CN106917956B - 煤层气连续水合固化与储运一体化装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

煤层气连续水合固化与储运一体化装置及其方法，涉及煤层气固化回收储运领域。本发明是为了解决现有的大部分瓦斯气井远离城市和大型工业区分布不集中而且单井储量有限，远距离输送难度大，大量瓦斯气直接排放造成的环境污染与资源浪费的问题。煤层气水合固化皿轮毂用于带动22个煤层气水合固化皿的圆台和22个重力开闭式密封盖在滑道密封轮盘的内槽中沿顺时针转动，3个顶替机构依次连续下落与取样端口的前一皿位上的煤层气水合固化皿密封连接，一同移至取样端口处时，重力开闭式密封盖开启，该处煤层气水合固化皿内的瓦斯化合物掉落。它用于将瓦斯气体生成瓦斯水合物及瓦斯储运。

Description

煤层气连续水合固化与储运一体化装置及其方法
技术领域
本发明涉及煤层气连续水合固化与储运一体化装置及其方法。属于煤层气固化回收储运领域。
背景技术
煤层气瓦斯的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，每立方米纯甲烷的发热量为34000KJ，甲烷燃烧产物主要为二氧化碳和水，其燃烧所产生的污染，大体上只有石油的1/40，煤炭的1/800，是最现实可靠的洁净、优质和安全能源。据能源部(EnergyBusiness)报道，全球埋深浅于2000m的瓦斯资源约为2400×1012m3，中国瓦斯资源量估计为36.8×1012m3，居世界第三位，瓦斯可采资源量约为10×1012m3，但是由于我国大部分瓦斯气井远离城市和大型工业区、分布不集中而且单井储量有限，远距离输送难度大，甲烷提纯技术不够成熟等特点，致使相当一部分的抽采瓦斯直接排放到大气层中，大大降低了煤矿企业抽采利用瓦斯的积极性，制约了我国瓦斯能源的利用率，2010-2015年中国抽采瓦斯利用率仅为40.91％-46.37％，6年间直接排放瓦斯共464亿m3相当于9408万吨煤。
甲烷是极强的温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍，大量的瓦斯直接排放不但造成了资源的浪费，同时污染了大气环境。违背《国民经济和社会发展第十三个五年规划》提出的“深入贯彻节约资源和保护环境基本国策，节约能源，降低温室气体排放强度，发展循环经济，推广低碳技术”和《煤层气开发利用“十二五”规划》提出的“加大煤矿瓦斯抽采利用力度”等方针。因此，加强煤矿瓦斯储运综合利用研究十分必要。
瓦斯气体水合物是在一定温度、压力条件下由水(主体分子)与瓦斯气体组分(客体分子)反应生成的类冰的、非化学计量的笼形晶体化合物，具有Ⅰ型、Ⅱ型和H型三种晶体结构，理想分子式分别为8M·46H2O、24M·136H2O、6M·34H2O(式中，M表示客体分子)，可用M·nH2O统一表示水合物结构分子式(式中，n为水合指数，也是衡量水合物含气率主要指标)。现研究发现瓦斯水合物具有生成条件温和(0℃以上即可加压合成)、含气率高(1体积水合物可储存164倍体积甲烷气体)、储存安全(常压、-10～-15℃稳定储存)等特性，因此可通过将矿井瓦斯连续固化，以水合物形式实现安全储存运输。
目前基于水合原理解决瓦斯问题的研究工作，主要集中于瓦斯的水合固化分离与储运等方面，但由于缺少瓦斯水合物连续生产装置与方法，使得瓦斯水合固化储运技术未在工业生产中推广，仍然滞留在实验室小试研究阶段。
发明内容
本发明是为了解决现有的大部分瓦斯气井远离城市和大型工业区分布不集中而且单井储量有限，远距离输送难度大，大量瓦斯气直接排放造成的环境污染与资源浪费的问题。现根据实验获得的瓦斯水合固化基础规律，设计了能够实现瓦斯水合物连续生产的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，并提出了煤层气连续水合固化与储运一体化的方法，进而为瓦斯水合固化储运技术的工业推广奠定基础。
煤层气连续水合固化与储运一体化装置，它包括气体输送与压力自动控制装置、高压自动输水喷雾装置、工控机、伺服高压密封顶替装置、轮盘弹夹式反应器、夹套式高压密封温度箱和循环制冷剂控制器，
伺服高压密封顶替装置和轮盘弹夹式反应器均位于夹套式高压密封温度箱内，
