CN112357924B - 一种二氧化碳水合物饼连续制备装置 - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，涉及一种水合物连续制备装置。本发明解决了现有的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，存在结构复杂，且瓦斯水合物合成效率低的问题。本发明的多个水合物饼合成单元(A)安装在恒温箱(6)内，恒温箱(6)外侧的每个水合物饼合成单元(A)的输出端安装有一个收集罐(24)，真空泵(1)、增压泵(2)、纯水水箱(3)、水泵(4)和二氧化碳气瓶(5)均安装在恒温箱(6)的外部，水泵(4)与纯水水箱(3)连接后与每个水合物饼合成单元(A)连接，真空泵(1)、增压泵(2)和二氧化碳气瓶(5)均通过管路与恒温箱(6)内的每个水合物饼合成单元(A)连接。本发明用于二氧化碳水合物的连续制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种水合物连续制备装置，具体涉及一种二氧化碳水合物饼连续制备装置。
背景技术
矿井下的二氧化碳根据人体吸入浓度的不同，对人体所带来的危害程度也不同，吸入过量高浓度的二氧化碳会致人窒息死亡，可见，二氧化碳是矿下高危气体之一。
为了将矿井下的二氧化碳危害降到最低，一般将二氧化碳气体进行转移和排出，常用的解决方式为：1、将井下的二氧化碳气体远距离运输，这种方式需要在地面构建二氧化碳气体集中供应系统，结构复杂，而且需要根据不同矿区的实际情况对流体力学和阻力等参数进行详细的计算，来不断的优化供应结构和算法，整个构建过程繁琐，不利于推广和使用。2、将二氧化碳收集后用来灭火，即使采用此种方式，仍然会有剩余的二氧化碳。3、采用二氧化碳储罐将二氧化碳运走，进行再处理，再处理的方式包括将二氧化碳深埋海底,利用二氧化碳与水反应生成碳酸来消耗二氧化碳。
在将二氧化碳深埋海底的过程中，通常采用的是将二氧化碳直接通入到海底，但是如果通入在浅海中，浅海压强要比深海低，温度也高于深海，导致二氧化碳的溶解度差。随着科学技术的不断进步，将二氧化碳深埋到深海中，是该领域研究的热点。
公告号为CN104445197A，专利名称为二氧化碳水合物制备装置的发明专利，其具体公开了一种在反应釜中添加含有添加剂的原料水，并向盘管换热器8中通入冷媒，抽真空并调节釜内压力，向釜内通入二氧化碳，开启溶液泵，原料水在溶液泵的作用下通过实心喷嘴喷入反应釜中，在水液滴落过程中与二氧化碳融合形成二氧化碳水合物液滴，排出二氧化碳水合物液滴。其最终生成的是二氧化碳水合物液体。
授权公告号为CN106917956B的发明专利中，公开了一种具有使用价值的“煤层气连续水合固化与储运一体化装置及其方法”，通过将水合固化皿中的气水混合物形成固态的瓦斯水合物，然后运走深埋。该装置虽然能够实现连续形成固态的瓦斯水合物，但是其结构复杂，而且由于不同气体的水合固化条件不同，因此，该装置不适用于二氧化碳水合物的连续制备。
综上所述，现有的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，存在结构复杂，且不适用于二氧化碳水合物饼的连续制备的问题。
发明内容
本发明为了解决现有的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，存在结构复杂，且不适用于二氧化碳水合物饼的连续制备的问题。进而提供了一种二氧化碳水合物饼连续制备装置。
本发明的技术方案是一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，包括恒温箱，它还包括真空泵、增压泵、纯水水箱、水泵、二氧化碳气瓶、多个水合物饼合成单元和多个收集罐，多个水合物饼合成单元由上至下梯度平行安装在恒温箱内，恒温箱外侧的每个水合物饼合成单元的输出端安装有一个收集罐，真空泵、增压泵、纯水水箱、水泵和二氧化碳气瓶均安装在恒温箱的外部，水泵与纯水水箱连接后通过管路与恒温箱内的每个水合物饼合成单元连接，真空泵、增压泵和二氧化碳气瓶均通过管路与恒温箱内的每个水合物饼合成单元连接；每个水合物饼合成单元均包括水合物饼输送组件和多个水合物制备单元，多个水合物制备单元沿水合物饼输送组件的输送方向并排安装，每个水合物制备单元均包括釜体磁吸底座、上盖底座、反应釜、顶出气缸和上盖气缸，釜体磁吸底座和上盖底座水平安装在恒温箱内的隔板上，釜体磁吸底座和上盖底座之间留有间距，水合物饼输送组件安装在釜体磁吸底座和上盖底座之间的间距正下方，反应釜水平安装在釜体磁吸底座上，顶出气缸安装在釜体磁吸底座上，上盖气缸安装在上盖底座上，顶出气缸的伸出端和上盖气缸的伸出端分别密封顶设在反应釜上。
