本發(fā)明涉及機械領(lǐng)域，尤其涉及天然氣水合物合成搖擺板式反應(yīng)釜系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)外對天然氣水合物快速合成方法主要包括：機械強化快速合成，化學(xué)強化快速合成及外場作用下的快速合成。其中機械強化作用通過增大氣液接觸面積，加大氣體在水中的溶解度，從而實現(xiàn)天然氣水合物的快速合成，目前國內(nèi)外針對水合物的合成機械強化方法主要有攪拌法，噴淋法及鼓泡法。

攪拌法即攪拌葉片旋轉(zhuǎn)使氣液接觸面由圓形變?yōu)殄F形，增大氣液接觸面積，強化傳質(zhì)傳熱過程，進(jìn)而縮短水合物合成的成核時間和生長時間，提高水合速率，；噴淋法是通過噴嘴將主體水進(jìn)行霧化，與反應(yīng)釜內(nèi)的氣體進(jìn)行接觸，強化氣液接觸面積，進(jìn)而提高水合反應(yīng)速率，促進(jìn)水合物的快速合成；鼓泡法利用孔板鼓泡來增大氣液接觸面積，增強氣體對液體的擾動，從而縮短天然氣水合物形成誘導(dǎo)期，促進(jìn)天然氣水合物的快速合成。

上述水合物快速合成機械強化方法只采用了一種機械強化作用增強天然氣水合物快速合成過程中的傳質(zhì)傳熱效果，并沒有采用兩種機械強化作用的疊加效果增強天然氣水合物快速合成過程中的傳質(zhì)傳熱效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠提高天然氣水合物效率的搖擺板式反應(yīng)釜系統(tǒng)。

天然氣水合物合成搖擺板式反應(yīng)釜系統(tǒng)，包括反應(yīng)釜和搖擺系統(tǒng)，所述搖擺系統(tǒng)頂端設(shè)置有第一夾套和第二夾套，所述搖擺系統(tǒng)與反應(yīng)釜通過第一夾套、第二夾套連接，所述搖擺系統(tǒng)包括固定支承桿、可伸縮式支撐桿；固定支承桿頂部通過第一球形鉸鏈與第一夾套相連接，可伸縮式支撐桿頂部通過第二球形鉸鏈與第二夾套相連接；所述可伸縮式支撐桿底部有活塞，活塞設(shè)置在活塞缸內(nèi)，活塞缸通過液壓泵液壓回路與液壓油箱連通，液壓回路上安裝有截止閥和調(diào)節(jié)閥。

所述的可伸縮式支撐桿上安裝有位移傳感器。

所述的反應(yīng)釜，包括筒體和多個篩板，所述筒體的兩端通過筒體法蘭和螺栓分別連接連接進(jìn)口平蓋封頭和出口平蓋封頭；所述的進(jìn)口平蓋封頭上設(shè)置有氣體進(jìn)口、溫度傳感器、壓力傳感器、進(jìn)液口；所述的出口平蓋封頭上設(shè)置有液體出口、出氣口；所述篩板垂直的設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)部，所述篩板中心安裝在軸上，所述篩板與軸之間通過鍵連接固定。

所述的篩板上有篩孔，篩板邊緣有一缺口，多片篩板平行安裝在軸上，缺口錯開安裝。

本發(fā)明提供的天然氣水合物合成搖擺板式反應(yīng)釜系統(tǒng)，由于在釜體上設(shè)置了溫度傳感器、壓力傳感器，從而可以根據(jù)獲取的溫度、壓力來調(diào)整天然氣水合物的合成效率。并且通過搖擺系統(tǒng)克服了已有水合物合成反應(yīng)釜只采用了一種機械強化作用增強天然氣水合物快速合成過程中傳質(zhì)傳熱效果的不足。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的篩板結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，天然氣水合物合成搖擺板式反應(yīng)釜系統(tǒng)，包括反應(yīng)釜5和搖擺系統(tǒng)15，所述搖擺系統(tǒng)15頂端設(shè)置有第一夾套6-1和第二夾套6-2，所述搖擺系統(tǒng)15與反應(yīng)釜5通過第一夾套6-1、第二夾套6-2連接，所述搖擺系統(tǒng)15包括固定支承桿1、可伸縮式支撐桿8；固定支承桿1頂部通過第一球形鉸鏈2-1與第一夾套6-1相連接，可伸縮式支撐桿8頂部通過第二球形鉸鏈2-2與第二夾套6-2相連接；所述可伸縮式支撐桿8底部有活塞9，活塞9設(shè)置在活塞缸10內(nèi)，活塞缸10通過液壓泵13液壓回路與液壓油箱14連通，液壓回路上安裝有截止閥12和調(diào)節(jié)閥11。

