專利名稱：一種氣體水合物的高速制備方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體水合物的高速制備方法與裝置。
背景技術(shù)：
氣體水合物是一種高壓低溫條件下由水和小分子氣體形成的冰態(tài)超分子籠狀物，不同種類的氣體形成不同種類的氣體水合物，1體積氣體水合物可以釋放出100~200體積的氣體，也就是說可以把其體壓縮100~200倍。在氣源地把氣體與水結(jié)合生產(chǎn)氣體水合物(象冰一樣的固態(tài))，運(yùn)輸固態(tài)的氣體水合物到用氣目的地，釋放氣體供生活生產(chǎn)使用，實現(xiàn)高效安全運(yùn)輸目的。該技術(shù)的應(yīng)用需要一種高效的氣體水合物生成方法和設(shè)備。
比如，天然氣水合物(NGH)是水和天然氣在低溫高壓條件下形成的一種籠狀化合物。在-20℃、常壓的條件下，1m3水合物中包含約170m3的天然氣。與現(xiàn)有的液化天然氣(LNG)和壓縮天然氣(CNG)儲運(yùn)技術(shù)相比，NGH既不需要CNG的高壓儲藏、也不需要LNG需要的超低溫，因此，NGH將在未來的天然氣儲運(yùn)技術(shù)中扮演重要角色，尤其對于中小氣田具有強(qiáng)大的競爭優(yōu)勢。從90年代末期開始，日本、歐盟、美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的天然氣生產(chǎn)商已經(jīng)全面開始了利用天然氣水合物進(jìn)行儲運(yùn)的技術(shù)開發(fā)，用于取代現(xiàn)有的大部分LNG儲運(yùn)技術(shù)，充分降低天然氣儲運(yùn)成本。毫無疑問，NGH將成為未來天然氣儲運(yùn)的主要技術(shù)之一，尤其，該技術(shù)將在5000km的儲運(yùn)范圍內(nèi)取代現(xiàn)有的LNG技術(shù)，并與LNG、CNG、和管道輸送平分秋色。
中國發(fā)明專利申請01118175.3“固相氣體水合物及其制作方法”揭示了一種采用多孔介質(zhì)加速氣體水合物的方法，將氣體通到多孔介質(zhì)內(nèi)，增大氣體與水的接觸面積。中國發(fā)明專利申請97190182.1“氣體水合物的生產(chǎn)方法”揭示了一種氣泡擾動法和機(jī)械攪拌法結(jié)合的方法，氣體從容器底部經(jīng)噴嘴噴出沖擊水形成氣泡擾動，通過電機(jī)帶動安裝在容器中攪拌器，增大氣體與水的接觸面積，加速氣體水合物的生成。上述技術(shù)的缺點是，還不能連續(xù)、快速、高效地生產(chǎn)氣體水合物。
日本專利特開平2004-075771“一種水合物制造裝置”公開了一種采用微尺度氣泡的氣體水合物生成技術(shù)。該專利利用管式反應(yīng)器生成天然氣水合物。系統(tǒng)的流程如下液體和氣體分別通過管道進(jìn)入靜態(tài)管狀反應(yīng)器預(yù)先混合，然后進(jìn)入管式反應(yīng)器。氣水混合物一邊在管式反應(yīng)器中的管中流動一邊反應(yīng)，生成水合物所釋放的熱量及時地被流有制冷劑的冷卻套管帶走。水合物、水、氣體混合物隨后流入分離器。分離器通過重力分離。分離出的水和氣體再次進(jìn)入管式反應(yīng)器。水合物通過螺旋輸送機(jī)送往貯藏罐。此發(fā)明的缺點是必須采用壓縮機(jī)將氣體注入管狀反應(yīng)器，由此產(chǎn)生壓縮機(jī)能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠連續(xù)、快速、高效地生產(chǎn)氣體水合物的高速制備方法與裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案本發(fā)明氣體水合物的高速制備方法，包括以下步驟先將水合反應(yīng)需要的水和氣體冷卻到對應(yīng)壓力下水合物形成溫度的水平，然后通過氣泡發(fā)生器，氣體由水流過氣泡發(fā)生器時產(chǎn)生的負(fù)壓直接吸入發(fā)生器。水和氣體的混合物在氣泡發(fā)生器內(nèi)混合后，進(jìn)入管狀反應(yīng)器，在管狀反應(yīng)器的出口處連續(xù)獲得生成的水合物。