气体输送与压力自动控制装置，用于将瓦斯气体以恒定的压力输送到夹套式高压密封温度箱中，
轮盘弹夹式反应器包括煤层气水合固化皿轮毂、22个煤层气水合固化皿、重力开闭式密封盖和滑道密封轮盘，
滑道密封轮盘内壁上开有槽，滑道密封轮盘上开有一个取样端口，
每个煤层气水合固化皿均包括一个圆台和圆柱，圆柱位于圆台上，圆台和圆柱构成一体件中空结构，每个圆台的底部设置有重力开闭式密封盖，重力开闭式密封盖与圆台活动连接，
煤层气水合固化皿轮毂的中心固定连接22个煤层气水合固化皿的圆台，
煤层气水合固化皿轮毂用于带动22个煤层气水合固化皿的圆台和22个重力开闭式密封盖在滑道密封轮盘的内槽中沿顺时针转动，
重力开闭式密封盖在取样端口处自动开启，重力开闭式密封盖在取样端口的下一皿位受滑道密封轮盘的内槽挤压自动封闭，
滑道密封轮盘的开口处为坡型平滑式，
高压自动输水喷雾装置，用于将水以雾状形式喷射到煤层气水合固化皿中，
工控机，用于为伺服高压密封顶替装置和煤层气水合固化皿轮毂提供旋转频率指令，还用于为套式高压密封温度箱提供制冷温度指令，
循环制冷剂控制器，用于为夹套式高压密封温度箱内提供循环制冷剂，
伺服高压密封顶替装置，用于将运动到取样端口处的煤层气水合固化皿内的瓦斯水合物自动顶出。
根据煤层气连续水合固化与储运一体化装置实现的煤层气连续水合固化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将矿山抽采泵站总泵与煤层气缓冲储罐相连，开启高压截止阀使瓦斯进入煤层气缓冲储罐，利用静音空气压缩机驱动防爆气体增压泵，输送气体至气体缓冲罐中，通过夹套式高压密封温度箱设定生产预冷温度，待气体缓冲罐中气体降至所设定温度时，通过气体恒压流量控制器以恒定的压力使瓦斯气体进入夹套式高压密封温度箱中，实现对夹套式高压密封温度箱中煤层气压力的控制，
步骤二、配制1mol/L四氢呋喃与500mg/L十二烷基硫酸钠的复配溶液置于水箱中，设定液体增压泵的预冷温度，利用高压液体流量控制器将预冷后液体经由高压喷雾端的端口注入煤层气水合固化皿中；
步骤三、工控机控制伺服高压密封顶替装置的旋转频率，伺服定频旋转控制器通过转盘动力轴心使煤层气水合固化皿轮毂旋转，从而带动22个煤层气水合固化皿在滑道密封轮盘的内槽中沿顺时针转动，当一号煤层气水合固化皿运动至取样端口的前一皿位时，伺服高压密封顶替装置中的第一个顶替机构下落与一号煤层气水合固化皿密封连接，然后已经相连的第一个顶替机构与一号煤层气水合固化皿，同频率移动至取样端口处，此时重力开闭式密封盖受重力作用自动开启，第一个顶替机构推出瓦斯水合物，使其进入瓦斯水合物导管，在一号煤层气水合固化皿旋转至取样端口处的同时，二号煤层气水合固化皿旋转至取样端口的前一皿位，此时第二个顶替机构下落与二号煤层气水合固化皿密封连接，而后一号煤层气水合固化皿运动至取样端口处的下一皿位，第一个顶替机构向上提起脱离于一号煤层气水合固化皿的接触，此时二号煤层气水合固化皿与第二个顶替机构同频率移动至取样端口处重复第一个顶替机构在取样端口处的动作，与此同时三号煤层气水合固化皿旋转至取样端口的前一皿位与第三个顶替机构重复该位置的作业，当三号煤层气水合固化皿旋转与第三个顶替机构运动至取样端口处时，第一个顶替机构旋转至取样端口的前一皿位与四号煤层气水合固化皿密封相连，3个顶替机构依次重复下落与22个煤层气水合固化皿不断重复作业，使瓦斯水合物连续生产进入夹套式水合物冷藏罐中；
步骤四、瓦斯水合物在夹套式水合物冷藏罐中进行过渡，将瓦斯水合物受波动产生的气体经恒压安全阀自动排出，然后将瓦斯水合物注入罐式冷藏车进行储运。
本发明的有益效果为：
瓦斯储罐中的气体利用静音空气压缩机驱动气体增压泵使气体通过气体恒压流量控制器进入气体缓冲罐预冷，而后进入夹套式高压密封温度箱，含有热力学与动力学的混合促进剂通过高压自动输水喷雾装置进入煤层气水合固化皿，在满足平衡条件下以雾化形式进入，则增大了复配溶液与瓦斯气体的接触面积，加快了瓦斯气体溶解于液相，促进了瓦斯水合物的快速形成，