所述的可伸縮式支撐桿8上安裝有位移傳感器7。

如圖2所示，所述的反應(yīng)釜5，包括筒體5-1和多個篩板3，所述筒體5-1的兩端通過筒體法蘭和螺栓分別連接連接進(jìn)口平蓋封頭5-2和出口平蓋封頭5-3；所述的進(jìn)口平蓋封頭5-2上設(shè)置有氣體進(jìn)口5-4、溫度傳感器5-5、壓力傳感器5-6、進(jìn)液口5-9；所述的出口平蓋封頭5-3上設(shè)置有液體出口5-8、出氣口5-7；所述篩板3垂直的設(shè)置在反應(yīng)釜5內(nèi)部，所述篩板3中心安裝在軸4上，所述篩板3與軸4之間通過鍵連接固定。

如圖3所示，所述的篩板3上有篩孔，篩板3邊緣有一缺口，多片篩板3平行安裝在軸4上，缺口錯開安裝。

篩板3由軸4固定置于反應(yīng)釜5釜體內(nèi)，通過篩板3來加速天然氣水合物的合成。

所述反應(yīng)釜5筒體5-1上安裝有搖擺系統(tǒng)15，搖擺系統(tǒng)15由液壓泵等提供動力，通過可伸縮式支撐桿8帶動筒體5-1運動加速天然氣水合物的合成。

反應(yīng)釜5是水合物制備系統(tǒng)的核心設(shè)備，為臥式三類壓力容器，釜體周圍被換熱夾套包裹進(jìn)行制冷；將篩板3固定在軸4上，軸4的兩端并沒有固定而是緊挨著兩端的壁面，防止在搖擺的過程中與釜體發(fā)生碰撞。反應(yīng)釜5主要與搖擺系統(tǒng)15配合使用，實現(xiàn)快速合成的功能。

反應(yīng)釜設(shè)計參數(shù)如下：

設(shè)計壓力：16MPa

設(shè)計溫度：-15～40℃

釜體尺寸：Φ308×430(mm)

腔體總?cè)莘e：5L

最高工作壓力：12MPa

工作溫度：0℃～30℃

水壓實驗壓力：20MPa

工作介質(zhì)：水和天然氣、化學(xué)試劑等

主體材質(zhì)：0Cr18Ni10Ti或采用合金鋼加不銹鋼316材質(zhì)防腐層

設(shè)計壽命：30年。

反應(yīng)釜中篩板3上的篩孔大小不一，按一定規(guī)律分布排列。當(dāng)反應(yīng)釜5上下?lián)u擺的過程中，反應(yīng)釜5中的液體通過篩板3上大小不一的孔形成液滴向下滴落，氣體在釜內(nèi)上升的過程中通過篩板3上的孔形成氣泡，這就達(dá)到了鼓泡式反應(yīng)釜的效果；在反應(yīng)釜5上下?lián)u擺運動中，釜中的液體劇烈的運動，從而達(dá)到了攪拌式反應(yīng)釜的效果。篩板3上設(shè)置缺口及直徑不同的孔，其目的是當(dāng)直徑較小的孔被水合物顆粒堵住時，液體可以從直徑較大的孔或缺口通過流到下一個篩板，達(dá)到增強湍流、強化傳質(zhì)、增加流程的效果。

篩板設(shè)計參數(shù)如下：

設(shè)計壓力：16MPa

設(shè)計溫度：-15～40℃

篩板尺寸：Φ150×20(mm)

