CN106268520B - 天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统，包括反应釜和摇摆系统，所述摇摆系统顶端设置有第一夹套和第二夹套，所述摇摆系统与反应釜通过第一夹套、第二夹套连接，所述摇摆系统包括固定支承杆、可伸缩式支撑杆；固定支承杆顶部通过第一球形铰链与第一夹套相连接，可伸缩式支撑杆顶部通过第二球形铰链与第二夹套相连接；所述可伸缩式支撑杆底部有活塞，活塞设置在活塞缸内，活塞缸通过液压泵液压回路与液压油箱连通，液压回路上安装有截止阀和调节阀。克服了已有水合物合成反应釜只采用了一种机械强化作用增强天然气水合物快速合成过程中传质传热效果的不足。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统。
背景技术
目前，国内外对天然气水合物快速合成方法主要包括：机械强化快速合成，化学强化快速合成及外场作用下的快速合成。其中机械强化作用通过增大气液接触面积，加大气体在水中的溶解度，从而实现天然气水合物的快速合成，目前国内外针对水合物的合成机械强化方法主要有搅拌法，喷淋法及鼓泡法。
搅拌法即搅拌叶片旋转使气液接触面由圆形变为锥形，增大气液接触面积，强化传质传热过程，进而缩短水合物合成的成核时间和生长时间，提高水合速率；喷淋法是通过喷嘴将主体水进行雾化，与反应釜内的气体进行接触，强化气液接触面积，进而提高水合反应速率，促进水合物的快速合成；鼓泡法利用孔板鼓泡来增大气液接触面积，增强气体对液体的扰动，从而缩短天然气水合物形成诱导期，促进天然气水合物的快速合成。
上述水合物快速合成机械强化方法只采用了一种机械强化作用增强天然气水合物快速合成过程中的传质传热效果，并没有采用两种机械强化作用的叠加效果增强天然气水合物快速合成过程中的传质传热效果。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够提高天然气水合物效率的摇摆板式反应釜系统。
天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统，包括反应釜和摇摆系统，所述摇摆系统顶端设置有第一夹套和第二夹套，所述摇摆系统与反应釜通过第一夹套、第二夹套连接，所述摇摆系统包括固定支承杆、可伸缩式支撑杆；固定支承杆顶部通过第一球形铰链与第一夹套相连接，可伸缩式支撑杆顶部通过第二球形铰链与第二夹套相连接；所述可伸缩式支撑杆底部有活塞，活塞设置在活塞缸内，活塞缸通过液压泵液压回路与液压油箱连通，液压回路上安装有截止阀和调节阀。
所述的可伸缩式支撑杆上安装有位移传感器。
所述的反应釜，包括筒体和多个筛板，所述筒体的两端通过筒体法兰和螺栓分别连接进口平盖封头和出口平盖封头；所述的进口平盖封头上设置有气体进口、温度传感器、压力传感器、进液口；所述的出口平盖封头上设置有液体出口、出气口；所述筛板垂直的设置在反应釜内部，所述筛板中心安装在轴上，所述筛板与轴之间通过键连接固定。
所述的筛板上有筛孔，筛板边缘有一缺口，多片筛板平行安装在轴上，缺口错开安装。
本发明提供的天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统，由于在釜体上设置了温度传感器、压力传感器，从而可以根据获取的温度、压力来调整天然气水合物的合成效率。并且通过摇摆系统克服了已有水合物合成反应釜只采用了一种机械强化作用增强天然气水合物快速合成过程中传质传热效果的不足。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的反应釜结构示意图；