利用工控机设定轮盘弹夹式煤层气固化装置的旋转周期，使瓦斯在雾化和低温条件下，在每个煤层气水合固化皿内生成瓦斯水合物，当煤层气水合固化皿转至取样端口时，瓦斯水合物完全形成，伺服高压密封顶替装置与轮盘弹夹式煤层气固化装置基于左轮手枪击发和弹药自动装填原理，在待取煤层气水合固化皿旋转过程中，伺服高压密封顶替装置中的三个顶替机构连续下落分别与运动至取样端口前一皿位的煤层气水合固化皿密封连接，连接后的顶替机构与煤层气水合固化皿一同从取样端口前一皿位旋转至取样端口处，在取样端口处时，重力开闭式密封盖受重力作用自动开启，顶替机构推出瓦斯水合物，使其进入瓦斯水合物导管，而后该固化皿移动至瓦斯水合物取样端的下一皿，当该煤层气水合固化皿随轮盘弹夹式煤层气固化装置运动至溶液注入端，进行液体补给，从而实现瓦斯水合物的循环连续生产。该装置的瓦斯气体和液体在低温环境下在煤层气水合固化皿中形成了连续的固态的瓦斯化合物，采用该装置实现了气液连续补给、固态的瓦斯化合物连续生成，实现了瓦斯气体的连续固化生产与储运。
本装置较好的克服了现今我国大部分瓦斯气井远离城市和大型工业区、分布不集中而且单井储量有限，远距离输送难度大的特点，能将不同地理区域的瓦斯气体进行固化储运，降低了对环境的污染，提高了资源利用率，该设备具有可靠性强、成本低、适用范围广、控制方便，易于改造升级等优点。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置的原理示意图；
图2为图1中22个煤层气水合固化皿的位置图；
图3为煤层气水合固化皿轮毂带动22个煤层气水合固化皿在滑道密封轮盘的内槽中运动的结构示意图；
图4为顶替机构和煤层气水合固化皿的以内嵌唇式高压密封结构相连的结构示意图；
图5为伺服高压密封顶替装置的结构示意图；
图6为图2的A-A剖视图；
图7为22个煤层气水合固化皿和重力开闭式密封盖的连接结构图；
图8为重力开闭式密封盖在取样端口处打开时的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图8具体说明本实施方式，本实施方式所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，它包括气体输送与压力自动控制装置、高压自动输水喷雾装置、工控机7、伺服高压密封顶替装置6、轮盘弹夹式反应器10、夹套式高压密封温度箱18和循环制冷剂控制器28，
伺服高压密封顶替装置6和轮盘弹夹式反应器10均位于夹套式高压密封温度箱18内，
气体输送与压力自动控制装置，用于将瓦斯气体以恒定的压力输送到夹套式高压密封温度箱18中，
轮盘弹夹式反应器10包括煤层气水合固化皿轮毂19、22个煤层气水合固化皿22、重力开闭式密封盖23和滑道密封轮盘30，
滑道密封轮盘30内壁上开有槽，滑道密封轮盘30上开有一个取样端口20，
每个煤层气水合固化皿22均包括一个圆台和圆柱，圆柱位于圆台上，圆台和圆柱构成一体件中空结构，每个圆台的底部设置有重力开闭式密封盖23，重力开闭式密封盖23与圆台活动连接，
煤层气水合固化皿轮毂19的中心固定连接22个煤层气水合固化皿22的圆台，
煤层气水合固化皿轮毂19用于带动22个煤层气水合固化皿22的圆台和22个重力开闭式密封盖23在滑道密封轮盘30的内槽中沿顺时针转动，
重力开闭式密封盖23在取样端口20处自动开启，重力开闭式密封盖23在取样端口20的下一皿位受滑道密封轮盘30的内槽挤压自动封闭，
滑道密封轮盘30的开口处为坡型平滑式，
高压自动输水喷雾装置，用于将水以雾状形式喷射到煤层气水合固化皿22中，
工控机7，用于为伺服高压密封顶替装置6和煤层气水合固化皿轮毂19提供旋转频率指令，还用于为套式高压密封温度箱18提供制冷温度指令，
循环制冷剂控制器28，用于为夹套式高压密封温度箱18内提供循环制冷剂，
伺服高压密封顶替装置6，用于将运动到取样端口20处的煤层气水合固化皿22内的瓦斯水合物自动顶出。
本实施方式中，循环制冷剂控制器28，用于为夹套式高压密封温度箱18内提供循环制冷剂；高压自动输水喷雾装置，用于将水以雾状形式喷射到煤层气水合固化皿22中；气体输送与压力自动控制装置，用于将瓦斯气体以恒定的压力输送到夹套式高压密封温度箱18中；从而使瓦斯气体在雾气和低温环境下在到煤层气水合固化皿22中不断形成瓦斯水合物，待煤层气水合固化皿转至取样端口时，固态的瓦斯水合物完全形成，伺服高压密封顶替装置6连续在取样端口的前一皿位与煤层气水合固化皿22密封连接，并一同移至取样端口处，在取样端口处重力开闭式密封盖23自动开启，使瓦斯水合物掉落，煤层气水合固化皿轮毂的转动和伺服高压密封顶替装置的连续动作，从而使固态的瓦斯水合物连续生成。