本发明与现有技术相比具有以下改进效果：
1、本发明的反应釜9水平布置，水平布置后的反应釜9内纯水的面积大于反应釜9的横截面面积，纯水的面积与二氧化碳的接触面积增大多倍，二氧化碳水合物的反应速度加快了多倍。
2、本发明的多个反应釜9同时进行水合物反应，反应釜9先完成水合物反应的，顶出气缸10先工作，将反应釜9内的水合物压制成水合物饼，上盖气缸11收回，水合物饼在顶出气缸10的推动下掉落到水合物饼输送组件上，通过水合物饼输送组件将水合物饼运送到收集罐24中，通过收集罐24将水合物饼运输到指定地点并进行海底深埋。在实现水合物饼连续压制收集的同时，提高了水合物的反应速度。
3、本发明采用了前后两个气缸对顶的密封形式，密封更加牢固，防止高压反应釜内的压力过大而出现危险。
4、本发明相比于现有的煤层气连续水合固化与储运一体化装置，结构简单。而且布线规整，每个反应釜内单独控制并完成水合物反应，易于控制并连续出饼。
5、本发明的反应釜与釜体磁吸底座7之间采用电磁吸的形式进行连接，此种连接方式便于控制磁吸的力度，而且使用过程中能够保证反应釜与釜体磁吸底座7的连接可靠性，防止反应釜在加压状态下不发生移位。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；图2是收集罐24与恒温箱6之间对接的示意图；图3是水合物饼合成单元A的主视示意图；图4是水合物饼合成单元A的俯视示意图；图5是反应釜9、顶出气缸10和上盖气缸11配合的示意图；图6是反应釜9的横截面示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，一种二氧化碳水合物饼连续制备装置包括恒温箱6，它还包括真空泵1、增压泵2、纯水水箱3、水泵4、二氧化碳气瓶5、多个水合物饼合成单元A和多个收集罐24，多个水合物饼合成单元A由上至下梯度平行安装在恒温箱6内，恒温箱6外侧的每个水合物饼合成单元A的输出端安装有一个收集罐24，真空泵1、增压泵2、纯水水箱3、水泵4和二氧化碳气瓶5均安装在恒温箱6的外部，水泵4与纯水水箱3连接后通过管路与恒温箱6内的每个水合物饼合成单元A连接，真空泵1、增压泵2和二氧化碳气瓶5均通过管路与恒温箱6内的每个水合物饼合成单元A连接；每个水合物饼合成单元A均包括水合物饼输送组件和多个水合物制备单元，多个水合物制备单元沿水合物饼输送组件的输送方向并排安装，每个水合物制备单元均包括釜体磁吸底座7、上盖底座8、反应釜9、顶出气缸10和上盖气缸11，釜体磁吸底座7和上盖底座8水平安装在恒温箱6内的隔板上，釜体磁吸底座7和上盖底座8之间留有间距，水合物饼输送组件安装在釜体磁吸底座7和上盖底座8之间的间距正下方，反应釜9水平安装在釜体磁吸底座7上，顶出气缸10安装在釜体磁吸底座7上，上盖气缸11安装在上盖底座8上，顶出气缸10的伸出端和上盖气缸11的伸出端分别密封顶设在反应釜9上。
本实施方式的恒温箱6的温度可调，且能够保持恒温。一般根据水合物的反应条件设置恒温箱6内的温度，如恒温箱6内温为0°。
本实施方式的水合物制备单元单独控制，按照水合物饼的合成时间，自行压制。
为了能够保证顶出气缸10和上盖气缸11的工作需要，选用亚德客型气缸大推力气动气缸，型号为SC160X1000S，能够承受10MPa的压力，满足承压需求。
具体实施方式二：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的水合物饼输送组件包括主动轮12、从动轮13、传动电机14和传送带15，主动轮12和从动轮13转动安装在恒温箱6内的隔板上，主动轮12和从动轮13之间通过传送带15连接，传动电机14的输出轴与主动轮12连接。如此设置，传动简单可靠。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的水合物饼输送组件还包括挡板16，挡板16安装在釜体磁吸底座7的下端，且挡板16位于传送带15的长度方向两侧。如此设置，便于保证水合物饼能够顺利的掉落在传送带上，防止掉落到其他位置，造成无法回收和浪费。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图3和图6说明本实施方式，本实施方式的反应釜9为长条形反应釜，反应釜9的横截面形状为圆筒形或矩形，且反应釜9的长度方向两端厚度增加，顶出气缸10一侧的反应釜9的端部外扩。如此设置，水平布置的反应釜中的纯水面积大，增加了水合物的反应速度，反应釜9端部的外扩和加厚设置便于保证顶出气缸10和上盖气缸11的定位。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
