[发明专利]一种超重力水合物合成装置

说明书

技术领域

本发明涉及水合物合成、储存、输运技术领域，特指一种超重力水合物的合成装置。

背景技术

天然气水合物是由主客体分子在高压低温下形成的类冰状的笼形化合物，强大的储气能力、相对温和的储存环境、安全高效等优点使得通过水合物的形式对油气田生产的天然气进行储存和运输成为一项正在迅速发展的新技术；水合物储运技术工业化道路上最为关键的是如何大规模的快速的生成水合物。

超重力技术是过程强化技术中的关键技术之一，实质是通过离心力场的作用而达到模拟超重力环境的目的，其在很多方面都表现出了巨大的优势：（1）传质强度高；（2）停留时间短；（3）适应性强，不怕震动和倾斜；（4）具有自清洗作用；（5）开停车容易；这些优点正是一般化学反应所需要达到的要求，运用超重力技术来进行化学反应的机器称为超重力反应机，高效的传质速率和微观混合速率使其在快速反应强化领域具有广阔的应用前景。

水合物的生成过程实质上是一个传质现象，以往很多学者在这方面做了研究；相继采用了搅拌法、鼓泡发、喷淋法等手段来提高水合物的成速率，除了常规的水合物反应装置还出现管式水合物反应器、射流式的水合物反应器、塔式水合反应器等，这些水合物反应器设计的出发点都是为了增强传热和传质，可是效果都不是很理想，研究者的目光开始朝向具有高效的传质速率和微观混合速率的过程强化技术—超重力技术；将超重力技术来强化水合物的生成或许可以改变水合物储运技术工业化应用的瓶颈，也有学者在这方面做了一定的研究，文献（刘有智，邢银全，崔磊军.超重力旋转填料床中天然气水合物含气量研究[J].化工进展，2007，26（6）：853-856）对旋转填料床中合成的天然气水合物的含气量进行了测定，结果显示出了，超重力技术合成天然气水合物的巨大优越性；专利“采用静态超重力快速制备天然气水合物的方法及装置”（200710032642.X，公开（公告）号CN 101225338A）提出了一种采用气体的周向高速喷入，产生强大的离心力场，来增强水合物生成过程中的传热、传质；但总体来说，利用超重力技术来增强水合物的合成速率还处于一个开发研究阶段，所采用超重力设备存在着以下问题，耗能大、气体的高速喷入，容易造成金属的疲劳，对材质的要求相当高、气液的接触时间过短，不利于水合物的合成、合成过程不均匀，系统稳定性差、容易造成堵塞等，因此急需设计出一套，过程均匀、稳定性好、能量利用率高，面向工业化的水合物生产装置。

发明内容

本发明的目的是针对水合物储运技术过程中对水合物形成快速、高效的要求，运用过程强化技术—超重力技术对生成过程进行强化。设计出一种过程均匀、稳定性好、能量利用率高的超重力水合物反应装置。

本发明提供了一种气体水合物快速生成的装置，可应用于天然气、二氧化碳、硫化氢等气体水合物的快速生成，本发明采用的技术方案包括，

超重力反应器：超重力反应器包括机壳、上下转子、布液器、带有变频调速器的电动机、转轴、中心进液管、转向机构和布液器；整个机壳由小圆柱、大圆柱和锥形底从上至下固联而成，锥形底顶点与大小圆柱的中心轴线在同一条直线上；上转子布置在小圆柱的环形空腔中部，下转子布置在大圆柱的环形空腔上部，且上下转子与大小圆柱同轴；在上下转子的中心圆孔即布液孔内设有布液器，布液器上端伸入到上转子的中心圆孔内，布液器下端伸入到下转子的中心圆孔内；布液器由旋转部件和环形进液管组成，布液器通过旋转部件与上下转子固定连接，环形进液管周向环绕在旋转部件上，液体经由从小圆柱上端伸入的中心进液管流下，通过环绕在旋转部件上的多根环形进液管引出，环形进液管周向均匀开有布液口，旋转部件通过转轴与位于大圆柱的环形空腔底部的转向机构连接；转向机构通过转轴与位于机壳外的带有变频调速器的电动机连接；如图1所示。

所述布液器中间部分不设有布液管，伸入到上转子的中心圆孔内和下转子的中心圆孔

内的部分设有布液管，液体经中心进液管流下，在旋转部件上通过多根环形进液管引出，环形进液管在转子内的布液器周向均匀开有布液口；如图5和图6。

所述的上下转子是由三个从上至上均匀分布的阿基米德螺线板经固联杆组成，上下转子的直径比例（或上转子的阿基米德螺线板与下转子的阿基米德螺线板的直径比）在1：3-5之间，如图4。

超重力反应器的制冷采用外部水冷夹套制冷；外部水冷夹套制冷，在反应器制冷中比较常见，具体的安装可依据现有的安装技术进行，通常机壳设置为双层结构，并组成空腔，作为水冷的夹套。

上下旋转床的高度差一般在30-70cm之间，一般保持上下旋转床的高度差为40cm左右为宜。