CN211546450U - 一种制备气水合物的装置 - Google Patents

Abstract

一种制备气水合物的装置，属于气体储运领域。反应器采用内螺旋槽结构，该结构产生的平面二次流离心力促进传热、传质；反应器壳程采用降膜式换热构件；气体通过压缩机增压后，进入反应器，与低温、高压反应液充分接触并进行水合反应，生成水合物浆料；反应器设有内循环器，用于调节反应停留时间和水合物形貌，实现多相分离；水合物浆料经内循环器后进入中间储罐进行气－浆料分离，再进入分离机进行液‑固分离，分离出的液体和气体进行回收，分离出的产品输送至冷库保存；反应放出的热量由制冷单元移除。通过该装置，可以便捷、高效、稳定地生成天然气水合物、煤层气水合物、沼气水合物、垃圾填埋气水合物。

Description

一种制备气水合物的装置

技术领域

本实用新型涉及一种具有内生力场的反应器制备气水合物的装置，属于气体储运领域，用于高效、稳定地制备气水合物，主要包括天然气水合物、煤层气水合物、沼气水合物、垃圾填埋气水合物，从而提高天然气、煤层气、沼气、垃圾填埋气等气体的综合利用效果。

背景技术

能源是国民经济发展的物质基础，是社会经济发展过程中的“血液”。能源和社会经济发展之间有着密切的联系，在我国发展速度日益加快的情况下，能源缺口已成为制约发展的重要因素，近年来，我国社会能源需求量与日俱增，已成为世界第二大能源消耗国。虽然我国拥有较丰富的化石能源和可再生能源，但是这些能源的供应仍满足不了大量需求。同时，我国也面临着能源浪费严重的局面，能源利用效率低，且产业结构不合理。我国的煤炭资源可以在较长时期内维持自给自足的状态，但是石油和天然气大多需要进口，才能满足当前和长远的需求。我国国情制约着能源结构，未来我国能源的发展将面临巨大挑战。

天然气(包括煤层气、页岩气等)是重要的化工原料和清洁能源。在我国目前的能源结构中，天然气约占能源总量的4％，而国外的比例达到20％。中国主要受到“煤改气”政策推动，天然气消费持续快速增长。数据显示，2018年中国天然气消费量为2766亿立方米，年增量超过390亿立方米，增幅达16.6％，占一次能源总消费量比重近 8％。预计2019年国内天然气消费量将超过3000亿立方米，同比增 11.3％。

我国常规天然气储量不足，而煤层气是除常规天然气以外，资源量最大、最为现实的洁净能源，是我国常规天然气最重要的补充，是常规天然气最现实的战略接替能源。煤层气的开发不仅能减少煤矿瓦斯事故，而且减少了甲烷空排造成的温室效应，同时可以弥补能源短缺，优化我国能源结构。

随着化石能源的日益枯竭和能源消费需求量的不断增加，低碳清洁的生物天然气(沼气)已成为能源与环境领域研究的热点。生物天然气是有机废弃物原料经厌氧发酵和净化提纯产生的绿色可再生、非常规天然气。我国作物秸秆、农产品加工剩余物、能源作物等农业剩余物资源丰富，是生产生物天然气的重要原料。生物天然气产业发展已被纳入我国能源发展战略，国家能源局规划到2020年，我国生物天然气年产量超过20亿立方米；到2025年生物天然气年产量规模超过150亿立方米，形成可再生燃气新兴产业；到2030年，生物天然气年产量超过300亿立方米，规模位居世界前列。生物天然气产业迎来了广阔的市场发展机遇。

城市生活垃圾产生量每年以8％～10％速率增加，预计2020年产生量将达2.2×10⁸t/a。近年来，在中小城市、县级城市及乡镇等地区中小型规模垃圾填埋场大幅增加，据统计，2013年共有1549座，日处理量达421776t，而在垃圾填埋过程中，微生物的厌氧消化产生垃圾填埋气(LFG)，年产生量约为1.32×10¹⁰m³。垃圾填埋气是有机废物在厌氧微生物作用下降解产生的混合气体，主要组分是CH₄和 CO₂，约占总体积的90％～99％，还包括N₂、H₂S、甲苯等微量气体和有害气体，随着CJJ 133—2009《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》的实施，垃圾填埋气的收集利用已成为常态。

