CN112221432B - 一种水合物生成、储运一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水合物生成、储运一体化装置，包括反应釜、气罐、真空泵、水浴设备、转移通道和储运箱，其特征在于：所述气罐与反应釜的进气口相连；所述水浴设备与反应釜的水浴进液口和水浴出液口相连；所述真空泵与反应釜的一号抽真空口相连；所述转移通道通过六角螺栓固定连通反应釜和储运箱，所述转移通道的两端分别设有进料门和出料门。在反应釜生成水合物后，储运箱抽真空后加压制冷，储运箱内提前放置水合物促进剂促进水合物生长，通过转移通道将水合物从反应釜转移到储运箱，水合物转移结束后关闭进料门，拆除转移通道，储运箱可单独带走。本发明解决了小剂量水合物转运问题，提高了水合物的利用率和运输经济性。

Description

一种水合物生成、储运一体化装置
技术领域
本发明属于水合物应用技术领域，涉及到一种水合物生成，储运一体化装置。
背景技术
随着近年来天然气作为绿色能源的推广与迅速发展，水合物储运技术越来越为人们所关注。水合物储运技术又称 GtS（Gas to Solid）天然气固化技术，20世纪40年代末MILLER和STRONG 等科研人员就注意到了这种技术。早期的研究人员认为常压下为了保持天然气水合物形态稳定必须保证其处于相平衡温度以下。在对气田管道中生成的水合物进行研究时，发现在273K以下时水合物的分解异常缓慢，此后水合物的奇异自保护效应开始逐渐被人们所认识。水合物的奇异自保护效应指的是水合物在特定的低温区内处于一种亚稳定的状态，这种效应的存在改变了研究人员对水合物储存条件的认识。
一立方米的水合物理论上可以储存一百七十立方的气体，：大气压下绝热性良好的储罐中，天然气水合物可以稳定储存在0℃以下（–15～–5℃）。近二十年来，世界各国都加大了对水合物储运技术的研究力度。但是常用的储运设备体积大，结构复杂，成本较高，运输小剂量水合物的时候经济性较差，难以广泛使用。所以如何便捷有效的运输小剂量水合物成为当前需要解决的问题。
发明内容
本发明目的使为解决水合物小剂量运输、实验室水合物短途运输成本高，携带不方便等问题，进而提出一种水合物生成、储运一体化装置，提高水合物转移效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种水合物生成、储运一体化装置，该装置包括反应釜、气罐、真空泵、水浴设备、转移通道和储运箱；所述气罐与反应釜的进气口相连；所述水浴设备与反应釜的水浴进液口和水浴出液口相连；所述真空泵与反应釜的一号抽真空口相连；所述转移通道通过六角螺栓固定连通反应釜和储运箱，所述转移通道的两端分别设有进料门和出料门。
进一步，所述反应釜包括釜体和釜盖，所述釜体与釜盖之间通过六角螺栓连接，釜体和釜盖之间由丁晴橡胶圈起密封作用；所述釜盖上设有电机，所述电机与反应釜内的搅拌器相连，所述反应釜的底部设有过滤板，连接在反应釜上转移通道的另一侧安装有推板；所述电机与搅拌机之间、过滤板与反应釜的底部之间、推板与釜体之间均设有伸缩轴。
进一步，所述储运箱包括箱体和箱盖，箱体和箱盖之间采用六角螺栓连接；所述箱体内部由高压不锈钢制成，箱体外侧采用保温材料包覆，且箱体侧面开有可视窗口；所述箱体内设置有制冷系统和补压仓；所述箱盖上安装有手提手柄。
进一步，所述进料门位于转移通道与箱体之间；所述出料门位于转移通道与釜体之间；所述进料门和出料门均通过伸缩轴与箱盖和釜盖相连。
