[发明专利]一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置

说明书

本发明属于水合物制备技术领域，具体涉及一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，主体结构包括搅拌单元、供液单元、降温单元、一级反应单元、二级反应单元、固液分离单元、水合物收集单元和供气单元，依靠微纳尺度限域空间内天然气水合物的特定动力学行为制备天然气水合物，将具有多孔特性和丰富的比表面积的活性炭作为载体，对活性炭进行预吸附水，以增加气液接触面积，螺杆泵反应釜和双绞笼反应釜的两级反应，提高了天然气水合物的转化率，固液分离单元和可移动更换的水合物收集单元实现了天然气水合物的连续反应；其结构简单，通过降温单元产生的冰晶和螺杆泵反应釜的快速升压能力，加速了天然气水合物的连续反应。

技术领域：

本发明属于水合物制备技术领域，具体涉及一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，实现天然气水合物的高效、快速和连续反应。

背景技术：

2016年生效的《巴黎气候协定》加快推动了能源消费结构转型，发出了绿色低碳和可持续发展的强烈信号。开启了加快天然气开发与利用的进程。然而，随着对天然气的需求量逐年快速增长，许多国家的天然气长期存在供不应求的局面，只能依赖进口解决，针对天然气需求具有的典型季节差异，完善天然气的储运与调峰技术显得尤为重要。除了传统的压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)以及地下气库储气技术等，天然气水合物(NGH)因其独特的优势在天然气储运与调峰方面发挥着重要的作用。与压缩天然气和液化天然气相比，天然气水合物同样具有较高的储气量，其理论值可达到164v/v，储存环境温和，可在常压、-15℃的条件下进行长期储存，具有存储成本低廉和安全的特点。然而，由于苛刻的生成条件以及结晶过程的随机性，反应速度慢成为了技术发展的关键问题：天然气水合物通常首先在气液接触面开始生成，但是在气体与水接触的表面生成的天然气水合物阻止了气体向水中的进一步扩散，使得天然气水合物的形成速率大大降低，为了增加气体与水的接触面积，加速天然气水合物的生成，机械搅拌、气体鼓泡以及液体喷淋等方法被广泛应用，但是在天然气水合物形成的后期效果很不理想。

利用多孔介质的吸附作用来储存天然气近年来被广泛关注，即吸附天然气(ANG)，其在解吸附时大量的天然气会滞留在多孔介质中，导致天然气损失无法被利用，从而限制了吸附天然气的应用。但是，多孔介质中的大量微孔和高比表面积为天然气水合物的形成提供了有利空间，利用多孔介质湿储天然气技术得到了快速发展，研究表明多孔介质表面吸附的水分子会按一定规律排列，有利于促进天然气水合物的形成，大幅缩短甚至消除诱导期，与吸附天然气相比，多孔介质湿储天然气的充放气具有良好的一致性。活性炭作为典型的多孔介质，具有成本低廉、易于获取等优点：中国专利201410169852.3公开的一种气体水合物生成促进剂是由纳米活性炭粉与烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂复配，并溶于水中形成的混合溶液；以混合水溶液总量计算，烷基二苯醚二磺酸盐表面活性剂所占的质量分数为0.01-0.08％，纳米活性炭粉的质量分数为0.05-0.15％，水的质量分数为99.77-99.94％，三者的质量分数之和为100％；中国专利200610150853.9公开的一种天然气水合物在活性炭中的形成方法，在耐压20Mpa的压力储罐内加入活性炭和蒸馏水，蒸馏水与活性炭的质量比为0.8-2.2:1，压力储罐内的压力为3-10Mpa，压力储罐内的温度为-5-25℃，然后向压力储罐内充入天然气形成天然气水合物，天然气中的甲烷纯度大于99％，反应时间为30-200min。因此，利用活性炭固载天然气水合物以实现天然气的储存对于天然气储运和调峰具有重要的意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种活性炭固载天然气水合物连续反应装置，利用活性炭多孔介质的特性将其作为载体，实现天然气水合物高效、快速、连续反应。

为了实现上述目的，本发明涉及的活性炭固载天然气水合物连续反应装置的主体结构包括搅拌单元、供液单元、降温单元、一级反应单元、二级反应单元、固液分离单元、水合物收集单元和供气单元；供液单元与搅拌单元连接，搅拌单元与降温单元连接，降温单元与一级反应单元连接，一级反应单元与二级反应单元连接，二级反应单元分别与固液分离单元和水合物收集单元连接，供气单元分别与一级反应单元与二级反应单元连接。