CN109550463B - 一种连续制备水合物的造粒装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续制备水合物的造粒装置，包括水合物反应器、稳流供液系统、稳流供气体统、温度控制系统、造粒挤压系统和驱动控制系统；水合物反应器为水平放置的承压圆管，底部设有进气口，侧面设有进液口；稳流供液系统，以恒定速度向水合物反应器通入溶液；稳流供气系统，以恒定速度向水合物反应器通入气体；温度控制系统，控制通入水合物反应器中的气体、溶液的温度；造粒挤压系统为置于水合物反应器内的磁性活塞；驱动控制系统置于水合物反应器外，控制水合物反应器内的磁性活塞运动。本发明将水合物生成、造粒、气液分离在同一装置中连续地完成，从而实现水合物快速、高效的连续制备。

Description

一种连续制备水合物的造粒装置
技术领域
本发明涉及水合物制备领域，具体涉及一种连续制备水合物的造粒装置。
背景技术
气体水合物(以下简称水合物)是一种由小分子气体(如CH4、C2H6、CO2等)与主体水分子在低温、高压环境下形成的非化学计量结晶状笼型化合物。根据这一性质，水合物可用来储运和运输天然气、分离气体混合物、淡化海水、浓缩水溶液等。现有的水合物制造装置难以稳定地生产水合物，设备生产效率低，生成的水合物固体难以与剩余溶液分离，导致生产成本增加，不能以工业规模经济地生产水合物。
发明内容
本发明目的在于克服现有的技术缺点，提供一种连续制备水合物的造粒装置，水合物生成、造粒在同一装置中连续地完成，并且可实现生成的水合物与气、液完全分离。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种连续制备水合物的造粒装置，包括水合物反应器、稳流供液系统、稳流供气体统、温度控制系统、造粒挤压系统和驱动控制系统；
水合物反应器，为水平放置的承压圆管，底部设有进气口，侧面设有进液口；
稳流供液系统，以恒定速度向水合物反应器通入溶液；
稳流供气系统，以恒定速度向水合物反应器通入气体；
温度控制系统，控制通入水合物反应器中的气体、溶液的温度；
造粒挤压系统，包括三个置于水合物反应器内且可沿水合物反应器轴向移动的磁性活塞，磁性活塞呈圆柱形，且磁性活塞外壁与水合物反应器内壁气密接触；
驱动控制系统，包括三个置于水合物反应器外且可沿水合物反应器轴向移动的驱动磁条，三个驱动磁条与三个磁性活塞一一对应，通过驱动磁条的运动带动与之对应的磁性活塞同步运动。
进一步地，所述的水合物反应器内壁设有轴向分布的凹槽，且凹槽两端与水合物反应器两端相距一段距离，凹槽中设有过滤网。带过滤网的凹槽，用于磁性活塞在水合物反应器内运动过程中去除未反应的溶液。
进一步地，所述的稳流供液系统包括液罐、多个截止阀、计量泵和止回阀，液罐出口依次经截止阀、计量泵、止回阀、截止阀后与水合物反应器进液口相连。
进一步地，所述的稳流供气系统包括气瓶、减压阀、多个截止阀、电磁阀和气体质量流量控制器与积分仪，气瓶出口依次经减压阀、截止阀、气体质量流量控制器与积分仪、电磁阀、截止阀后与进口与水合物反应器进气口相连。
进一步地，所述的水合物反应器进气口设有针状鼓泡器。利用针状鼓泡器产生的微气泡，增大气液接触面积，缩短诱导时间，提高水合物形成速率。
进一步地，所述的温度控制系统包括制冷系统、换热器和恒温水箱，制冷系统的冷量通过换热器输送至恒温水箱，所述的液罐和气瓶浸入在恒温水箱中。
进一步地，所述的驱动控制系统的各驱动磁条均配置一驱动杆、一驱动器和一控制器，驱动杆一端与驱动磁条连接，另一端与驱动器的线性活动端连接，控制器用于控制驱动器的动作时机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用磁性活塞在水合物反应器中的往复运动，实现水合物持续稳定地生成，同时实现水合物与气、液分离以及水合物颗粒的收集。
2、利用针状鼓泡器产生的微气泡，增大气液接触面积，缩短诱导时间，提高水合物生成速率。
附图说明
图1是本发明的连续制备水合物的造粒装置一种实施方式的示意图；
图2是本发明实施例水合物反应器和驱动控制系统的示意图；
图3是本发明实施例水合物反应器的A-A向视图；
图4是本发明实施例水合物造粒过程中磁性活塞运动关系图；