本实施方式的反应釜9的长度方向的两端厚度增加平面上开设凹槽，凹槽内设置密封圈，当上盖气缸11顶在反应釜9上时，能够实现密封。
具体实施方式五：结合图6说明本实施方式，本实施方式的每个水合物制备单元还包括顶塞盘19、温度传感器17和压力传感器18，顶塞盘19固定安装在顶出气缸10的端部，温度传感器17和压力传感器18安装在顶塞盘19的外端面上。如此设置，便于测量反应釜内的温度和压力，保证反应釜内水合物形成的条件。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
本实施方式的顶塞盘19在圆周方向开设多个环形凹槽，所述多个环形凹槽内安装有密封条。且顶塞盘19的工作面耐二氧化碳，耐磨损和耐高压。
具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式的每个水合物制备单元还包括上盖罩20，上盖气缸11的伸出端部安装有上盖罩20，上盖罩20密封罩在反应釜9上。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
本实施方式的上盖罩20的配合侧中部加工有定位凸台20-1，上盖罩20的外周设有配合侧壁，定位凸台20-1便于上盖气缸11伸出后准确的将反应釜进行密封罩上,防止气缸长期使用后发生位置偏差，造成定位不准或者密封不严的问题。配合侧壁在实现配合与定位的基础上，还能够对反应釜的顶出部位提供冲击力的可靠性，保证水合物顺利压饼。
本实施方式的上盖罩20的工作面耐二氧化碳，耐磨损和耐高压。
具体实施方式七：结合图6说明本实施方式，本实施方式的上盖罩20上穿设有二氧化碳进气管21、进水管22和加压管23，二氧化碳进气管21、进水管22和加压管23上均安装有高压阀门23。如此设置，由于反应釜内的水合物反应的基本原材料为二氧化碳和纯水，而且在通入一定量的二氧化碳和纯水后，要对反应釜内进行加压，高压阀门23能够保证水合物反应的顺利进行，可靠性强，不会受到高压的影响。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
本实施方式的二氧化碳进气管21上的高压阀门23还用于对反应釜内的高压进行泄压。同时，为了保证水合物反应的顺利进行，在上盖罩20上还安装有真空管和阀门(图中未画出)，用来与外部的真空泵连接，对反应釜内进行抽真空。
具体实施方式八：结合图6说明本实施方式，本实施方式的多个收集罐24的收集口与恒温箱6中水合物饼输送组件的输出口对接。如此设置，多个收集罐24的高度不同，收集罐的高度与水合物饼合成单元A的水合物饼输送组件的高度有关，将多个水合物饼合成单元A进行单独收集，能够保证收集后的水合物饼快速运走，将多个水合物饼合成单元A梯度排布能够使水合物饼合成单元A充分利用恒温箱6内的温度和反应条件，不干涉。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式九：结合图3说明本实施方式，本实施方式的釜体磁吸底座7上开设多个凹槽7-1，凹槽7-1的形状与反应釜9的外部形状相匹配。如此设置，便于安装反应釜9，保证反应釜在受到两个气缸的顶压时，上盖气缸11缩回不会发生反应釜的轴向窜动。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
结合图1至图6说明本发明的二氧化碳水合物连续制备方法为：
步骤一：将恒温箱6内的温度调成-3-3℃，并根据恒温箱6内的水合物反应情况，保持此温度；能够保证反应釜内的温度为0℃；温度由温度传感器17进行信息采集；
步骤二：通过顶出气缸10和上盖气缸11将反应釜9密封，向反应釜9内注入纯水；纯水的注入量根据反应釜的大小来设定，一般以升为单位进行注入；
步骤三：对反应釜9内抽真空；
步骤四：反应釜9内在通入二氧化碳之后，对反应釜增压，压力增加到2-3MPa；压力信息通过压力传感器18采集；
步骤五：等待反应釜9内的纯水和二氧化碳发生反应，注入纯水和二氧化碳的原则是水少气多，注入比例为1:164，便于保证每次反应时，水能够全部完成反应；纯水和二氧化碳的反应时间根据各个反应釜内的实际情况确定，通过压力传感器和温度传感器反馈的信息来判断反应釜内的水合物反应是否完成；
