的有益效果是，可燃冰在反应器内的合成可持续进行，不需要关闭系统以取出合成的可燃冰；合成的可燃冰经压实装置一次成形，天然气饱和度高，单位体积储气量高；合成的块状可燃冰自保护效应好，可用于天然气的长距离运输；本装置不仅适用于可燃冰，同时也适用于合成其他水合物如二氧化碳水合物等。

技术领域

本发明涉及可燃冰的制备技术领域，特别是一种块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法。

背景技术

天然气水合物(可燃冰)是由天然气和水在一定温压条件下形成的一种晶状笼型物质。一般而言，1立方米可燃冰可储存150-180立方米的甲烷气体，能量密度很高。由于可燃冰具有制备技术简单、性能稳定、储存安全等特点，在天然气储运等方面具有较好的工业前景。而目前限制可燃冰技术应用的主要问题在于可燃冰生成的速率缓慢，饱和度偏低。因为可燃冰的形成要经过气体溶解、晶核生成和晶体生长等阶段，而天然气组分气体在水中的溶解度很小，可燃冰只能在气、液界面形成，且开始形成的膜状可燃冰阻止了气体与水溶液的进一步接触，可燃冰生成过程由反应速率控制变为气体扩散速率控制，使得可燃冰的自然生成速度十分缓慢，可燃冰实际储气量低于其理论值，远远不能满足工业应用的需要。因此，研发可燃冰高效连续合成技术及工艺具有重要意义。

目前，常用的可燃冰合成方法包括：(1)机械法搅拌法：搅拌增加了气体的扩散速率，可燃冰诱导时间和生成时间都大大缩短；(2)喷雾法：将水或溶液经过喷嘴雾化到充满气体的反应釜中，通过雾化液体，将液相分散到气相中，可以极大地提高气液接触面积，从而提高可燃冰的生成速度，只要增加喷嘴数量就可应用于工业中实现放大；(3)鼓泡法：向装有水或溶液的反应釜内通入气体，气体从底部经分布器或喷嘴以气泡的形式通过液相发生反应。鼓泡法除了增大气液接触面积，增加气体溶解度，在传热方面也具有很大的优势；(4)超重力法：通过高速旋转的填料产生强大的离心力场，巨大的剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，微观混合和传质过程得到极大的强化。提高了气液接触总比表面积，促进了溶解成核过程，提高了晶体填充率；(5)化学法：通过在水中添加化学添加剂改变液体微观结构，降低气液界面张力，增加气体在液相中的溶解度和扩散系数，强化气液接触，促进可燃冰成核生长。

针对上述的方法，已经开发出了一些专利技术用于可燃冰合成工艺。例如:中国发明专利“一种水合物快速合成装置”CN106010698，利用喷淋装置联合鼓泡法快速合成水合物。日本专利JP2005263825A与美国专利US8354565B1，均将水与天然气混合后，经高压泵由射流器喷射进入反应器中，直接或在搅拌装置下生成可燃冰。中国专利“一种喷雾强化水合物连续制备装置”CN200951393Y，利用雾化器从反应器顶部喷嘴雾化水，以增大水与天然气之间的接触面积以加快可燃冰的生成。

上述可燃冰合成技术虽然可以实现可燃冰的快速合成，然而生成的可燃冰多为浆状，无法实现连续制备。生成的可燃冰要在反应结束并打开装置之后才可以取出，不能满足固体可燃冰在高压状态下的连续制备。这些不足之处极大地阻碍了其在天然气储运技术上的应用。

发明内容

本发明的目的是，针对上述存在的不足，提出一种块状可燃冰的连续制备装置及其制备方法，能够进行可燃冰的快速合成，为可燃冰法储运天然气打下了坚实的基础。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种块状可燃冰的连续制备装置，包括进水管、进气管、真空泵和反应器，还包括堆积单元和压缩单元，所述进水管依次通过增压泵、预冷系统和高压雾化器与反应器的内腔连通；所述进气管通过气体增压泵与反应器的内腔连通；所述真空泵与反应器的内腔连通；所述反应器的外表面设有空腔，所述反应器的空腔内充满冷却循环水，所述堆积单元设置在反应器的空腔内，所述压缩单元设置在反应器的出口处。