专利名称：多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备装置及工艺流程的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多反应釜喷雾强化连续制备天然气水合物的装置及工艺流程。
背景技术：
在天然气工业领域，现有的天然气储运技术有通过管道方式运输天然气；采用低 温技术将天然气液化(LNG);在储罐中装入天然气专用吸附剂，将天然气进行吸附储存 的吸附储存天然气(ANG)技术；将天然气转化为液体产品等技术。目前天然气管道输送 仍然是天然气国际贸易的主要手段，但是其初投资大。LNG由于要低温液化，运营成本 很大。天然气水合物储运技术(NGH)是一种新型的天然气储运技术，它具有以下优点 蓄能密度大，在标准状态下lr^NGH可储存150 180^的天然气；制备技术条件容易， NGH可以在6MPa以下、-10 1(TC条件下进行制备，与LNG相比在制备技术上避免了超 低温的环节；水合物的热物理性比较稳定，储存安全可有效地进行NGH的再气化，采 用简单的加热手段就可将固体状水合物直接转化成可使用的气态天然气。因此，天然气水合物储运技术有可能替代液化天然气技术成为未来天然气大规模储运手段之一。由于 水合物分解需要大量的热量，因此只需切断传热途径，就可以使水合物状态长期稳定， 可以保证储运过程中的安全性。目前实现工业应用的天然气水合物制备技术可以分为搅拌式、鼓泡式和喷雾式。搅 拌式通过搅拌可以增强水合物形成气与水的接触，促进水合物的溶解和水合物的形成。 缺点是需要消耗搅拌功，密封效果不易保证。鼓泡式使水合物形成气泡在水中运动、 破碎，扩大气-水接触面积，以增加气体在水中的浓度，加快成核速率，减少诱导时间。 但是未反应完的气体需要通过压缩机使气体升压，然后和其它气体混合再次进入反应 器，增加了设备投资和维护费用。喷雾式通过使用喷嘴使水雾化形成众多细小水滴， 以次增大气-水接触面积，提高水合物生成速率。该方式无须其他搅拌装置，使得制备 装置设计更加简单，容量增大时可以适当增加喷嘴数量。但是由于水合过程中产生的热 量易集聚在水滴内部，不利于维持水合物形成条件，因此，喷雾方式制备水合物过程中， 如何快速移除水合物生成过程中的热量，对于喷雾方式制备天然气水合物走向实用化是 非常重要的。水合物形成过程类似于盐类的结晶过程，通常包括诱导成核和生长两个阶段。水合 物诱导成核是指形成具有临界尺寸的、稳定的水合物晶核的过程；水合物生长是指稳定
核生长到固态水合物晶体的过程。利用喷雾强化制备天然气水合物的方法及装置(本人已申报发明专利)，已经实现 了天然气水合物的快速制备，并且发现了诸多关于喷雾方式制备水合物的特性。发明内容-本发明提出了一种多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备的装置及工艺流程。该 装置采用多反应釜串连布置，至少有两个反应釜，实现将诱导反应和快速结晶反应分离， 达到分别控制两个反应的目的，可以有效地縮短天然气水合物制备过程诱导时间，增加 水合物的制备速率，提高水合物的转化率。多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备的装置，由供气系统、冷却系统、雾化系 统、反应系统以及分离系统组成。其特点是-反应系统至少有两个反应釜，反应釜均属于水流雾化反应釜；供气系统由进气管路和压縮机组成，进气管路的一端为气体入口，另一端经由压縮 机后分别与诱导反应釜和主反应釜的进气口连接，用于控制各个反应釜内的天然气压 力；冷却系统由冷却水入口、水泵、冷却水循环通道组成，冷却水管的一端为冷却水入 口，冷却水管经水泵、依次与诱导反应釜的冷却水入口、内外壁通道、冷却水出口，和 主反应釜的冷却水入口、内外壁通道、冷却水出口串联连通，冷却水流经反应釜的内外 壁通道，最后由主反应釜冷却水出口排出并循环使用，通过控制冷却水入口的温度，就 可以保证各反应釜内的温度处于水合物形成条件；雾化系统每个反应釜的下部有一连接口，通过水管，分别与循环水泵连接，然后 连接到各自反应釜顶部的喷嘴；两个反应釜之间由每个反应釜下部的水平水管串联连 接；分离系统在主反应釜中下部的排出管上连接一分离器，用于将主反应釜内制作完 成的水合物排出。