进一步，所述转移通道的侧面开有可视窗口。
进一步，所述箱盖上设有压力传感器和温度传感器。
进一步，所述箱体侧面设置有气口和水口，所述气口与补压仓相连。
本发明的有益效果在于：水合物生成系统与储运系统是可分离式的，将水合物转移到储运箱后即可关闭水合物生成系统，大大节约能耗，储运箱可以手提带走，小剂量运输实现了经济性、便携性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1、气罐；2、真空泵；3、一号截止阀；4、一号抽真空口；5、二号截止阀；6、进气口；7、三号截止阀；8、水浴设备；9、釜盖；10、釜体；11、水浴进液口；12、排气口；13、四号截止阀；14、五号截止阀；15、排水口；16、一号伸缩轴、17、过滤板；18、二号伸缩轴；19、推板；20、三号伸缩轴；21、搅拌器；22、四号伸缩轴；23、出料门；24、一号压力传感器；25、一号温度传感器；26、电机；27、六号截止阀；28、水浴出液口；29、一号六角螺栓；30、二号六角螺栓；31、转移通道、32、制冷系统；33、进料门；34、五号伸缩轴；35、二号压力传感器；36、二号温度传感器；37、三号六角螺栓；38、手提手柄；39、箱盖；40、箱体；41、七号截止阀；42、二号抽真空口；43、八号截止阀；44、气口；45、九号截止阀；46、水口47、补压仓。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的甲烷水合物生成，储运一体化的实施案例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
如图1所示，本发明是一种水合物生成、储运一体化装置，包括气罐1、真空泵2、水浴设备8、反应釜、储运箱和转移通道31，其中气管1通过二号截止阀5连接在反应釜的进气口6上，真空泵2通过一号截止阀3连接在反应釜的一号抽真空口4上，水浴设备8分别通过三号截止阀7和六号截止阀27连接在反应釜侧面的水浴进液口11和水浴出液口28；反应釜和储运箱之间通过横向的转移通道31相连；
本发明中的反应釜包括釜盖9和釜体10，釜盖9上设置有压力传感器、温度传感器和电机26，一号压力传感器24和一号温度传感器25监视反应釜内的压力和温度，电机26与反应釜内的搅拌器21通过三号伸缩轴20连接，电机转速为400r/min，电机26带动搅拌器21并通过伸缩轴的伸缩作用对反应液进行搅拌，促进水合物生成；釜体10底部设置有过滤板17，过滤板17通过一号伸缩轴16与釜体10的底部相连，过滤板17的过滤精度为50微米，过滤板17的作用是将气体水合物与水合物溶液分离开；釜体10侧面设置有推板19，推板19通过二号伸缩轴18与釜体10的侧壁相连，推板19可在伸缩轴的运动进行直线往返运动；釜体10和釜盖9均采用高压不锈钢制成，釜体10与釜盖9通过一号六角螺栓29连接，并采用丁晴橡胶圈密封，釜壁采用塑料泡沫进行保温，釜体10前后各开一个玻璃视窗，用于观察水合物结晶情况。反应釜的侧面还设有排气口12和排水口15，并分别采用四号截止阀13和五号截止阀14控制。