图3为本发明的筛板结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统，包括反应釜5和摇摆系统15，所述摇摆系统15顶端设置有第一夹套6-1和第二夹套6-2，所述摇摆系统15与反应釜5通过第一夹套6-1、第二夹套6-2连接，所述摇摆系统15包括固定支承杆1、可伸缩式支撑杆8；固定支承杆1顶部通过第一球形铰链2-1与第一夹套6-1相连接，可伸缩式支撑杆8顶部通过第二球形铰链2-2与第二夹套6-2相连接；所述可伸缩式支撑杆8底部有活塞9，活塞9设置在活塞缸10内，活塞缸10通过液压泵13液压回路与液压油箱14连通，液压回路上安装有截止阀12和调节阀11。
所述的可伸缩式支撑杆8上安装有位移传感器7。
如图2所示，所述的反应釜5，包括筒体5-1和多个筛板3，所述筒体5-1的两端通过筒体法兰和螺栓分别连接进口平盖封头5-2和出口平盖封头5-3；所述的进口平盖封头5-2上设置有气体进口5-4、温度传感器5-5、压力传感器5-6、进液口5-9；所述的出口平盖封头5-3 上设置有液体出口5-8、出气口5-7；所述筛板3垂直的设置在反应釜5内部，所述筛板3中心安装在轴4上，所述筛板3与轴4之间通过键连接固定。
如图3所示，所述的筛板3上有筛孔，筛板3边缘有一缺口，多片筛板3平行安装在轴4上，缺口错开安装。
筛板3由轴4固定置于反应釜5釜体内，通过筛板3来加速天然气水合物的合成。
所述反应釜5筒体5-1上安装有摇摆系统15，摇摆系统15由液压泵等提供动力，通过可伸缩式支撑杆8带动筒体5-1运动加速天然气水合物的合成。
反应釜5是水合物制备系统的核心设备，为卧式三类压力容器，釜体周围被换热夹套包裹进行制冷；将筛板3固定在轴4上，轴4的两端并没有固定而是紧挨着两端的壁面，防止在摇摆的过程中与釜体发生碰撞。反应釜5主要与摇摆系统15配合使用，实现快速合成的功能。
反应釜设计参数如下：
设计压力：16MPa
设计温度：-15～40℃
釜体尺寸：Φ308×430(mm)
腔体总容积：5L
最高工作压力：12MPa
工作温度：0℃～30℃
水压实验压力：20MPa
工作介质：水和天然气、化学试剂等
主体材质：0Cr18Ni10Ti或采用合金钢加不锈钢316材质防腐层
设计寿命：30年。
反应釜中筛板3上的筛孔大小不一，按一定规律分布排列。当反应釜5上下摇摆的过程中，反应釜5中的液体通过筛板3上大小不一的孔形成液滴向下滴落，气体在釜内上升的过程中通过筛板3上的孔形成气泡，这就达到了鼓泡式反应釜的效果；在反应釜5上下摇摆运动中，釜中的液体剧烈的运动，从而达到了搅拌式反应釜的效果。筛板3上设置缺口及直径不同的孔，其目的是当直径较小的孔被水合物颗粒堵住时，液体可以从直径较大的孔或缺口通过流到下一个筛板，达到增强湍流、强化传质、增加流程的效果。
筛板设计参数如下：
设计压力：16MPa
设计温度：-15～40℃
筛板尺寸：Φ150×20(mm)
最高工作压力：12MPa
工作温度：0℃～30℃
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工作介质：水和天然气、化学试剂等
主体材质：0Cr18Ni10Ti或采用合金钢加不锈钢316材质防腐层
设计寿命：30年。
通过夹套将反应釜5固定在摇摆系统15上。反应釜5的摇摆运动由液压泵13提供动力，液压泵13通过将液压油输入活塞9下方，挤压活塞9向上运动；当可伸缩式支撑杆8达到最高点时，关闭截止阀12，采用反应釜5的一部分重力、可伸缩式支撑杆8的重力以及液压油的重力提供动力将液压油挤入液压油箱14中，通过调节阀11来控制液压油的输出速度，从而控制可伸缩式支撑杆8的下降速度。当反应釜5达到最高点或者最低点时，需要停留一段时间保证液体能完全滴落到底部，完成液体与气体充分接触的过程。液压泵13以及截止阀12、调节阀11的控制均是通过位移传感器7采集的数据反馈回系统，通过电脑处理从而实现自动控制。
釜体采用304奥氏体不锈钢，设计压力为12Mpa，釜内为高压气液两相介质，设计过程采用常规的压力容器设计方法，符合GB150-98《钢制压力容器》技术法规，设计主要内容包括釜体设计，法兰设计，密封设计，强度校核及水压试验。