多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备的工艺流程是天然气通过压縮机增压到 某一设定的水合物形成压力条件后，通入到诱导反应釜和主反应釜中，并将一定量水合 反应所需的水通入诱导反应釜中。开启冷却水循环系统，将两反应釜中的天然气温度和 诱导反应釜中的水降到反应所需条件。然后开启诱导反应釜的雾化系统，将水雾化成极 小的水滴与天然气进行充分接触，形成天然气水合物。然后将诱导反应釜中具有水合物 生成历史的水，通过连通管排入到主反应釜中，同时继续对诱导反应釜供应水合生成水,
继续进行诱导反应釜的水合反应。当主反应釜中的已经具有水合物生成历史的水量达到 一定要求后，开启主反应釜的雾化系统，进行水合物的制备，生成的水合物浆液浮在主 反应釜的水面上，通过排出管进入水合物分离器，最后将水合物排出。本发明的有益效果是反应系统至少有两个反应釜，实现将诱导反应和快速结晶反 应分离控制，便于高转化率地制备天然气水合物；冷却水通过诱导反应釜和主反应釜的 内外壁通道，可实现将水合反应放出热量的有效移除。以下结合附图和实例对本发明加以详细说明。
附图是多反应釜喷雾强化天然气水合物制备装置及工艺流程示意图。 1.气体压縮机，2.真空泵，3.连通阀，4.进气口， 5.诱导反应釜喷嘴，6.冷 却水出口， 7.诱导反应釜，8.入水口， 9.水泵，IO.冷却水入口， 11.冷却水循环泵， 12.控制阀，13.增压泵，14.进气口， 15.主反应釜喷嘴，16.主反应釜，17.冷却 水入口， 18.连通阀，19.冷却水出口， 20，水合物出口， 21.增压泵，22.分离储存 器具体实施方式
-本实施例反应系统采用两个套筒式反应釜，即诱导反应釜7和主反应釜16,两层套 筒之间作为冷却水循环通道。诱导反应釜的顶部装有诱导反应釜喷嘴5，侧面开有进气 口 4，冷却水入口 10，冷却水出口6，中部设置入水口8，下部设有实现水流雾化的增 压泵13。主反应釜16的开口布置类似诱导反应釜。并采用管路进行连接。主反应釜的 中下部连通一水合物出口 20，排出管与分离储存器22连接。主反应釜的容量可以大于 诱导反应釜的容量，所配置的喷嘴和增压泵的容量也应大于诱导反应釜所配置的喷嘴和 增压泵。供气系统天然气管道经由气体压缩机1后分别与诱导反应釜7和主反应釜16的 进气口4、 14连通，其中连通到主反应釜的管路上设有控制阀12。冷却系统冷却水通过管道由冷却水循环泵11通过冷却水入口 IO进入诱导反应釜7的内外壁通道，由冷却水出口 6排入主反应釜16的冷却水入口 17，然后进入主反应 釜16的内外壁通道，最后由主反应釜16的冷却水出口 19排出，并可循环使用。雾化系统诱导反应釜7的中部设有一入水口8，通过水泵9进行补水；参与水合 反应的水通过下部管路经增压泵13加压后，进入反应釜喷嘴5后喷淋；诱导反应釜7
和主反应釜16下部的循环水管通过水平管相连，之间设控制阀18,在诱导反应釜7中 完成的具有水合物形成历史的水，可以通过水平管经主反应釜喷嘴15进入主反应釜16中。在天然气水合物制备前，首先用真空泵进行抽真空，去除系统内部的气体，完毕后 可以通过连通阀3实行关断。然后将天然气通过压縮机1加压，分别进入诱导反应釜7 和主反应釜16，保持反应釜内天然气压力处于设定的水合物形成压力下。通过水泵9 将参加水合反应的水送入诱导反应釜7中。利用外部冷源向反应釜中内外壁通道中输入 冷却水，将两个反应釜中的反应物降温，使其达到设定的天然气水合物形成温度下，并 且在连续水合物制备过程中一直保持。