天然气(包括煤层气、页岩气等)以及生物沼气、垃圾填埋气利用途径多种多样，但是，这些气体的利用，依然存在一些问题，主要有：

(1)天然气(包括煤层气、页岩气等)利用问题

管网建设力度不足问题：我国土地面积大、人口多、人口分散是主要的特点，所以为了能够将天然气的使用实现大众化，管网建设是首要条件。虽然天然气在近几年的发展中取得了一定成效，对天然气的认识也都实现了普及，但没有真正享受到天然气带来便利的人还有很多，原因在于地区发展不平衡导致的管网建设力度不足，无法使天然气顺利输送。

进管网问题：煤层气和天然气管网一般都是由国有大企业进行建设，在运营中存在垄断性，其他企业生产的煤层气要利用其管道输送存在很大的困难。另外，对于甲烷浓度小于90％的煤层气不能直接进入管道，需要经过脱水、脱硫、提纯等处理，使甲烷浓度达到95％左右后接入管网，但是技术要求高，成本大。

小规模气井能源资源的浪费问题：对于单井开采规模小的气井，不论是管道输运、CNG、LNG，都存在成本高、收益小的问题，使得煤层气资源无法得到很好利用，而往往不得不将其废弃，特别在开发初期，导致大量煤层气空排。

低浓度瓦斯排放问题：截止2017年，全国煤矿瓦斯抽采总量超过128亿立方米，浓度8％以上能利用的约为49亿立方米，除此之外，浓度低于8％的煤矿抽放瓦斯每年直接排空的超过78亿立方米，不仅造成了资源浪费，亦加重了大气污染和温室效应。

(2)生物沼气利用问题

沼气通常被作为一种农村能源来开发利用，沼液、沼渣沼气等资源的综合利用还停留在低层上，应用领域比较狭窄，没有充分发挥沼气的最大效益。大多数农户仅使用沼液作有机肥，在作物浸种、防治病虫害、沼液养猪消毒、沼渣生产食用菌等方面尚未得到充分应用。集养殖、沼气、种植业为一体的循环经济产业链模式，没有成为发展生态农业、增加农民收入的重要手段。还有的村建池虽早，可是将沼液、沼渣白白丢弃，不仅浪费了优质资源，而且对环境造成了二次污染。

(3)垃圾填埋气回收利用问题

垃圾填埋气回收利用主要问题有：①我国垃圾填埋场地理分布比较分散；②我国填埋气利用缺乏填埋气回收和利用的经验；③需要填埋气的产气量、产气速率和产气周期等方面的预测和控制技术，优化填埋工艺，提高场地的产气量和稳定性，最大化利用填埋气资源和设备，避免设备闲置或空转运行；④提高设备的技术水平及能源转化效率和联合利用效率，相关技术的整合程度有待提高；⑤我国填埋气利用还没有形成相应的产业化基础和商业运作模式，需要借鉴国外的先进填埋气利用产业化经验和商业运作模式，建立现代的填埋气利用产业和商业运作模式。

为了更好的解决天然气(包括煤层气、页岩气等)、生物沼气、垃圾填埋气的综合利用问题，实现上述气体的安全、便捷、可靠的储运，以便满足工业、民用、发电和车用等行业和领域的需要，本专利提出一种新型的制备气水合物方法，用于气体储运。

气水合物是水分子与CH₄、C₂H₆、CO₂及H₂S等小分子气体在特定温度和压力条件下形成的一种非化学计量的笼型结构的冰状晶体，其中水分子借助氢健形成晶体骨架，骨架内的孔穴充满甲烷、轻烃或非轻烃分子。研究发现天然气水合物有着相当可观的储气率,通常情况下1m³水合物可储存约150～180m³的天然气。不同形态的气水合物可以在–25～–10℃、常压的条件下储存，经气化后即可得到高效利用，能够实现诸如天然气、煤层气、垃圾填埋气、沼气等气体的安全储运。业内学者研究发现，在相同的条件下，水合物储运天然气技术比液化石油气储运技术资本成本低19％，比压缩天然气储运技术资本成本降低30％，显著降低储运费用。

在美国专利(U.S.Patent6,180,843)中，提供了一种采用流化床制备天然气水合物的方法，其中天然气与水逆流或并流接触，反应热由过量的气体带出。由于气体的显热很小，仅相当于水合物生成热的2％左右。因此这种移热方式只能移除很少的热量，相应生成的水合物很少，难以实现工业化生产。

Gudmundsson(U.S.Patent536,893)还提出了一种连续制备天然气水合物的方法：天然气经压缩后，由上部喷入反应器与水接触反应。为增大反应接触面，水以液滴形式从反应器上部喷入，生成的水合物则由反应器底部取出。为移除反应生成热，反应器分别设置了夹套和内部冷却盘管，导致设备复杂。由于水合物密度低于水的密度，水合物的取出存在问题。

