[发明专利]一种基于液化床的水合物快速反应系统

说明书

本发明公开了一种基于液化床的水合物快速反应系统，反应釜分为上下两段，反应釜上部分可以绕轴线旋转，中间采用可翻转的连接板连接，连接板由筛网以及半透膜组成，多孔介质与反应溶液的混合物位于上段，高压气体从下部进入反应器，注满反应釜下半段，然后通过筛网及半透膜进入充满了纳米流体的上半段。当反应条件达到设定值时，利用气液混合装置及压力差将气液混合物通入反应釜上半段中，同时打开水合物旋转调频电机和机械搅拌装置，在设定好的条件下进行水合物反应。该系统能有效提高水合物反应速率及能量利用效率，加快基于水合物法进行气体分离及相关工业应用技术的推进，改善现有水合物反应过程中反应速率慢且水合物分布不均匀的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于液化床技术实现水合物快速生成的实验装置及循环系统。

背景技术

气体水合物是指一些低分子量气体和某些易挥发性液体，如C1—C4轻烃、N₂、O₂、CO₂、H₂S、环氧乙烷、四氢呋喃和卤代烷烃等在较低温度和较高压力的条件下与水生成的类似笼形结构的非化学计量型结晶化合物，通常称之为笼形水合物，简称水合物。水合物的形成需要低温和高压的条件。自然界中的水合物大量存储于深海海底和永久冻土层中，主要由甲烷生成，因此可以作为清洁能源供未来需求。除了作为能源外，不同的客体分子可以形成不同的气体水合物，而且不同水合物的相平衡条件也差别很大，同时水合物特殊的笼型结构还可以将水合物应用在气体分离及储存中。

当前工业生产中大量化石能源的消耗使得大气中的碳排放日益增多，CO₂的温室效应也明显增强，因此，在当前的工业应用中，CO₂减排及分离是一个重要日程。目前传统的CO₂分离方法主要有物理吸附法，化学吸附法，膜分离法，电化学分离法以及低温精馏法等。但是这些传统的分离方法都有一定的弊端，比如重污染，高能耗，吸附效率低以及膜容易堵塞等诸多问题。相比于传统的CO₂分离方法，水合物法分离CO₂是一种环境友好且能达到较高的CO₂分离和吸附效果的方法。而这种方法的关键在于控制好水合物的反应条件以及促进水合物的大量快速生成，因此，需要设计一种能快速均匀生成水合物的反应系统，提高水合物的反应速率并提高CO₂的吸收转化率。

发明专利内容

鉴于以上问题，本发明提出一种基于液化床的水合物快速反应系统，能快速均匀生成水合物，提高水合物的反应速率并提高CO₂的吸收转化率。

为实现以上目的，本发明提出了以下的技术方案：

一种基于液化床的水合物快速反应系统，包括水合物反应釜，所述水合物反应釜分为上下两段，所述反应釜上半段可绕其中心轴线旋转，上下段之间通过连接板连接，所述连接板由筛网以及半透膜组成，所述连接板上分布有进气管道，进气管道上面设置有可打开或关闭的活动盖板，连接板还设置有翻转装置，所述反应釜上半段的上方通过带阀门的管道连接气液混合装置，通过调节所述阀门控制所述气液混合物流量，利用压力差喷射进入旋转的反应釜上半段，所述下半段的底部设置有进气口与出液口，经所述气体增压装置增压后的气体从所述进气口进入反应器，再通过所述连接板进入上半段进行反应，所述反应釜上半段生成的水合物通过所述翻转装置动作进入所述反应釜下半段，并通过外部加热装置将所述水合物分解，再通过水管路从所述出液口进入气液混合装置，实现反应液循环利用。

所述反应釜上半段的顶部安装有机械搅拌装置，所述机械搅拌装置包括伸入所述反应釜内的搅拌叶片及控制所述搅拌叶片工作的控制器。同时，反应釜上半段在自转，采用机械搅拌和自旋转相结合的方式，能更进一步增加流体与气体的接触面积，提高传热传质效率，促进水合物生成。

所述水合物反应釜位于恒温空气浴中，空气浴温度可以通过程序控制，所述水合物反应釜的上下段均设有温度及压力监测装置。