所述氣泡發(fā)生器在水流過時，在氣泡發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，由此將氣體自然吸入氣泡發(fā)生器內(nèi)，并產(chǎn)生微小氣泡。
為達(dá)到以上目的使用的氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)為由內(nèi)外管組成。其中，生成水合物所需的水從前部內(nèi)管進(jìn)入發(fā)生器，經(jīng)一收縮部后高速射出，由此形成高速射流。由于流速提高，在射流部分形成較低壓力，將外面套管的天然氣吸入射流中。氣體與水充分混合，由此在氣泡發(fā)生器出口處形成帶有大量微小氣泡的水。
所述管狀反應(yīng)器為管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有螺旋狀葉片，從氣泡發(fā)生器來的氣體和水的混和物在管狀反應(yīng)器中進(jìn)行螺旋狀流動，在此過程中氣體和水獲得充分混合以連續(xù)獲得生成的水合物。
為達(dá)到連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的，從管狀反應(yīng)器出來的反應(yīng)混合物經(jīng)冷卻熱交換器后進(jìn)入分離設(shè)備，將生成的水合物、剩余的未反應(yīng)的氣體、以及未反應(yīng)的水進(jìn)行連續(xù)分離。分離設(shè)備分別與氣泡發(fā)生器氣體入口或液體入口連接構(gòu)成氣體或液體循環(huán)回路。其中，分離出來的水合物導(dǎo)出分離設(shè)備，分離出來的氣體進(jìn)入氣體循環(huán)回路；分離出來的水進(jìn)入液體循環(huán)回路。
本發(fā)明氣體水合物的高速制備裝置，包括依次連接的氣源、熱交換器、氣泡發(fā)生器、管狀反應(yīng)器、冷卻熱交換器、分離設(shè)備以及各種連接管道和閥門、水泵。分離設(shè)備分別與氣泡發(fā)生器氣體入口或液體入口連接構(gòu)成氣體或液體循環(huán)回路。與此同時冷卻熱交換器連接熱交換器、冷凝塔和冷卻水泵構(gòu)成冷卻熱交換系統(tǒng)。
所述氣泡發(fā)生器由內(nèi)外管組成，內(nèi)管經(jīng)一收縮部連通發(fā)生器出口，套管套在內(nèi)管外并與發(fā)生器出口連通。氣泡發(fā)生器使用時，生成水合物所需的水從前部內(nèi)管進(jìn)入發(fā)生器，經(jīng)一收縮部后高速射出，由此形成高速射流。由于流速提高，在射流部分形成較低壓力，將外面套管的天然氣吸入射流中。氣體與水充分混合，由此在發(fā)生器出口處形成帶有大量微小氣泡的水。
所述管狀反應(yīng)器為管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有螺旋狀葉片，使用時從氣泡發(fā)生器來的氣體和液體的混和物在管狀反應(yīng)器中進(jìn)行螺旋狀流動，在此過程中氣體和液體獲得充分混合以連續(xù)獲得生成的水合物。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，避免了使用氣體壓縮機(jī)，不僅大大降低了水合物生成系統(tǒng)的能耗，而且使氣泡尺寸更小、尺寸分布更加均勻。


圖1是本發(fā)明實施例裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例管狀反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明氣源1，熱交換器2，氣泡發(fā)生器3，管狀反應(yīng)器4，冷卻熱交換器5，分離設(shè)備6，水箱7，水泵8，冷卻水泵9，內(nèi)管10，收縮部11，套管12，螺旋狀葉片1具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖1所示，本實施例水合物的高速制備裝置由氣源1用管道經(jīng)過熱交換器2連接氣泡發(fā)生器3、管狀反應(yīng)器4、冷卻熱交換器5、分離設(shè)備6組成，分離設(shè)備6用管道經(jīng)水箱7、水泵8、熱交換器2連接至氣泡發(fā)生器3液體入口而形成一液體循環(huán)回路，分離設(shè)備6用管道連接至熱交換器2連接至氣泡發(fā)生器3氣體入口形成一氣體循環(huán)回路。