具体实施方式二：参照图2、图4和图5具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置作进一步说明，本实施方式中，伺服高压密封顶替装置6包括3个顶替机构29和伺服旋转结构24，
3个顶替机构29位于取样端口20的正上方，3个顶替机构29连接在伺服旋转结构24的底端，伺服旋转结构24的顶端位于夹套式高压密封温度箱18的顶部，
伺服旋转结构24，用于在工控机7的控制下进行旋转，从而带动3个顶替机构29进行旋转，
第一个顶替机构29-1下落用于与取样端口20的前一个一号煤层气水合固化皿22-1密封连接，当已经相连的第一个顶替机构29-1与一号煤层气水合固化皿22-1同频率移动至取样端口处时，二号煤层气水合固化皿22-2旋转至取样端口20的前一个皿位，此时第二个顶替机构29-2下落与二号煤层气水合固化皿22-2密封连接，当已经相连的第二个顶替机构29-2与二号煤层气水合固化皿22-2同频率移动至取样端口处时，三号煤层气水合固化皿22-3旋转至取样端口20的前一个皿位，此时第三个顶替机构29-3下落与三号煤层气水合固化皿22-3密封连接，当四号煤层气水合固化皿22-4旋转至取样端口20的前一个皿位时，第一个顶替机构29-1回到该位置与四号煤层气水合固化皿22-4相连，
每个顶替机构29，用于与取样端口20处的煤层气水合固化皿22以内嵌唇式高压密封结构相连，从而将该煤层气水合固化皿22内的瓦斯水合物挤出。
本实施方式中，每个顶替机构29与取样端口的前一个皿位的煤层气水合固化皿连接，然后同频率运动至取样端口处，重力开闭式密封盖23自动开启，使固态的瓦斯水合物掉落。
具体实施方式三：参照图1和图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括伺服定频旋转控制器12和转盘动力轴心21，
转盘动力轴心21的上表面的轴心为煤层气水合固化皿轮毂19的中心，
伺服定频旋转控制器12通过转盘动力轴心21驱动煤层气水合固化皿轮毂19旋转。
本实施方式中，煤层气水合固化皿轮毂19连接着22个煤层气水合固化皿22，煤层气水合固化皿轮毂19旋转带动22个煤层气水合固化皿22在滑道密封轮盘30的内槽中旋转。
具体实施方式四：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置作进一步说明，本实施方式中，气体输送与压力自动控制装置包括静音空气压缩机1、防爆气体增压泵2、气体恒压流量控制器3、高压截止阀4、煤层气缓冲储罐5、气体法兰阀27和气体缓冲罐33，
煤层气缓冲储罐5的一端在气体法兰阀27的开启下接入煤层气抽采泵，由煤层气抽采泵将瓦斯气体泵入煤层气缓冲储罐5内储存，
利用静音空气压缩机1驱动防爆气体增压泵2，将煤层气缓冲储罐5内储存的瓦斯气体在恒压流量控制器3的恒压控制下通过气体缓冲罐33输入到夹套式高压密封温度箱18内。
本实施方式中，气体恒压流量控制器3可自动保持夹套式高压密封温度箱18内气体压力为所设定煤层气固化反应压力，气体恒压流量控制器3由工控机7提供指令压力，煤层气缓冲储罐5可与煤层气抽采泵站直接相连，极限耐压100MPa，可实时显示罐内压力，设有安全卸荷阀，设有气体缓冲罐33，进气端进入气体经过煤层气缓冲储罐33预冷后再进入夹套式高压密封温度箱18内，煤层气缓冲储罐33的截止阀由气体恒压流量控制器3控制。
具体实施方式五：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置作进一步说明，本实施方式中，高压自动输水喷雾装置还包括高压液体流量控制器13、液体增压泵14、水箱15和截止阀16，
水箱15中的水通过截止阀16流入液体增压泵14中，由液体增压泵14提供水压力，同时对流经液体进行预冷，然后由高压液体流量控制器13控制高压喷雾端31的水压力和进水量，高压喷雾端31的端口与煤层气水合固化皿22的器皿口相对应。
