CN110055119A - 一种水合物球连续加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水合物球连续加工装置，具有以下三个单元及功能：a、“造球单元”制造出水合物球体，并利用缓冲水降低球体下落时碰撞破碎的可能性，提高造球效率；b、“分拣单元”对半成品水合物球体进行分拣，保证水合物球的体球形周正大小合适；c、“深冷单元”利用造球时半成品水合物球表面沾有的少许缓冲水，经过深冷操作，使水合物球表面的缓冲水凝结成一层保护壳，加强水合物球体的强度，同时形成的保护壳能一定程度上缓解水合物球体的分解。本发明通过以上三个各自独立，且能连续性操作的单元，实现水合物球的连续加工制取，使得出产的水合物球具有一定强度，能应对较为复杂恶劣的运输环境。

Description

一种水合物球连续加工装置

技术领域

本发明涉及天然气水合物应用技术领域，尤其是一种水合物球连续加工装置。

背景技术

天然气水合物是一种由气体分子在一定温压条件下形成的笼状络合物。水分子间以氢键结合形成主体晶格，而气体分子则在范德华力的作用下，被固定在水分子所构成的晶格空隙中。由于气体水合物有着较高的储气量和优良的理化性质，长久以来被研究人员认为是运输天然气的一种极佳方式。以水合物技术来运输天然气的方式被称为NGH技术，该技术与压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)相比，压力与温度要求低，在极大程度上增加了运输的安全性与可靠性。同时，近年来的相关研究表明当输送距离在1000km至6000km时，NGH的经济性远高于CNG与LNG。

以何种形式的水合物为载体来运输天然气的这个问题一直制约着NGH工业的发展。早期的NGH技术将水合物浆液视为载气介质用以运输，这种方式效率十分低下；后来，NGH技术将水合物粉末视为载气介质用以运输，该方式虽然效率增加，但由于水合物颗粒的比表面积较大，导致水合物在运输过程中分解严重；直至近年来，日本三井公司提出水合物球技术(NGHP)，即将天然气加工成水合物球的形式。由于同体积水合物，球形的表面积最小，且能利用气体水合物分解时的“自保护”效应，大大提高了水合物的稳定性。

目前已有的造球机多适用于钢铁、有色冶金、水泥、肥料等工业领域，由于水合物球特殊性质，传统的造球机无法直接运用于NGH工业。同时，对传统造球机简单改造后，直接用于水合物球的生产过程，会带来极大安全隐患，也会导致生产的水合物球强度有限，无法应当复杂的运输环境。国内相关文献中对于NGHP技术有着较多的叙述，但对于该技术中关键步骤“成球”，却是一笔带过或是避而不谈。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种水合物球连续加工装置，以提高造球效率和水合物球的强度，使水合物球具有面对复杂恶劣运输环境的能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水合物球连续加工装置，包括各自独立且能连续作业的造球单元、分拣单元和深冷单元。

造球单元：具有造球箱体，造球箱体内安装有一对造球辊，对应所述造球辊挤压中心上方的造球箱体顶部设有粉末进料器，造球箱体内位于造球辊下方设有斜置的第一筛板，第一筛板低端处的造球箱体侧壁上固连有第一水合物球出口管，造球箱体下部盛装有液面可在第一筛板上下位置升降调节的缓冲水。

分拣单元：具有分拣箱体，分拣箱体上设有与第一水合物球出口管连通的第一水合物球进口管，分拣箱体内斜置有分选水合物球的第二筛板，第二筛板低端的分拣箱体侧壁设有第二水合物球出口管，第二筛板下方反向斜置有滚落第二筛板所分选出的不合格水合物球的挡板，挡板低端的分拣箱体侧壁上设有排出不合格水合物球的排废管。

深冷单元：具有深冷箱体，深冷箱体内设有浸没在制冷液中的螺旋盘管，螺旋盘管上端连接有固定在深冷箱体顶部的第二水合物球进口管，第二水合物球进口管与第二水合物球出口管连通，螺旋盘管下端连接有固定在深冷箱体底部侧壁的成品水合物球出口管。