最高工作壓力：12MPa

工作溫度：0℃～30℃

水壓實驗壓力：20MPa

工作介質(zhì)：水和天然氣、化學(xué)試劑等

主體材質(zhì)：0Cr18Ni10Ti或采用合金鋼加不銹鋼316材質(zhì)防腐層

設(shè)計壽命：30年。

通過夾套將反應(yīng)釜5固定在搖擺系統(tǒng)15上。反應(yīng)釜5的搖擺運動由液壓泵13提供動力，液壓泵13通過將液壓油輸入活塞9下方，擠壓活塞9向上運動；當(dāng)可伸縮式支撐桿8達(dá)到最高點時，關(guān)閉截止閥12，采用反應(yīng)釜5的一部分重力、可伸縮式支撐桿8的重力以及液壓油的重力提供動力將液壓油擠入液壓油箱14中，通過調(diào)節(jié)閥11來控制液壓油的輸出速度，從而控制可伸縮式支撐桿8的下降速度。當(dāng)反應(yīng)釜5達(dá)到最高點或者最低點時，需要停留一段時間保證液體能完全滴落到底部，完成液體與氣體充分接觸的過程。液壓泵13以及截止閥12、調(diào)節(jié)閥11的控制均是通過位移傳感器7采集的數(shù)據(jù)反饋回系統(tǒng)，通過電腦處理從而實現(xiàn)自動控制。

釜體采用304奧氏體不銹鋼，設(shè)計壓力為12Mpa，釜內(nèi)為高壓氣液兩相介質(zhì)，設(shè)計過程采用常規(guī)的壓力容器設(shè)計方法，符合GB150-98《鋼制壓力容器》技術(shù)法規(guī)，設(shè)計主要內(nèi)容包括釜體設(shè)計，法蘭設(shè)計，密封設(shè)計，強度校核及水壓試驗。

通過對天然氣水合物在熱力學(xué)方面進(jìn)行的研究，發(fā)現(xiàn)低溫、高壓是維持天然氣水合物的必要條件。水合反應(yīng)釜的設(shè)計滿足天然氣水合物生成過程中的實驗要求，本發(fā)明的反應(yīng)釜能耗低，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計緊湊，易于安裝，且操作維修方便，使氣液在釜內(nèi)接觸，在一定的壓力溫度下結(jié)晶固化，為天然氣水合物快速合成提供了實驗條件。

本發(fā)明主容器Q345R鋼板按照GB713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》正火狀態(tài)供貨、檢驗和驗收，且應(yīng)進(jìn)行超聲檢測，合格級別不低于JB/T4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ級；平蓋卡箍采用16Mn鍛件應(yīng)符合NB/T47008-2010《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》的要求，Ⅲ級合格，

根據(jù)高壓合成釜結(jié)構(gòu)、甲烷氣體的氣密性以及實驗功能要求，高壓合成釜密封選用自緊式密封結(jié)構(gòu)。自緊式密封有雙錐環(huán)密封、伍德密封、C形環(huán)密封、O形環(huán)密封、三角墊密封、O型圈密封等。本發(fā)明高壓合成釜選用氟膠“O”形圈，制造費用低且使用方便，耐化學(xué)介質(zhì)及二氧化碳?xì)怏w、抗擠出、抗氣爆。釜體與釜蓋之間設(shè)有2道氟膠“O”形圈，密封圈截面直徑為18mm，密封凹槽深15mm、寬20mm，分別在徑向和軸向安裝，密封結(jié)構(gòu)簡單、密封效果好，對正后靠釜蓋自重即可裝入。

由于高壓合成釜內(nèi)腔表面，會與釜內(nèi)的介質(zhì)產(chǎn)生接觸(海水、甲烷、化學(xué)劑等，具有腐蝕性)，故需要對其進(jìn)行防腐處理，以保證高壓合成釜的使用性能和使用壽命。合成釜內(nèi)腔表面、封頭內(nèi)表面及與介質(zhì)接觸的孔等潤濕部位，采用特殊工藝熱熔蒙乃爾400合金防腐層。蒙乃爾400合金的組織為高強度的單相固溶體，它是一種用量最大、用途最廣、綜合性能極佳的耐蝕合金。此合金在氫氟酸和氟氣介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性，對熱濃堿液也有優(yōu)良的耐蝕性。同時還耐中性溶液。

反應(yīng)釜設(shè)計要求：釜體設(shè)計內(nèi)徑為150mm，壁厚為8mm，平蓋設(shè)計厚度為48mm，水壓實驗壓力為15Mpa，反應(yīng)釜采用可拆的連接結(jié)構(gòu)形式，法蘭強度及剛度校核滿足實驗要求。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。