本实施方式中，高压自动输水喷雾装置中的截止阀16可以控制水箱15的总供水量，由液体增压泵14提供水压力，同时可对流经液体进行预冷，由高压液体流量控制器13控制喷雾端水压力和进水量，高压喷雾端31能控制筛孔大小，改变雾化液滴大小，其中液体为水合物形成促进剂溶液。
具体实施方式六：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一、四或五所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括温度传感器8和压力传感器9，
温度传感器8和压力传感器9，用于分别监测夹套式高压密封温度箱18内的温度信号和压力信号传给工控机7，由工控机7控制气体恒压流量控制器3的压力、高压液体流量控制器13的流量、设定伺服定频旋转控制器12的旋转频率与伺服顶替结构29的下落速度。
本实施方式中，工控机7能够实时采集自动存储温度传感器8与压力传感器9所测试数据，并自动形成实时曲线，可以通过工控机7组态软件控制气体恒压流量控制器3和高压液体流量控制器13的流量，控制设定伺服定频旋转控制器12与伺服顶替结构29的运转频率与速度。
具体实施方式七：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括瓦斯水合物导管32、气体法兰阀25、恒压安全阀17、夹套式水合物冷藏罐11和罐式冷藏车26，
取样端口20通过瓦斯水合物导管32与夹套式水合物冷藏罐11连接，在瓦斯水合物导管32上设置有气体法兰阀25，
恒压安全阀17为单向阀门，用于控制夹套式水合物冷藏罐11内压力，压力超过1bar即开启泄压，
夹套式水合物冷藏罐11，能够使罐内温度保持在-15℃，且夹套式水合物冷藏罐11的罐口与罐式冷藏车26密封连接，冷藏罐11的罐口设置可控制阀门，实现对进入罐式冷藏车26的水合物量进行控制。
本实施方式中，瓦斯水合物取样端口20与夹套式水合物冷藏罐11依靠瓦斯水合物导管32相连，气体法兰阀25在更换夹套式水合物冷藏罐11时使用，恒压安全阀17控制夹套式水合物冷藏罐11内压力，压力超过1bar即开启泄压，夹套式水合物冷藏罐11，可使罐内温度保持在-15℃，可与罐式冷藏车26相连接。
具体实施方式八：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置作进一步说明，本实施方式中，夹套式高压密封温度箱18为密封耐高压结构，控温精度为±0.1℃，循环制冷剂控制器28中的循环制冷剂为乙二醇。
具体实施方式九：参照图1至图8具体说明本实施方式，根据具体实施方式一至八中任一项所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置实现的煤层气连续水合固化方法，本实施方式中，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将矿山抽采泵站总泵与煤层气缓冲储罐5相连，开启高压截止阀27使瓦斯进入煤层气缓冲储罐5，利用静音空气压缩机1驱动防爆气体增压泵2，输送气体至气体缓冲罐33中，通过夹套式高压密封温度箱18设定生产预冷温度，待气体缓冲罐33中气体降至所设定温度时，通过气体恒压流量控制器3以恒定的压力使瓦斯气体进入夹套式高压密封温度箱18中，实现对夹套式高压密封温度箱18中煤层气压力的控制，
步骤二、配制1mol/L四氢呋喃与500mg/L十二烷基硫酸钠的复配溶液置于水箱15中，设定液体增压泵14的预冷温度，利用高压液体流量控制器13将预冷后液体经由高压喷雾端31的端口注入煤层气水合固化皿22中；
步骤三、工控机7控制伺服高压密封顶替装置6的旋转频率，伺服定频旋转控制器12通过转盘动力轴心21使煤层气水合固化皿轮毂19旋转，从而带动22个煤层气水合固化皿22在滑道密封轮盘30的内槽中沿顺时针转动，当一号煤层气水合固化皿22-1运动至取样端口20的前一皿位时，伺服高压密封顶替装置6中的第一个顶替机构29-1下落与一号煤层气水合固化皿22-1密封连接，然后已经相连的第一个顶替机构29-1与一号煤层气水合固化皿22-1，同频率移动至取样端口处，此时重力开闭式密封盖23受重力作用自动开启，第一个顶替机构29-1推出瓦斯水合物，使其进入瓦斯水合物导管32，在一号煤层气水合固化皿22-1旋转至取样端口20处的同时，二号煤层