所述的第一筛板上下位置的造球箱体侧壁上分设有感应缓冲水水位高低的第一料位计、第二料位计，造球箱体底部设有出水管，第一筛板上方的造球箱体侧壁上设有进水管，出水管的管路上依次设有设有第三单向阀、缓冲罐和水泵，水泵出口通过第二单向阀与进水管管路连通。

为防止造球辊表面积存水合物粉末，影响造球效率，所述的造球辊侧上方的造球箱体侧壁上设有雾化水喷嘴，水泵出口通过第一单向阀与雾化水喷嘴管路连通。

为满足水合物稳定存在的温度及压力，所述的造球箱体内位于第一筛板下方设有制冷系统，造球箱体的顶板内壁设有第一保温层；造球箱体侧壁上设有第一温压测量口、第二温压测量口和第一补气泄压口，以方便实时监测装置内气相及液相空间的温度压力情况。

所述的分拣箱体外设有破碎机，排废管通过第四单向阀与破碎机管路连接，以实现水合物的重复利用；挡板底面安装有支架；分拣箱体侧壁上设有第三温压测量口和第三料位计，分拣箱体顶板上设有第二补气泄压口，分拣箱体顶板内壁设有第二保温层，确保水合物大小球分拣操作时，水合物球体的稳定性。

为方便深冷箱体内制冷液的循环，所述的深冷箱体侧壁底部高低有制冷液入口管，深冷箱体顶板上固定有制冷液出口管，深冷箱体顶板内壁设有第三保温层。

本发明的有益效果是：本发明通过“造球单元”，制造出水合物球体，并利用缓冲水的存在，降低球体自造球辊下落时碰撞破碎的可能性，提高造球效率；通过“分拣单元”，对制造出的半成品水合物球体进行分拣，保证生产出的水合物球体球形周正大小合适，以满足对水合物球尺寸的要求；通过“深冷单元”，利用造球时半成品水合物球表面沾有的缓冲水，经过深冷操作，使表面的液体形成一层保护壳，加强水合物球体的强度，同时，形成的保护壳在一定程度上能缓解内部水合物球体的分解，从而提高成品水合物球面对复杂恶劣运输环境的能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的系统流程结构示意图；

图2为本发明所述造球辊结构示意图；

图中：1.粉末进料器，2.第一保温层，3.第一补气泄压口，4.雾化水喷嘴，5.第一温压测量口，6.造球辊，7.第一料位计，8.第一水合物球出口管，9.第二温压测量口，10.制冷系统，11.出水管，12.第二料位计，13.第一筛板，14.进水管，15.第一单向阀，16.第二单向阀，17.水泵，18.缓冲罐，19.第三单向阀，20.第一球阀，21.第一水合物球进口管，22.第二保温层，23.第二补气泄压口，24.第二水合物球出口管，25.挡板，26.支架，27.第二筛板，28.第三温压测量口，29.第三料位计，30.排废管，31.第四单向阀，32.破碎机，33.第二球阀，34.第二水合物球进口管，35.第三保温层，36.制冷液出口管，37.螺旋盘管，38.成品水合物球出口管，39.制冷液入口管，40.电机，41.造球箱体，42.分拣箱体，43.深冷箱体。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图2所示的一种水合物球连续加工装置，包括各自独立且能连续作业的造球单元、分拣单元和深冷单元。

造球单元：具有造球箱体41，造球箱体41内安装有一对造球辊6，对应所述造球辊6挤压中心上方的造球箱体41顶部设有三个粉末进料器1，造球箱体41外安装有驱动所述造球辊6运转的电机40，所述的造球辊6侧上方的造球箱体41侧壁上设有雾化水喷嘴4。