本发明中的储运箱由箱体40和箱盖39组成，其中箱体40包含内胆和外壳，内胆由高压不锈钢制成，外壳采用保温材料包覆，箱体40和箱盖39通过三号六角螺栓37连接，箱体40前后开有方形玻璃可视窗口；箱盖39上设置有二号压力传感器35和二号温度传感器36，用来监视储运箱内的压力和温度状况；箱盖39设置有手提手柄38，可以对储运箱进行手提；箱体40底部设置有制冷系统32和补压仓47，补压仓47冲内填充有高压气体，该气体与气罐1的气体相同，可对储运箱进行增压，补压仓47通过八号截止阀43与气口44连接，该气口44用于从外部向补压仓47内补充气体；箱体40侧部设置有二号抽真空口42，二号抽真空口42接有七号截止阀41，二号抽真空口42可外接真空泵对储运箱进行抽真空；箱体侧部开有水口46，水口46接有九号截止阀45，可对箱体40进行排液。
转移通道31与釜体10和箱体40的连接处分别设置有出料门23和进料门33，出料门23通过四号伸缩轴22与釜盖9相连，进料门33通过五号伸缩轴34与箱盖39相连，进料门33和出料门23采用高压不锈钢制成，可在伸缩轴的伸缩作用下进行开关门，并在关门时采用丁晴橡胶圈进行密封；转移通道31的两端分别与釜体10和箱体40通过二号六角螺栓30连接，并采用丁晴橡胶圈进行密封，转移通道31由高压不锈钢制成，转移通道31前后侧开有长方形玻璃可视窗口，用来观察水合物转移情况。
本发明具体工作过程如下：
打开反应釜的釜盖9，用蒸馏水将反应釜清洗干净，然后在釜体10注入蒸馏水，检查气密性，打开真空泵2和一号截止阀3将反应釜抽真空，抽真空结束后关闭真空泵2和一号截止阀3。而后打开二号截止阀5通过气罐1向反应釜中注入甲烷气体，打开水浴设备8、三号截止阀7和六号截止阀27并设置温度对反应釜进行恒温控制，开启釜盖9上的伸缩搅拌器21，在电机26和三号伸缩轴20共同作用下，搅拌器21对釜液搅拌，促进甲烷水合物生成。
甲烷水合物大量结晶后关闭搅拌器21，水浴设备8将反应釜温度降低三度，同时降低反应釜压力1mpa，水合物生成过程基本完成，将转移通道31的两侧分别与反应釜和储运箱连接，并通过丁晴橡胶圈进行密封。
通过五号伸缩轴34打开储运箱的进料门33，此时出料门23是关闭状态，检查储运箱和转移通道31的气密性，在储运箱提前放置热力学促进剂环戊烷，打开七号截止阀41并外接真空泵2对储运箱以及转移通道31进行抽真空，打开制冷系统32对箱体40和转移通道31同时进行制冷，制冷温度与反应釜温度相同，气口44外接气罐1给补压仓47补气，补压仓47的压力大于箱体40压力，补压仓47再对箱体40和转移通道31进行增压，使压力保持与反应釜一致。
过滤板17在一号伸缩轴16作用下将已经生成的甲烷水合物推送到出料门23下端，同时过滤残留反应液，此时利用四号伸缩轴22打开进料门23，釜体侧壁设置的推板19在二号伸缩轴18的作用下，将过滤板17上的甲烷水合物通过转移通道31推送到箱体40中。
过滤板17上的甲烷水合物推送完毕后，利用四号伸缩轴22关闭出料门23，利用五号伸缩轴34关闭进料门33，拆除转移通道31两侧的二号六角螺栓30，此时储运箱已经与反应釜完全分离开。储运箱可以通过箱盖39的手提手柄38带走储运箱，储运箱在被带走的过程可通过二号压力传感器35和二号温度传感器36监控箱内温压环境，也可适当降低箱体压力的同时降低箱体温度，这样可减轻箱体重量，提高安全性。

Claims (1)

1.一种水合物生成、储运一体化装置，该装置包括气罐、真空泵、水浴设备、反应釜、储运箱和转移通道，所述气管通过二号截止阀连接在反应釜的进气口上，真空泵通过一号截止阀连接在反应釜的一号抽真空口上，水浴设备分别通过三号截止阀和六号截止阀连接在反应釜侧面的水浴进液口和水浴出液口；反应釜和储运箱之间通过横向的转移通道相连；