气水合固化皿22-2旋转至取样端口20的前一皿位，此时第二个顶替机构29-2下落与二号煤层气水合固化皿22-2密封连接，而后一号煤层气水合固化皿22-1运动至取样端口20处的下一皿位，第一个顶替机构29-1向上提起脱离于一号煤层气水合固化皿22-1的接触，此时二号煤层气水合固化皿22-2与第二个顶替机构29-2同频率移动至取样端口处重复第一个顶替机构29-1在取样端口20处的动作，与此同时三号煤层气水合固化皿22-3旋转至取样端口20的前一皿位与第三个顶替机构29-3重复该位置的作业，当三号煤层气水合固化皿22-3旋转与第三个顶替机构29-3运动至取样端口20处时，第一个顶替机构29-1旋转至取样端口20的前一皿位与四号煤层气水合固化皿22-4密封相连，3个顶替机构29依次重复下落与22个煤层气水合固化皿不断重复作业，使瓦斯水合物连续生产进入夹套式水合物冷藏罐11中；
步骤四、瓦斯水合物在夹套式水合物冷藏罐11中进行过渡，将瓦斯水合物受波动产生的气体经恒压安全阀17自动排出，然后将瓦斯水合物注入罐式冷藏车26进行储运。
工作原理：
首先对整个装置的气密性及各单元的功能性进行检测，确定待测试完好后装置才可以进行使用；配制最优浓度的促进剂复配溶液置于水箱15中，调整液体增压泵14、高压液体流量控制器13等装置设定预冷温度与流量，利用气体恒压流量控制器3设定气体流量，并通过夹套式高压密封温度箱18设定气体预冷温度；开启气体增压系统，使瓦斯气体进入煤层气缓冲储罐5，待气体温度达到设定温度使其进入夹套式高压密封温度箱，待夹套式高压密封温度箱内气体压力达到生产压力，开启高压自动输水喷雾装置，使溶液进入煤层气水合固化皿22，利用工控机设定轮盘弹夹式反应器10、伺服定频旋转控制器12、伺服旋转结构24的运转频率和伺服顶替结构29的下落速度；伺服顶替结构29中的三个顶替机构依次连续下落到取样端口的前一皿位，与取样端口的前一皿位处的煤层气水合固化皿22连接，连接后的煤层气水合固化皿22与顶替机构同频率旋转至取样端口处，在取样端口处，重力开闭式密封盖自动开启，使煤层气水合固化皿内生成的固态瓦斯水合物下落进入瓦斯水合物导管32；顶替机构与煤层气水合固化皿连续接合，并在到达取样端口处连续上述动作，使瓦斯水合物连续生产进入夹套式水合物冷藏罐中，在夹套式水合物冷藏罐中进行过渡，将瓦斯水合物受波动产生的气体排出，然后将瓦斯水合物注入罐式冷藏车，根据应用目的进行储运。

Claims (9)

1.煤层气连续水合固化与储运一体化装置，其特征在于，它包括气体输送与压力自动控制装置、高压自动输水喷雾装置、工控机(7)、伺服高压密封顶替装置(6)、轮盘弹夹式反应器(10)、夹套式高压密封温度箱(18)和循环制冷剂控制器(28)，
伺服高压密封顶替装置(6)和轮盘弹夹式反应器(10)均位于夹套式高压密封温度箱(18)内，
气体输送与压力自动控制装置，用于将瓦斯气体以恒定的压力输送到夹套式高压密封温度箱(18)中，
轮盘弹夹式反应器(10)包括煤层气水合固化皿轮毂(19)、22个煤层气水合固化皿(22)、重力开闭式密封盖(23)和滑道密封轮盘(30)，
滑道密封轮盘(30)内壁上开有槽，滑道密封轮盘(30)上开有一个取样端口(20)，
每个煤层气水合固化皿(22)均包括一个圆台和圆柱，圆柱位于圆台上，圆台和圆柱构成一体件中空结构，每个圆台的底部设置有重力开闭式密封盖(23)，重力开闭式密封盖(23)与圆台活动连接，
煤层气水合固化皿轮毂(19)的中心固定连接22个煤层气水合固化皿(22)的圆台，
煤层气水合固化皿轮毂(19)用于带动22个煤层气水合固化皿(22)的圆台和22个重力开闭式密封盖(23)在滑道密封轮盘(30)的内槽中沿顺时针转动，
重力开闭式密封盖(23)在取样端口(20)处自动开启，重力开闭式密封盖(23)在取样端口(20)的下一皿位受滑道密封轮盘(30)的内槽挤压自动封闭，
滑道密封轮盘(30)的开口处为坡型平滑式，
高压自动输水喷雾装置，用于将水以雾状形式喷射到煤层气水合固化皿(22)中，
工控机(7)，用于为伺服高压密封顶替装置(6)和煤层气水合固化皿轮毂(19)提供旋转频率指令，还用于为套式高压密封温度箱(18)提供制冷温度指令，
循环制冷剂控制器(28)，用于为夹套式高压密封温度箱(18)内提供循环制冷剂，