所述造球箱体41内位于造球辊6下方设有斜置的第一筛板13，所述第一筛板13采用烧结微孔板，微孔孔径为0.5mm，倾角为10°，位于第一筛板13低端处的造球箱体41侧壁上固连有第一水合物球出口管8，造球箱体41下部盛装有液面可在第一筛板13上下位置升降调节的缓冲水。

位于第一筛板13上下位置的造球箱体41侧壁上分设有感应缓冲水水位高低的第一料位计7和第二料位计12，造球箱体41底部设有出水管11，第一筛板13上方的造球箱体41侧壁上设有进水管14，出水管11的管路上依次设有设有第三单向阀19、缓冲罐18和水泵17，水泵17出口通过第二单向阀16与进水管14管路连通，同时水泵17出口通过第一单向阀15还与雾化水喷嘴4管路连通。

所述的造球箱体41内位于第一筛板13下方设有制冷系统10，造球箱体41的顶板内壁设有第一保温层2；造球箱体41侧壁上设有第一温压测量口5、第二温压测量口9和第一补气泄压口3，以方便实时监测造球箱体41内气相及液相空间的温度压力情况，

分拣单元：具有分拣箱体42，分拣箱体42上设有与第一水合物球出口管8连通的第一水合物球进口管21，分拣箱体42内斜置有分选水合物球的第二筛板27，第二筛板27选用不锈钢筛板，孔径控制在60～80mm，倾角为15°,第二筛板27低端的分拣箱体42侧壁设有第二水合物球出口管24，第二筛板27下方反向斜置有滚落第二筛板27所分选出的不合格水合物球的挡板25，挡板25采用高分子聚乙烯耐磨板材，倾角为15°，位于挡板25底面安装有支架26，挡板25低端的分拣箱体42侧壁上设有排出不合格水合物球的排废管30。

所述的分拣箱体42外设有破碎机32，排废管30通过第四单向阀31与破碎机32管路连接，以实现水合物的重复利用；分拣箱体42侧壁上设有第三温压测量口28和第三料位计29，分拣箱体42顶板上设有第二补气泄压口23，分拣箱体42顶板内壁设有第二保温层22，确保水合物大小球分拣操作时，水合物球体的稳定性。

深冷单元：具有深冷箱体43，深冷箱体43内设有浸没在制冷液中的螺旋盘管37，螺旋盘管37上端连接有固定在深冷箱体43顶部的第二水合物球进口管34，第二水合物球进口管34与第二水合物球出口管24连通，螺旋盘管37下端连接有固定在深冷箱体43底部侧壁的成品水合物球出口管38。

所述的深冷箱体43侧壁底部高低有制冷液入口管39，深冷箱体43顶板上固定有制冷液出口管36，深冷箱体43顶板内壁设有第三保温层35。

操作过程简述：水合物粉末自粉末进料器1进入造球单元，经一对造球辊6挤压成球，半成品球落入缓冲水中，随着半成品球持续掉落，缓冲水液面随之升高。当第一料位计7感应到液面时，开启第三单向阀19，缓冲水自出水管11，流入缓冲罐18，缓冲水液面随之下降，当液面降至第二料位计12无法感应到时，半成品水合物球因第一筛板13的存在，聚集于第一筛板13表面。由于第一筛板13倾斜设置而存在角度，半成品水合物球滚动或滑动自第一水合物球出口管8离开造球箱体；当卸球操作完成时，缓冲罐18内的缓冲水经水泵17加压，自第二单向阀16通过进水管14进入造球箱体41内，提高缓冲水液面，防止半成品水合物球砸落破裂。同时，经水泵17加压的部分缓冲水经第一单向阀15由雾化水喷嘴14雾化后喷淋在造球辊6表面，形成液膜，防止造球辊6表面的球形凹槽内积存水合物粉末，影响造球效率。

自第一水合物球出口管8流出的半成品水合球通过第一球阀20，从第一水合物球进口管21进入分拣箱体42，其中破碎球、小球等未合格球和水经第二筛板27分拣后掉落至挡板25上，暂存于第二筛板27下部的空间。合格的水合物球自第二水合物球出口管24流出分拣单元，进入深冷单元。当第三料位计29感应到液位时，暂存于第二筛板27下部空间的未合格球及水自排废管30流出分拣单元，经第四单向阀31，进入破碎机32，破碎后返回二级水合物反应装置。