附图标记说明：1-制冷系统；2-换热器；3-恒温水箱；4-液罐；5-气瓶；6-质量流量控制器与积分仪；7-水合物反应器；8-计量泵；9-针状鼓泡器；10-磁性活塞；11-驱动磁条；12-驱动杆；13-驱动器；14-控制器；15-进液口；16-进气口；17-凹槽；18-过滤网；19-活塞支撑筒；V1-减压阀；V3-电磁阀；V10-止回阀；V2、V4-V9、V11-截止阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图3所示，本发明的连续制备水合物的造粒装置，包括水合物反应器7、稳流供气系统、稳流供液系统、温度控制系统、造粒挤压系统和驱动控制系统。
水合物反应器7为水平放置的承压圆管，可承受10MPa的压力，两端通过磁性活塞10进行密封保压。水合物反应器7内壁上下两侧设有轴向分布的凹槽17，凹槽17两端与水合物反应器7两端相距一段距离，凹槽17中设有过滤网18，用于磁性活塞10在水合物反应器内运动过程中去除未反应的溶液。水合物反应器7底部设有三个进气口16，各进气口16处设置用于增加气液接触的针状鼓泡器9，侧面设有三个进液口15。
稳流供气系统包括气瓶5、减压阀V1、截止阀V2、气体质量流量控制器与积分仪6、电磁阀V3、以及截止阀V4-V6。气体质量流量控制器与积分仪6进口与通过管道、截止阀V2、减压阀V1与气瓶5连接；气体质量流量控制器与积分仪6出口通过管道、电磁阀V3、截止阀V4-V6与水合物反应器7底部的三个进气口16相连。气体质量流量控制器与积分仪6用于调节进气流速，电磁阀V3用于当水合物反应器7内的压力低于预定压力P后，向水合反应器7中补气。
稳流供液系统包括液罐4、截止阀V11、计量泵8、止回阀V10、以及截止阀V7-V9。计量泵8进口通过管道、截止阀V11与液罐4相连；计量泵8出口通过管道、止回阀V10、截止阀V7-V9与水合物反应器7侧面的三个进液口15相连。计量泵8用于向水合物反应器7内注入定量水或反应溶液。
温度控制系统包括制冷系统1、换热器2和恒温水箱3。制冷系统1的冷量通过换热器2输送至恒温水箱3，液罐4和气瓶5完全浸入到恒温水箱2中，从而控制通入水合物反应器7中的气体、溶液的温度。
造粒挤压系统，包括三个位于水合物反应器7内且可沿水合物反应器7轴向移动的磁性活塞10，磁性活塞10呈圆柱形，圆柱面套有密封圈，且磁性活塞10外壁和水合物反应器7内壁表面均做特殊打磨和密封耐压处理，实现二者的气密接触。
驱动控制系统，包括三个置于水合物反应器7外且可沿水合物反应器7轴向移动的驱动磁条11，三个驱动磁条11与三个磁性活塞10一一对应，每个驱动磁条11均配置一个驱动杆12、一个驱动器13和一个控制器14，驱动杆12一端与驱动磁条11连接，另一端与驱动器13的线性活动端连接。驱动磁条11滑动安装在水合物反应器7外壁，可通过燕尾槽结构实现滑动方向的稳定。驱动器13可采用电动丝杆结构，驱动杆12与丝杆的滑块连接，通过电机的转动，带动驱动磁条11沿水合物反应器7轴向移动，从而带动与之对应的磁性活塞10同步运动。控制器14则用于控制对应的驱动器13的动作时机，控制器14接入到整机控制系统中，实现全程自动控制。
如图4所示，磁性活塞10分为中间的磁性活塞10-1、左端的磁性活塞10-2、以及右端的磁性活塞10-3。为了实现水合物颗粒的排出，左右两端的磁性活塞10-2和10-3均可移出水合物反应器7，但是，同一时刻，只可移出一个，另一个则与中间的磁性活塞10-1分置水合物反应器7两端，对水合物反应器7进行密封保压。为了使移出的磁性活塞10-2或10-3保持与水合物反应器7的同轴(一来不至于使磁性活塞10-2或10-3掉落，二来便于磁性活塞10-2或10-3移回至水合物反应器7中)，在水合物反应器7两端分别设置一个同轴的活塞支撑筒19，活塞支撑筒19的内外径与水合物反应器7内外径相一致，保证磁性活塞10和驱动磁条11能顺利地从水合物反应器7过渡到活塞支撑筒19。同时，活塞支撑筒19通过配套的运动机构沿水合物反应器7轴向运动，从而在磁性活塞10-2或10-3移出水合物反应器7后，远离水合物反应器7，便于水合物反应器7内的水合物颗粒排出，又可在磁性活塞10-2或10-3移回水合物反应器7时，靠近水合物反应器7，使磁性活塞10-2或10-3与磁性活塞10-1外漏的端面贴合，一起进入到水合物反应器7中。当然，也可将驱动器13(电动丝杆结构)直接与磁性活塞10-2和10-3连接，不需要用到驱动磁条11和活塞支撑筒19，磁性活塞10-2和10-3直接驱动杆12连接(驱动杆12可以设置成L型)，通过丝杆带动磁性活塞10-2和10-3沿水合物反应器7轴向移动。
整套设备运行步骤如下：
开启温度控制系统，调节恒温水箱3的温度，使水箱内的温度达到预定值，并保持温度恒定。开启稳流供液系统，将液罐4中反应溶液通过截止阀V11、计量泵8、止回阀V10以恒定的流速向水合物反应器7内注入，注入一定体积后关闭止回阀V10和截止阀V11；