开启增压泵13，使诱导反应釜7中的水通过管路 进入喷嘴5，通过雾化后进入反应釜中，实现细小水滴与天然气的充分接触并进行水合 反应，在诱导反应釜中形成水合物后，打开连通阀18，开启增压泵13，将具有水合物 反应历史的水经主反应釜喷嘴15通入主反应釜16中，同时进行诱导反应釜的补水。达 到设定水位后，开启主反应釜的增压泵，同样利用水流雾化作用进行水合物的制备，当 天然气水合物在主反应釜中大量生成浮在水面上时，通过水合物出口 20，将天然气水合 物放入分离储存器22。诱导反应釜产生的具有水合物形成历史的水可以加快主反应釜的水合反应速度，提 高水合物的形成率。由诱导反应釜和主反应釜或多个主要反应釜构成的系统可以实现水 合物的连续生产，有利于天然气水合物储运技术走向实用化。本发明可广泛用于化学工程、油气储运及其他利用水合反应实现快速高效水合物制 备的技术领域。
权利要求
1.多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备装置，由供气系统、冷却系统、雾化系统、反应系统以及分离系统组成。其特征在于A)反应系统至少有两个反应釜，反应釜均属于水流雾化反应釜；B)供气系统由进气管和压缩机组成，进气管的一端为气体入口，另一端经由压缩机后分别与诱导反应釜和主反应釜上的进气口连接；C)冷却系统由冷却水入口、水泵、冷却水循环通道组成，冷却水管的一端为冷却水入口，冷却水管经水泵、依次与诱导反应釜的冷却水进口、内外壁通道、冷却水出口、主反应釜的冷却水进口、内外壁通道，冷却水出口串联连通，最后由主反应釜冷却水出口排出并循环使用；D)雾化系统每个反应釜的下部有一水管，分别与增压泵连接，然后连接到各自反应釜顶部的喷嘴；两个反应釜之间由下部的水平水管串联连接；E)分离储存系统在主反应釜中下部的排出管上连接一分离器。
2 . 多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备的工艺流程，其特征在于A) 天然气通过压縮机增压到已设定的水合物形成的压力条件后，通入到诱导反应釜 和主反应釜中，并将水合反应所需的水通入到诱导反应釜中；B) 开启冷却水循环系统,将两反应釜中的天然气温度和诱导反应釜中的水降到反应 所需条件；C) 开启诱导反应釜的喷嘴雾化系统，将水雾化成极小的水滴与天然气进行充分接 触，形成天然气水合物；D) 将诱导反应釜中具有水合物生成历史的水，通过连通管排入到主反应釜中，同时 继续对诱导反应釜供应水合生成水，继续进行诱导反应釜的水合反应；E) 当主反应釜中的己经具有水合物生成历史的水量达到一定要求后，开启主反应釜 的喷嘴雾化系统，进行水合物的制备，生成的水合物浆液浮在主反应釜的水面上, 通过排出管进入水合物分离装置，最后将水合物排出。
全文摘要
多反应釜喷雾强化天然气水合物连续制备装置，至少有两个套筒式带有水流雾化的反应釜，两层套筒之间为冷却水循环通道，反应釜之间实现串联连接；每个反应釜的顶部有喷嘴，水经循环泵与各反应釜的喷嘴连接；反应釜之间由下部的水平水管串联连接；主反应釜中下部的排出管与分离器连接。天然气经压缩机增压后通入各反应釜中，并将一定量水通入诱导反应釜中。开启冷却系统，将各反应釜中的天然气和水温降到反应所需条件，开启诱导反应釜的雾化系统，生成天然气水合物后排入主反应釜中，并继续对诱导反应釜供应水进行水合反应。当主反应釜中具有水合物生成历史的水量达到要求后，开启主反应釜的雾化系统，进行水合物制备、分离，最后将水合物排出。
文档编号C10L3/10GK101153231SQ200610116480
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月25日 优先权日2006年9月25日
发明者刘道平, 周文铸, 徐新亚 申请人:上海理工大学