刘道平等(CN200610116480.3)对于制备天然气水合物的研究也颇为深入，但尚未见到工业化的实例。王树立等(CN200910263068.8) 提出了一种天然气水合物的高效连续制备方法与装置，但结构过于复杂，易堵塞。

鲁伊恒和陈颖等(CN103881775A)提出了一种煤层气水合物的制备及能量回收系统，主要在于甲烷水合物提取时的能量利用，并未深入探讨煤层气水合物的制备方法和装置。该专利中提出的冷却盘管移热在效率和稳定操作上仍然存在问题。此外装置太过复杂，仅制冷系统就有多种方式，因此其工业化方面存在一些障碍。

黄林基和张建文(ZL20041000858.7)提出以鼓泡为中心，并为水合物的形成创造适宜的低温高压条件来制备水合物。制备过程中热量传递、质量传递和体系停留时间难以控制，反应表面一旦形成水合物或冰膜后反应难以为继，难以持续生产，有待改进。

张建文和杨林(ZL201310558066.8)提出以鼓泡为中心，结合调晶器对形貌加以调整，提高制造效率。制备过程中热量传递、质量传递和体系停留时间难以控制，尽管提出了并流和逆流工艺流程，但生产过程波动剧烈，难以控制。

张建文和辛亚男等(CN105779049A)提出一种制造煤层气水合物的方法，该反应器结构简单，采用管壳式反应器，反应混合液在光滑管内流动，制冷液在光滑管外流动以移除反应产生的热量。对于光滑管内制备水合物，由于水合物的生成是在低温、高压的环境中进行的，在移除反应热的过程中，反应管内壁的温度要低于管内温度，导致壁面处的水合物生成速率更快，同时由于速度边界层的存在，造成壁面处的水合物附着，进一步抑制了反应器中的水合物的生成，使得设备不能连续、有效地生成水合物。

综上所述，这些技术都存在一些弱点，如：换热效率低，工艺复杂，难以控制，不能稳定持续运行等，因此，需要开发高效、稳定、可适用于工业化生产的气水合物生成方法和装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高效、稳定的制备气水合物的装置，主要应用于气体储运领域。通过该方法，可以便捷、高效、稳定地生成天然气水合物、煤层气水合物、沼气水合物、垃圾填埋气水合物。

气水合物生成过程是一个多相流体系内包括流体流动、传热传质等相互作用的复杂动力学过程。气水合物在水和气的接触界面上生成，由于水合物分子结构不具有化学计量性，严格意义上讲，水合物的生成过程不是一个反应动力学控制过程，而是一个由流体相向固体相转变控制的过程，水合物的反应速度直接决定了生产效率。为此，在水合物生成多相流体系内，必须满足如下条件：(1)反应气体和水的充分混合；(2)水合物生成热的有效移除；为了满足工业化应用，还必须满足条件(3)反应系统可以持续、稳定运行。

本实用新型显著的创新是设计的反应器采用内螺旋槽结构，该结构会使在管内产生平面二次流，一方面起到强化传热的作用，另一方面由于水合物生成体系中气-液-固组分间的密度差，在螺旋内槽管的内生力场的作用下，促进了气-水-水合物多相体系分离，使得气-水- 水合物体系中密度大的物质如水贴近管壁，密度小的如水合物、气体向管中心聚集。该过程既促进传热、传质，又促进多相体系分离，最终通过本实用新型的方法高效、稳定地生产气水合物。

一种制备气水合物的装置，该装置包括2台内螺旋槽反应器、2 个工艺变换单元、2个压力稳定单元、2个节流阀、2个进口阀、2个排放阀、2台输送泵、1台气体压缩机、分离机、中间储罐、储水罐、添加剂储罐、制冷单元、储冷单元、中控系统；

A)内螺旋槽反应器连接到工艺变换单元的两端形成回路，工艺变换单元由变送器、控制器、控制阀构成，实现两台内螺旋槽反应器的并联、串联操作，也可实现单台内螺旋槽反应器内气相与液相的并流、逆流操作；