开启稳流供气系统，将气瓶5中的气体通过减压阀V1、截止阀V2、气体质量流量控制器与积分仪6、电磁阀V3以恒定的流速向水合物反应器7内通入，当水合物反应器7内的压力达到预定压力P后，电磁阀V3关闭，停止向水合物反应器7中进气；当水合物反应器7内的压力低于预定压力P后，电磁阀V3开启，继续向水合物反应器7中进气；
水合物造粒过程如图4所示，初始时，磁性活塞10-2和磁性活塞10-1均位于水合物反应器7左端，且磁性活塞10-1靠里，磁性活塞10-3位于水合物反应器7右端；当水合物反应器7中大量水合物生成时，驱动控制系统带动磁性活塞10-1向右运动，水合物反应器7左端用磁性活塞10-2密封保压，未反应的剩余溶液经带过滤网18的凹槽17流向磁性活塞10-1和10-2之间；当磁性活塞10-1无法再向右端移动时，说明水合物已完成造粒，将右端的磁性活塞10-3移出水合物反应器7；然后通过磁性活塞10-1推动水合物颗粒移出水合物反应器7，进入右端的收集罐，此时，磁性活塞10-1停留在右端密封保压，水合物反应器7内继续生成水合物；然后将磁性活塞10-3移回水合物反应器7，此时，磁性活塞10-3和磁性活塞10-1位于水合物反应器7右端，磁性活塞10-1依旧靠里，磁性活塞10-2一直保持在水合物反应器7左端；驱动控制系统带动磁性活塞10-1向左运动，水合物反应器7右端用磁性活塞10-3密封保压，未反应的剩余溶液经带过滤网18的凹槽17流向磁性活塞10-1和10-3之间；当磁性活塞10-1无法再向左端移动时，说明水合物已完成造粒，将左端的磁性活塞10-2移出水合物反应器7；然后通过磁性活塞10-1推动水合物颗粒移出水合物反应器7，进入左端的收集罐，此时，磁性活塞10-1停留在左端密封保压，水合物反应器7继续生成水合物；最后将磁性活塞10-2移回水合物反应器7，回到初始状态；重复上述过程，即可实现水合物的连续制备。
本发明提的连续制备水合物的造粒装置，气体以微气泡的形成分散到反应器中，瞬间可形成水合物，省却气体循环设备，可实现水合物快速、高效生成。水合物生成和造粒在反应器中同时进行，而且无需打开反应器，就可实现反应溶液和水合物颗粒的完全分离。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种连续制备水合物的造粒装置，其特征在于：包括水合物反应器、稳流供液系统、稳流供气体统、温度控制系统、造粒挤压系统和驱动控制系统；
水合物反应器，为水平放置的承压圆管，底部设有进气口，侧面设有进液口；
稳流供液系统，以恒定速度向水合物反应器通入溶液；
稳流供气系统，以恒定速度向水合物反应器通入气体；
温度控制系统，控制通入水合物反应器中的气体、溶液的温度；
造粒挤压系统，包括三个置于水合物反应器内且可沿水合物反应器轴向移动的磁性活塞，磁性活塞呈圆柱形，且磁性活塞外壁与水合物反应器内壁气密接触；
驱动控制系统，包括三个置于水合物反应器外且可沿水合物反应器轴向移动的驱动磁条，三个驱动磁条与三个磁性活塞一一对应，通过驱动磁条的运动带动与之对应的磁性活塞同步运动。
2.根据权利要求1所述的一种连续制备水合物的造粒装置，其特征在于：所述的水合物反应器内壁设有轴向分布的凹槽，且凹槽两端与水合物反应器两端相距一段距离，凹槽中设有过滤网。
3.根据权利要求1或2所述的一种连续制备水合物的造粒装置，其特征在于：所述的稳流供液系统包括液罐、多个截止阀、计量泵和止回阀，液罐出口依次经截止阀、计量泵、止回阀、截止阀后与水合物反应器进液口相连。
4.根据权利要求3所述的一种连续制备水合物的造粒装置，其特征在于：所述的稳流供气系统包括气瓶、减压阀、多个截止阀、电磁阀和气体质量流量控制器与积分仪，气瓶出口依次经减压阀、截止阀、气体质量流量控制器与积分仪、电磁阀、截止阀后与进口与水合物反应器进气口相连。
5.根据权利要求4所述的一种连续制备水合物的造粒装置，其特征在于：所述的水合物反应器进气口设有针状鼓泡器。
6.根据权利要求4所述的一种连续制备水合物的造粒装置，其特征在于：所述的温度控制系统包括制冷系统、换热器和恒温水箱，制冷系统的冷量通过换热器输送至恒温水箱，所述的液罐和气瓶浸入在恒温水箱中。
7.根据权利要求1所述的一种连续制备水合物的造粒装置，其特征在于：所述的驱动控制系统的各驱动磁条均配置一驱动杆、一驱动器和一控制器，驱动杆一端与驱动磁条连接，另一端与驱动器的线性活动端连接，控制器用于控制驱动器的动作时机。
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