通过对天然气水合物在热力学方面进行的研究，发现低温、高压是维持天然气水合物的必要条件。水合反应釜的设计满足天然气水合物生成过程中的实验要求，本发明的反应釜能耗低，结构简单，设计紧凑，易于安装，且操作维修方便，使气液在釜内接触，在一定的压力温度下结晶固化，为天然气水合物快速合成提供了实验条件。
本发明主容器Q345R钢板按照GB713-2014《锅炉和压力容器用钢板》正火状态供货、检验和验收，且应进行超声检测，合格级别不低于JB/T4730.3-2005标准的Ⅱ级；平盖卡箍采用16Mn锻件应符合NB/T47008-2010《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》的要求，Ⅲ级合格，
根据高压合成釜结构、甲烷气体的气密性以及实验功能要求，高压合成釜密封选用自紧式密封结构。自紧式密封有双锥环密封、伍德密封、C形环密封、O形环密封、三角垫密封、 O型圈密封等。本发明高压合成釜选用氟胶“O”形圈，制造费用低且使用方便，耐化学介质及二氧化碳气体、抗挤出、抗气爆。釜体与釜盖之间设有2道氟胶“O”形圈，密封圈截面直径为18mm，密封凹槽深15mm、宽20mm，分别在径向和轴向安装，密封结构简单、密封效果好，对正后靠釜盖自重即可装入。
由于高压合成釜内腔表面，会与釜内的介质产生接触(海水、甲烷、化学剂等，具有腐蚀性)，故需要对其进行防腐处理，以保证高压合成釜的使用性能和使用寿命。合成釜内腔表面、封头内表面及与介质接触的孔等润湿部位，采用特殊工艺热熔蒙乃尔400合金防腐层。蒙乃尔400合金的组织为高强度的单相固溶体，它是一种用量最大、用途最广、综合性能极佳的耐蚀合金。此合金在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性，对热浓碱液也有优良的耐蚀性。同时还耐中性溶液。
反应釜设计要求：釜体设计内径为150mm，壁厚为8mm，平盖设计厚度为48mm，水压实验压力为15Mpa，反应釜采用可拆的连接结构形式，法兰强度及刚度校核满足实验要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明 各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统，其特征在于，包括反应釜(5)和摇摆系统(15)，所述摇摆系统(15)顶端设置有第一夹套(6-1)和第二夹套(6-2)，所述摇摆系统(15)与反应釜(5)通过第一夹套(6-1)、第二夹套(6-2)连接，所述摇摆系统(15)包括固定支承杆(1)、可伸缩式支撑杆(8)；固定支承杆(1)顶部通过第一球形铰链(2-1)与第一夹套(6-1)相连接，可伸缩式支撑杆(8)顶部通过第二球形铰链(2-2)与第二夹套(6-2)相连接；所述可伸缩式支撑杆(8)底部有活塞(9)，活塞(9)设置在活塞缸(10)内，活塞缸(10)通过液压泵(13)液压回路与液压油箱(14)连通，液压回路上安装有截止阀(12)和调节阀(11)；
所述的可伸缩式支撑杆(8)上安装有位移传感器(7)；
所述的反应釜(5)，包括筒体(5-1)和多个筛板(3)，所述筒体(5-1)的两端通过筒体法兰和螺栓分别连接进口平盖封头(5-2)和出口平盖封头(5-3)；所述的进口平盖封头(5-2)上设置有气体进口(5-4)、温度传感器(5-5)、压力传感器(5-6)、进液口(5-9)；所述的出口平盖封头(5-3)上设置有液体出口(5-8)、出气口(5-7)；所述筛板(3)垂直的设置在反应釜(5)内部，所述筛板(3)中心安装在轴(4)上，所述筛板(3)与轴(4)之间通过键连接固定。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物合成摇摆板式反应釜系统，其特征在于，所述的筛板(3)上有筛孔，筛板(3)边缘有一缺口，多片筛板(3)平行安装在轴(4)上，缺口错开安装。
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