B)内螺旋槽反应器,以下简称反应器，由五部分构成：反应器底部设置有进气管、进水管，下部安装有气流分布器，中部为核心反应区，上部设置内循环器，顶部设置有排气阀；反应器下部的进气口与气体压缩机连接，进水口与输送泵连接；反应器中部为反应区，由列管和壳程组成，列管内为反应混合液，壳程为制冷液，反应器中部设置制冷液出入口，与制冷单元连接,通过阀门调节流量；反应器上部为多相分离区，设有内循环器控制反应停留时间，调节水合物形貌，实现多相分离；反应器上部、底部均设置产品排放管，其中上部排放管出口通过节流阀与中间储罐连接；反应器顶部设置排气阀，用于调节反应器内压力以及排放未被反应液吸收的气体；

C)制冷单元设有五个回路：一路与内螺旋槽反应器连通，一路与另一台内螺旋槽反应器连通，一路与中间储罐连通，一路与储水罐连通，一路与储冷单元连通；

D)反应器设置压力稳定单元，控制反应器内压力的稳定；

E)反应器运行压力为2～9MPa，温度为2～12℃；

F)反应器内混合液循环流量控制在2～6m³/h；

G)储冷单元体积与反应器体积之比为5～6；

H)反应器经排放阀、中间储罐、分离机、储水罐和输送泵形成水循环回路；

I)中控系统控制内螺旋槽反应器、工艺变换单元、制冷单元、输送泵、压缩机及各个阀门，监控各项工艺操作数据并同步输出工艺参数，工艺参数主要包括反应混合液温度及输送泵流量、制冷液温度及流量、反应器内压力、进气流量等；

该套系统设置有异常报警系统及保护装置，以保证系统的稳定、安全运行。

为了达到上述发明的目的，本实用新型采用以下技术方案：

操作1：装置启动前，检查各阀门的状态，确保各阀门状态正常；

操作2：开动输送泵，向反应器充水，置换出反应器内的空气；

操作3：向储水罐加反应混合液，并开启制冷机组，向储水罐和中间储罐中的冷排供应冷冻水，将水温冷却到2～12℃左右；

操作4：开启输送泵与进水阀，向反应器内加入反应混合液，反应器顶部水位需超出旁通管线出口，达到指定液位后，打开旁通排放阀，反应混合液经节流降压后流入中间储罐，调节阀门和输送泵的动作，控制反应器顶部液位基本不变，中间储罐内的水合物浆料流向分离机，水合物浆料经分离机分离出的水合物产品进行收集，分离出的水流向储水罐，储水罐内的水由输送泵泵入反应器，最终形成稳定的水循环；

操作5：开启制冷循环回路，向反应器换热段的壳程供应制冷液，使反应段形成冷阱；

操作6：待反应混合液温度达到2～12℃，开启气体压缩机和进气阀向反应器充入气体增压到2～9MPa；气体经气流分布器后形成大量微细气泡与反应混合液在反应段的冷阱中充分接触、剧烈扰动，有助于加快生成气水合物；

操作7：为了维持反应器内压力的稳定，设置压力稳定单元。若压力过高，则通过调节压缩机减小进气量，同时调大反应器顶部排气阀；若压力过低，则通过调节压缩机增加进气量，同时调小反应器顶部排气阀；

经过以上1～7步操作后建立了稳定的物料循环，系统处于稳定的气水合物生成阶段。

为实现发明的目的，内螺旋槽反应器内设有内循环器，以调节水合物反应—停留时间，促进多相分离。技术方案如下：

操作8：水合物生成后在浮力作用下向上流动，由内循环器形成浮力集中区；水/浆料经内循环器导流板控制流向后，水合物在上部浆料中浓集；水合物浆料由轻相流道进入水合物富集区，对水合物停留时间和形貌加以调整，提高水合物含气量；

操作9：将反应器内循环器集聚的水合物浆料经节流阀减压后流入中间储罐进行气-浆料分离，中间储罐内的水合物浆料进入分离机进行液-固分离，最终得到“干”的水合物产品，通过容器收集并输送至冷库长期保存；分离出的未反应气体回收再利用；分离出的冷水进入储水罐，与新鲜水和添加剂混合后，由输送泵输送至反应器，实现物料循环，并回收其冷量。此工艺使得气水合物生成工艺实现连续性生产。

本实用新型针对不同种类气体中甲烷浓度变动大的特点，设置了工艺变换单元和压力稳定单元，通过控制两台内螺旋槽反应器之间的连结方式可实现多级并流和多级逆流操作，该工艺可适应不同甲烷浓度的气体，最终生成气水合物。技术方案如下：