合格的水合物球经第二球阀33和第二水合物球进口管34，进入螺旋盘管37内，表面润湿的成品球在螺旋盘管37内螺旋移动，被螺旋盘管37外的制冷液深冷加固，加固后的水合物球具有一定强度，碰撞混动时不易发生破碎。成品球自成品水合物球出口管38离开深冷箱体43，进入储罐储存。需要指出的是，水合物球的出口温度控制在-20℃左右，该温度下，水合物球分解量小，能在常压下保存较长时间。

上述操作过程的工艺控制参数：造球单元、分拣单元的操作压力控制在5MPa以上，操作温度控制在0℃～2℃范围内，深冷单元的操作压力控制在5MPa以上，操作温度控制-20℃左右；水合物球的泄压步骤在储罐内完成，储存压力为常压，温度控制在-20℃至-15℃范围内。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种水合物球连续加工装置，包括各自独立且能连续作业的造球单元、分拣单元和深冷单元，其特征是：

造球单元：具有造球箱体，造球箱体内安装有一对造球辊，对应所述造球辊挤压中心上方的造球箱体顶部设有粉末进料器，造球箱体内位于造球辊下方设有斜置的第一筛板，第一筛板低端处的造球箱体侧壁上固连有第一水合物球出口管，造球箱体下部盛装有液面可在第一筛板上下位置升降调节的缓冲水；

分拣单元：具有分拣箱体，分拣箱体上设有与第一水合物球出口管连通的第一水合物球进口管，分拣箱体内斜置有分选水合物球的第二筛板，第二筛板低端的分拣箱体侧壁设有第二水合物球出口管，第二筛板下方反向斜置有滚落第二筛板所分选出的不合格水合物球的挡板，挡板低端的分拣箱体侧壁上设有排出不合格水合物球的排废管；

深冷单元：具有深冷箱体，深冷箱体内设有浸没在制冷液中的螺旋盘管，螺旋盘管上端连接有固定在深冷箱体顶部的第二水合物球进口管，第二水合物球进口管与第二水合物球出口管连通，螺旋盘管下端连接有固定在深冷箱体底部侧壁的成品水合物球出口管。

2.如权利要求1所述的水合物球连续加工装置，其特征是：所述的第一筛板上下位置的造球箱体侧壁上分设有感应缓冲水水位高低的第一料位计、第二料位计，造球箱体底部设有出水管，第一筛板上方的造球箱体侧壁上设有进水管，出水管的管路上依次设有设有第三单向阀、缓冲罐和水泵，水泵出口通过第二单向阀与进水管管路连通。

3.如权利要求2所述的水合物球连续加工装置，其特征是：所述的造球辊侧上方的造球箱体侧壁上设有雾化水喷嘴，水泵出口通过第一单向阀与雾化水喷嘴管路连通。

4.如权利要求3所述的水合物球连续加工装置，其特征是：所述的造球箱体内位于第一筛板下方设有制冷系统，造球箱体的顶板内壁设有第一保温层，造球箱体侧壁上设有第一温压测量口、第二温压测量口和第一补气泄压口。

5.如权利要求1所述的水合物球连续加工装置，其特征是：所述的分拣箱体外设有破碎机，排废管通过第四单向阀与破碎机管路连接，挡板底面安装有支架，分拣箱体侧壁上设有第三温压测量口和第三料位计，分拣箱体顶板上设有第二补气泄压口，分拣箱体顶板内壁设有第二保温层。

6.如权利要求1所述的水合物球连续加工装置，其特征是：所述的深冷箱体侧壁底部高低有制冷液入口管，深冷箱体顶板上固定有制冷液出口管，深冷箱体顶板内壁设有第三保温层。