伺服高压密封顶替装置(6)，用于将运动到取样端口(20)处的煤层气水合固化皿(22)内的瓦斯水合物自动顶出。
2.根据权利要求1所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，其特征在于，伺服高压密封顶替装置(6)包括3个顶替机构(29)和伺服旋转结构(24)，
3个顶替机构(29)位于取样端口(20)的正上方，3个顶替机构(29)连接在伺服旋转结构(24)的底端，伺服旋转结构(24)的顶端位于夹套式高压密封温度箱(18)的顶部，
伺服旋转结构(24)，用于在工控机(7)的控制下进行旋转，从而带动3个顶替机构(29)进行旋转，
第一个顶替机构(29-1)下落用于与取样端口(20)的前一个一号煤层气水合固化皿(22-1)密封连接，当已经相连的第一个顶替机构(29-1)与一号煤层气水合固化皿(22-1)同频率移动至取样端口处时，二号煤层气水合固化皿(22-2)旋转至取样端口(20)的前一个皿位，此时第二个顶替机构(29-2)下落与二号煤层气水合固化皿(22-2)密封连接，当已经相连的第二个顶替机构(29-2)与二号煤层气水合固化皿(22-2)同频率移动至取样端口处时，三号煤层气水合固化皿(22-3)旋转至取样端口(20)的前一个皿位，此时第三个顶替机构(29-3)下落与三号煤层气水合固化皿(22-3)密封连接，当四号煤层气水合固化皿(22-4)旋转至取样端口(20)的前一个皿位时，第一个顶替机构(29-1)回到取样端口(20)的前一个皿位与四号煤层气水合固化皿(22-4)相连，
每个顶替机构(29)，用于与取样端口(20)处的煤层气水合固化皿(22)以内嵌唇式高压密封结构相连，从而将该煤层气水合固化皿(22)内的瓦斯水合物挤出。
3.根据权利要求1所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，其特征在于，它还包括伺服定频旋转控制器(12)和转盘动力轴心(21)，
转盘动力轴心(21)的上表面的轴心为煤层气水合固化皿轮毂(19)的中心，
伺服定频旋转控制器(12)通过转盘动力轴心(21)驱动煤层气水合固化皿轮毂(19)旋转。
4.根据权利要求1所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，其特征在于，气体输送与压力自动控制装置包括静音空气压缩机(1)、防爆气体增压泵(2)、气体恒压流量控制器(3)、高压截止阀(4)、煤层气缓冲储罐(5)、气体法兰阀(27)和气体缓冲罐(33)，
煤层气缓冲储罐(5)的一端在气体法兰阀(27)的开启下接入煤层气抽采泵，由煤层气抽采泵将瓦斯气体泵入煤层气缓冲储罐(5)内储存，
利用静音空气压缩机(1)驱动防爆气体增压泵(2)，将煤层气缓冲储罐(5)内储存的瓦斯气体在恒压流量控制器(3)的恒压控制下通过气体缓冲罐(33)输入到夹套式高压密封温度箱(18)内。
5.根据权利要求1所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，其特征在于，高压自动输水喷雾装置还包括高压液体流量控制器(13)、液体增压泵(14)、水箱(15)和截止阀(16)，
水箱(15)中的水通过截止阀(16)流入液体增压泵(14)中，由液体增压泵(14)提供水压力，同时对流经液体进行预冷，然后由高压液体流量控制器(13)控制高压喷雾端(31)的水压力和进水量，高压喷雾端(31)的端口与煤层气水合固化皿(22)的器皿口相对应。
6.根据权利要求1、4或5所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，其特征在于，它还包括温度传感器(8)和压力传感器(9)，
温度传感器(8)和压力传感器(9)，用于分别监测夹套式高压密封温度箱(18)内的温度信号和压力信号传给工控机(7)，由工控机(7)控制气体恒压流量控制器(3)的压力、高压液体流量控制器(13)的流量、设定伺服定频旋转控制器(12)的旋转频率与伺服顶替结构(29)的下落速度。
7.根据权利要求1所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，其特征在于，它还包括瓦斯水合物导管(32)、气体法兰阀(25)、恒压安全阀(17)、夹套式水合物冷藏罐(11)和罐式冷藏车(26)，