步骤六：待反应釜内的水合物反应完成之后，对反应釜内进行泄压，然后启动顶出气缸10，将水平状态的水合物向前推压，直到将水合物压成饼后，缩回上盖气缸11，顶出气缸10继续向前顶水合物饼，直至将水合物饼顶下，掉落在传送带上；
步骤七：掉落在传送带上的水合物饼传送到恒温箱6的输出口后掉落在收集罐中，至此，完成了对二氧化碳水合物的压饼和收集工作，将收集罐内的水合物饼运至深海埋藏。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，它包括恒温箱（6），其特征在于：它还包括真空泵（1）、增压泵（2）、纯水水箱（3）、水泵（4）、二氧化碳气瓶（5）、多个水合物饼合成单元（A）和多个收集罐（24），
多个水合物饼合成单元（A）由上至下梯度平行安装在恒温箱（6）内，恒温箱（6）外侧的每个水合物饼合成单元（A）的输出端安装有一个收集罐（24），真空泵（1）、增压泵（2）、纯水水箱（3）、水泵（4）和二氧化碳气瓶（5）均安装在恒温箱（6）的外部，水泵（4）与纯水水箱（3）连接后通过管路与恒温箱（6）内的每个水合物饼合成单元（A）连接，真空泵（1）、增压泵（2）和二氧化碳气瓶（5）均通过管路与恒温箱（6）内的每个水合物饼合成单元（A）连接；
每个水合物饼合成单元（A）均包括水合物饼输送组件和多个水合物制备单元，多个水合物制备单元沿水合物饼输送组件的输送方向并排安装，每个水合物制备单元均包括釜体磁吸底座（7）、上盖底座（8）、反应釜（9）、顶出气缸（10）和上盖气缸（11），釜体磁吸底座（7）和上盖底座（8）水平安装在恒温箱（6）内的隔板上，釜体磁吸底座（7）和上盖底座（8）之间留有间距，水合物饼输送组件安装在釜体磁吸底座（7）和上盖底座（8）之间的间距正下方，反应釜（9）水平安装在釜体磁吸底座（7）上，水平布置后的反应釜（9）内纯水的面积大于反应釜（9）的横截面面积，顶出气缸（10）安装在釜体磁吸底座（7）上，上盖气缸（11）安装在上盖底座（8）上，顶出气缸（10）的伸出端和上盖气缸（11）的伸出端分别密封顶设在反应釜（9）上；
反应釜（9）为长条形反应釜，反应釜（9）的横截面形状为圆筒形或矩形，且反应釜（9）的长度方向两端厚度增加，顶出气缸（10）一侧的反应釜（9）的端部外扩；
水合物饼输送组件包括主动轮（12）、从动轮（13）、传动电机（14）和传送带（15），主动轮（12）和从动轮（13）转动安装在恒温箱（6）内的隔板上，主动轮（12）和从动轮（13）之间通过传送带（15）连接，传动电机（14）的输出轴与主动轮（12）连接。
2.根据权利要求1的一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，其特征在于：水合物饼输送组件还包括挡板（16），挡板（16）安装在釜体磁吸底座（7）的下端，且挡板（16）位于传送带（15）的长度方向两侧。
3.根据权利要求2的一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，其特征在于：每个水合物制备单元还包括顶塞盘（19）、温度传感器（17）和压力传感器（18），顶塞盘（19）固定安装在顶出气缸（10）的端部，温度传感器（17）和压力传感器（18）安装在顶塞盘（19）的外端面上。
4.根据权利要求3的一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，其特征在于：每个水合物制备单元还包括上盖罩（20），上盖气缸（11）的伸出端部安装有上盖罩（20），上盖罩（20）密封罩在反应釜（9）上。
5.根据权利要求4的一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，其特征在于：上盖罩（20）上穿设有二氧化碳进气管（21）、进水管（22）和加压管，二氧化碳进气管（21）、进水管（22）和加压管上均安装有高压阀门（23）。
6.根据权利要求5的一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，其特征在于：多个收集罐（24）的收集口与恒温箱（6）中水合物饼输送组件的输出口对接。
7.根据权利要求6的一种二氧化碳水合物饼连续制备装置，其特征在于：釜体磁吸底座（7）上开设多个凹槽（7-1），凹槽（7-1）的形状与反应釜（9）的外部形状相匹配。
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