所述反应釜包括釜盖和釜体，釜盖上设置有压力传感器、温度传感器和电机，一号压力传感器和一号温度传感器监视反应釜内的压力和温度，电机与反应釜内的搅拌器通过三号伸缩轴连接，电机转速为400r/min，电机带动搅拌器并通过伸缩轴的伸缩作用对反应液进行搅拌，促进水合物生成；釜体底部设置有过滤板，过滤板通过一号伸缩轴与釜体的底部相连，过滤板的过滤精度为微米，过滤板的作用是将气体水合物与水合物溶液分离开；釜体侧面设置有推板，推板通过二号伸缩轴与釜体的侧壁相连，推板可在伸缩轴的运动进行直线往返运动；釜体和釜盖均采用高压不锈钢制成，釜体与釜盖通过一号六角螺栓连接，并采用丁晴橡胶圈密封，釜壁采用塑料泡沫进行保温，釜体前后各开一个玻璃视窗，用于观察水合物结晶情况；所述反应釜的侧面还设有排气口和排水口，并分别采用四号截止阀和五号截止阀控制；
所述储运箱由箱体和箱盖组成，其中箱体包含内胆和外壳，内胆由高压不锈钢制成，外壳采用保温材料包覆，箱体和箱盖通过三号六角螺栓连接，箱体前后开有方形玻璃可视窗口；箱盖上设置有二号压力传感器和二号温度传感器，用来监视储运箱内的压力和温度状况；箱盖设置有手提手柄，可以对储运箱进行手提；箱体底部设置有制冷系统和补压仓，补压仓冲内填充有高压气体，该气体与气罐的气体相同，可对储运箱进行增压，补压仓通过八号截止阀与气口连接，该气口用于从外部向补压仓内补充气体；箱体侧部设置有二号抽真空口，二号抽真空口接有七号截止阀，二号抽真空口可外接真空泵对储运箱进行抽真空；箱体侧部开有水口，水口接有九号截止阀，可对箱体进行排液；
所述转移通道与釜体和箱体的连接处分别设置有出料门和进料门，出料门通过四号伸缩轴与釜盖相连，进料门通过五号伸缩轴与箱盖相连，进料门和出料门采用高压不锈钢制成，可在伸缩轴的伸缩作用下进行开关门，并在关门时采用丁晴橡胶圈进行密封；转移通道的两端分别与釜体和箱体通过二号六角螺栓连接，并采用丁晴橡胶圈进行密封，转移通道由高压不锈钢制成，转移通道前后侧开有长方形玻璃可视窗口，用来观察水合物转移情况；
该装置的使用方法为：
打开反应釜的釜盖，用蒸馏水将反应釜清洗干净，然后在釜体注入蒸馏水，检查气密性，打开真空泵和一号截止阀将反应釜抽真空，抽真空结束后关闭真空泵和一号截止阀；而后打开二号截止阀通过气罐向反应釜中注入甲烷气体，打开水浴设备、三号截止阀和六号截止阀并设置温度对反应釜进行恒温控制，开启釜盖上的伸缩搅拌器，在电机和三号伸缩轴共同作用下，搅拌器对釜液搅拌，促进甲烷水合物生成；
甲烷水合物大量结晶后关闭搅拌器，水浴设备将反应釜温度降低三度，同时降低反应釜压力mpa，水合物生成过程基本完成，将转移通道的两侧分别与反应釜和储运箱连接，并通过丁晴橡胶圈进行密封；
通过五号伸缩轴打开储运箱的进料门，此时出料门是关闭状态，检查储运箱和转移通道的气密性，在储运箱提前放置热力学促进剂环戊烷，打开七号截止阀并外接真空泵对储运箱以及转移通道进行抽真空，打开制冷系统对箱体和转移通道同时进行制冷，制冷温度与反应釜温度相同，气口外接气罐给补压仓补气，补压仓的压力大于箱体压力，补压仓再对箱体和转移通道进行增压，使压力保持与反应釜一致；
过滤板在一号伸缩轴作用下将已经生成的甲烷水合物推送到出料门下端，同时过滤残留反应液，此时利用四号伸缩轴打开进料门，釜体侧壁设置的推板在二号伸缩轴的作用下，将过滤板上的甲烷水合物通过转移通道推送到箱体中；
过滤板上的甲烷水合物推送完毕后，利用四号伸缩轴关闭出料门，利用五号伸缩轴关闭进料门，拆除转移通道两侧的二号六角螺栓，此时储运箱已经与反应釜完全分离开。
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