取样端口(20)通过瓦斯水合物导管(32)与夹套式水合物冷藏罐(11)连接，在瓦斯水合物导管(32)上设置有气体法兰阀(25)，
恒压安全阀(17)为单向阀门，用于控制夹套式水合物冷藏罐(11)内压力，压力超过1bar即开启泄压，
夹套式水合物冷藏罐(11)，能够使罐内温度保持在-15℃，且夹套式水合物冷藏罐(11)的罐口与罐式冷藏车(26)密封连接，冷藏罐(11)的罐口设置可控制阀门，实现对进入罐式冷藏车(26)的水合物量进行控制。
8.根据权利要求1所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，其特征在于，夹套式高压密封温度箱(18)为密封耐高压结构，控温精度为±0.1℃，循环制冷剂控制器(28)中的循环制冷剂为乙二醇。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的煤层气连续水合固化与储运一体化装置实现的煤层气连续水合固化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将矿山抽采泵站总泵与煤层气缓冲储罐(5)相连，开启高压截止阀(27)使瓦斯进入煤层气缓冲储罐(5)，利用静音空气压缩机(1)驱动防爆气体增压泵(2)，输送气体至气体缓冲罐(33)中，通过夹套式高压密封温度箱(18)设定生产预冷温度，待气体缓冲罐(33)中气体降至所设定温度时，通过气体恒压流量控制器(3)以恒定的压力使瓦斯气体进入夹套式高压密封温度箱(18)中，实现对夹套式高压密封温度箱(18)中煤层气压力的控制，
步骤二、配制1mol/L四氢呋喃与500mg/L十二烷基硫酸钠的复配溶液置于水箱(15)中，设定液体增压泵(14)的预冷温度，利用高压液体流量控制器(13)将预冷后液体经由高压喷雾端(31)的端口注入煤层气水合固化皿(22)中；
步骤三、工控机(7)控制伺服高压密封顶替装置(6)的旋转频率，伺服定频旋转控制器(12)通过转盘动力轴心(21)使煤层气水合固化皿轮毂(19)旋转，从而带动22个煤层气水合固化皿(22)在滑道密封轮盘(30)的内槽中沿顺时针转动，当一号煤层气水合固化皿(22-1)运动至取样端口(20)的前一皿位时，伺服高压密封顶替装置(6)中的第一个顶替机构(29-1)下落与一号煤层气水合固化皿(22-1)密封连接，然后已经相连的第一个顶替机构(29-1)与一号煤层气水合固化皿(22-1)，同频率移动至取样端口处，此时重力开闭式密封盖(23)受重力作用自动开启，第一个顶替机构(29-1)推出瓦斯水合物，使其进入瓦斯水合物导管(32)，在一号煤层气水合固化皿(22-1)旋转至取样端口(20)处的同时，二号煤层气水合固化皿(22-2)旋转至取样端口(20)的前一皿位，此时第二个顶替机构(29-2)下落与二号煤层气水合固化皿(22-2)密封连接，而后一号煤层气水合固化皿(22-1)运动至取样端口(20)处的下一皿位，第一个顶替机构(29-1)向上提起脱离于一号煤层气水合固化皿(22-1)的接触，此时二号煤层气水合固化皿(22-2)与第二个顶替机构(29-2)同频率移动至取样端口处重复第一个顶替机构(29-1)在取样端口(20)处的动作，与此同时三号煤层气水合固化皿(22-3)旋转至取样端口(20)的前一皿位与第三个顶替机构(29-3)重复第二个顶替机构(29-2)与二号煤层气水合固化皿(22-2)的作业，当三号煤层气水合固化皿(22-3)旋转与第三个顶替机构(29-3)运动至取样端口(20)处时，第一个顶替机构(29-1)旋转至取样端口(20)的前一皿位与四号煤层气水合固化皿(22-4)密封相连，3个顶替机构(29)依次重复下落与22个煤层气水合固化皿不断重复作业，使瓦斯水合物连续生产进入夹套式水合物冷藏罐(11)中；
步骤四、瓦斯水合物在夹套式水合物冷藏罐(11)中进行过渡，将瓦斯水合物受波动产生的气体经恒压安全阀(17)自动排出，然后将瓦斯水合物注入罐式冷藏车(26)进行储运。
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