所述氣泡發(fā)生器3結(jié)構(gòu)如圖2所述，氣泡發(fā)生器3由內(nèi)外管組成，內(nèi)管10經(jīng)一收縮部11連通發(fā)生器出口，套管12套在內(nèi)管10外并與發(fā)生器出口連通。所述管狀反應(yīng)器4結(jié)構(gòu)如圖3所示，管狀反應(yīng)器4為管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有螺旋狀葉片13。
所述分離設(shè)備6為篩狀結(jié)構(gòu)，固態(tài)水合物不斷地從混合物中分離出來，導(dǎo)出分離設(shè)備；過濾出來的水從篩網(wǎng)下面流出，返回液體循環(huán)回路；未反應(yīng)的氣體返回氣體循環(huán)回路。
所述冷卻熱交換器5由內(nèi)外套管組成。內(nèi)管中流動的為水合物-水-空氣的混合物、內(nèi)管與外管之間為冷卻介質(zhì)(如制冷劑、不凍液等)。內(nèi)外側(cè)進(jìn)行熱交換，將水合物生成過程中的熱量帶走。
本實施例裝置在使用時，從水泵7來的水經(jīng)熱交換器2冷卻后進(jìn)入氣泡發(fā)生器3的內(nèi)管10，經(jīng)一收縮部11后高速射出，由此形成高速射流。由于流速提高，在射流部分形成較低壓力，將從氣源1來的天然氣經(jīng)外面套管12吸入射流中。氣體與水充分混合，由此在氣泡發(fā)生器3出口處形成帶有大量微小氣泡的水。
然后，上述氣體和水的混和物進(jìn)入管狀反應(yīng)器4。該管狀反應(yīng)器4為管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有螺旋狀葉片13，從氣泡發(fā)生器來的氣體和水的混和物在管狀反應(yīng)器4中進(jìn)行螺旋狀流動，在此過程中氣體和水獲得充分混合。部分氣體和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成天然氣水合物。
由于水合物的形成為放熱過程，因此需要將從管狀反應(yīng)器4出來的帶有水合物的混合物導(dǎo)入冷卻熱交換器5進(jìn)行冷卻，并在此處進(jìn)一步生成水合物。
從冷卻熱交換器5出來的帶有水和物的混合物進(jìn)入分離設(shè)備6，將生成的水合物、剩余的沒有反應(yīng)的氣體、以及沒有反應(yīng)的水進(jìn)行連續(xù)分離。其中，分離出來的水合物導(dǎo)出分離設(shè)備進(jìn)入水合物干燥和成型系統(tǒng)(圖中沒有標(biāo)出)。分離出來的氣體用管道經(jīng)熱交換器2返回氣泡發(fā)生器3的氣體入口；分離出來的液體進(jìn)入水箱7，然后與補(bǔ)充水一起由水泵8經(jīng)熱交換器2后打入氣泡發(fā)生器，進(jìn)行下一個循環(huán)。
本實施例與現(xiàn)有技術(shù)相比，避免了使用氣體壓縮機(jī)，不僅大大降低了水合物生成系統(tǒng)的能耗，而且使氣泡尺寸更小、尺寸分布更加均勻。
權(quán)利要求
1.一種氣體水合物的高速制備方法，先將水合反應(yīng)需要的水和氣體冷卻到對應(yīng)壓力下水合物形成溫度的水平，然后進(jìn)入氣泡發(fā)生器，水和氣體的混合物在氣泡發(fā)生器里混合后進(jìn)入管狀反應(yīng)器，在管狀反應(yīng)器里混合后連續(xù)獲得生成的水合物，再經(jīng)冷卻熱交換器進(jìn)入分離設(shè)備中分離，其特征在于氣體由水流過氣泡發(fā)生器時產(chǎn)生的負(fù)壓直接吸入氣泡發(fā)生器。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體水合物的高速制備方法，其特征在于所述氣泡發(fā)生器由內(nèi)外管組成，生成水合物所需的水從前部內(nèi)管進(jìn)入發(fā)生器，經(jīng)一收縮部后高速射出，由此形成高速射流；由于流速提高，在射流部分形成較低壓力，將外面套管的天然氣吸入射流中；氣體與水充分混合，由此在氣泡發(fā)生器出口處形成帶有大量微小氣泡的水。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體水合物的高速制備方法，其特征在于所述管狀反應(yīng)器為管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有螺旋狀葉片，從氣泡發(fā)生器來的氣體和水的混和物在管狀反應(yīng)器中進(jìn)行螺旋狀流動，在此過程中氣體和水獲得充分混合以連續(xù)獲得生成的水合物。
4.如權(quán)利要求1所述的氣體水合物的高速制備方法，其特征在于所述分離設(shè)備分別與氣泡發(fā)生器氣體入口或液體入口連接構(gòu)成氣體或液體循環(huán)回路。
5.如權(quán)利要求4所述的氣體水合物的高速制備方法，其特征在于所述分離設(shè)備分離出來的水合物導(dǎo)出分離設(shè)備，分離出來的未反應(yīng)的氣體進(jìn)入氣體循環(huán)回路，未反應(yīng)的水進(jìn)入液體循環(huán)回路。
6.一種氣體水合物的高速制備裝置，包括依次連接的氣源、熱交換器、氣泡發(fā)生器、管狀反應(yīng)器、冷卻熱交換器、分離設(shè)備以及連接管道和閥門、水泵；其特征在于所述氣泡發(fā)生器由內(nèi)外管組成，內(nèi)管經(jīng)一收縮部連通發(fā)生器出口，套管套在內(nèi)管外并與氣泡發(fā)生器出口連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體水合物的高速制備裝置，其特征在于所述管狀反應(yīng)器為管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有螺旋狀葉片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體水合物的高速制備裝置，其特征在于所述分離設(shè)備分別與氣泡發(fā)生器氣體入口或液體入口連接構(gòu)成氣體或液體循環(huán)回路。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的氣體水合物的高速制備裝置，其特征在于所述分離設(shè)備為篩狀結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體水合物的高速制備裝置，其特征在于所述冷卻熱交換器連接熱交換器、冷凝塔和冷卻水泵等構(gòu)成冷卻熱交換系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體水合物的高速制備方法與裝置。先將水合反應(yīng)需要的水和氣體冷卻后進(jìn)入氣泡發(fā)生器，氣體由水流過氣泡發(fā)生器時產(chǎn)生的負(fù)壓直接吸入，水和氣體的混合物進(jìn)入管狀反應(yīng)器連續(xù)獲得生成的水合物。裝置包括依次連接的氣源、熱交換器、氣泡發(fā)生器、管狀反應(yīng)器、冷卻熱交換器、分離設(shè)備以及連接管道和閥門、水泵；氣泡發(fā)生器由內(nèi)外管組成，內(nèi)管經(jīng)一收縮部連通發(fā)生器出口，套管套在內(nèi)管外并與發(fā)生器出口連通；管狀反應(yīng)器為管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有螺旋狀葉片。分離設(shè)備分別與氣泡發(fā)生器氣體入口或液體入口連接構(gòu)成氣體或液體循環(huán)回路。本發(fā)明避免了使用氣體壓縮機(jī)，不僅大大降低了水合物生成系統(tǒng)的能耗，而且使氣泡尺寸更小、尺寸分布更加均勻。
文檔編號C10L3/00GK1962043SQ20061012305
公開日2007年5月16日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者馮自平, 何世輝, 黃沖, 肖睿 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所