操作10：通过压力稳定单元控制，使得水合物生产系统维持稳定的压力，减小压力的波动；

操作11：针对高浓度甲烷气体，通过工艺变换单元控制，使得两台内螺旋槽反应器并联生产，有助于加快生成气水合物；

操作12：针对中低浓度甲烷气体，通过工艺变换单元控制，使得两台内螺旋槽反应器多级逆流生产，有助于加快生成气水合物。

本实用新型的装置由工艺变换单元、压力稳定单元、内螺旋槽反应器、输送泵、制冷单元、储冷单元、加热器、分离机、中间储罐、储水罐、添加剂储罐、气体压缩机、中控系统等组成。其特征是：

气水合物生成反应器采用内螺旋槽结构,该结构会产生平面二次流离心力，形成强烈的扰动，增强了壁面边界的扰动，在平面二次流离心力的作用下，增强了速度场与温度场之间的协同程度，起到强化传热的作用；同时流体的螺旋流动提高了管内流体的湍流程度，进一步强化传热；由于气-液-固三相间的密度差，在产生的螺旋流和离心力的作用下，使得已经生成的水合物在管中心位置聚集，密度大的水相移向壁面，密度小的水合物不在管壁换热面处停留，微小的气泡几乎不受内生力场的影响，此内生力场环境促进表面介质更新、多相体系分离；

工艺变换单元与反应器连接形成闭环回路，反应器内的气相和液相在工艺变换单元的作用下形成并流、逆流两种生产工艺；两台反应器在工艺变换单元的作用下形成串联和并联两种生产工艺；

反应器由五部分构成：反应器底部设置有进气管、进水管，下部安装有气流分布器，中部为反应区，上部设置内循环器，顶部设置排气阀；反应器下部的进气口与气体压缩机连接，压缩机出口处有气体流量计和压力表，进水管与输送泵连接；反应器中部为反应区，由列管和壳程组成，列管内为反应混合液，壳程为制冷液，反应器中部设置制冷液出入口，与制冷单元连接,通过阀门调节流量；反应器上部为多相分离区，设有内循环器调节反应停留时间和水合物形貌，实现多相分离；反应器上、下部均设置产品排放管，其中上部排放管出口通过节流阀与中间储罐连接；反应器顶部设置排气阀，用于调节反应器内压力以及排放未被反应液吸收的气体；

中间储罐设有安全阀和排气管，下部有阀门和管线与分离机连接。中间储罐内制冷液进出管与储冷单元连接，向罐里的冷排供应制冷液；

分离机侧部设有产品排放口，分离机下部排水管与储水罐连接；储水罐上部与添加剂罐连接，新鲜水入口管与自来水管网连接，储水罐下部出口管与输送泵连接，储水罐的制冷液进出管与制冷单元连接，向储水罐里的冷排供应制冷液；

反应器经排放阀、中间储罐、分离机、储水罐和输送泵形成水循环回路；

为了快速移除水合物生成热，本实用新型设置了制冷单元和储冷单元向反应段壳程补充冷量，储冷单元体积与反应器体积之比为5～6。同时，本实用新型所涉及的反应器壳程采用降膜式换热，制冷液贴近反应管外壁面从上至下流动，传热效率是管壳式换热方式的5倍以上，加快了反应热移除的速率；

为了控制反应液的混合程度，同时调节水合物形貌，将反应混合液循环流量控制在2～6m³/h，优化为3～5m³/h；

压力稳定单元可稳定生产系统的压力，减小压力的波动，稳定水合物生成环境；

中控系统控制反应器、工艺变换单元、压力稳定单元、制冷单元、储冷单元、输送泵、压缩机及各个阀门，监控各项工艺操作数据并同步输出工艺参数，工艺参数主要包括反应混合液温度及输送泵流量、制冷液温度及流量、反应器内压力、进气流量等。

本实用新型的方法具有以下优点：

1)本实用新型所涉及的气水合物反应器采用内螺旋槽结构，针对水合物生成体系，促进多相体系分离，强化传质传热。

2)反应器壳程采用降膜换热方式，在考察的范围内，降膜换热的传热效率是管壳式传热效率的5倍以上，有利于水合物生成热的快速移除。

3)通过工艺变换单元实现多级正、逆循环操作，提高了该套装置的稳定性和适用性。

4)设置内循环器，实现多相体系停留时间的调节和水合物形貌的调节。

附图说明

图1、降膜换热与管壳式换热的换热性能对比

图2、工艺流程图

图中：1-工艺变换单元，2-内螺旋槽反应器，3-进气口，4-输送泵，5-节流阀，6-排气阀，7-中间储罐，8-制冷单元，9-储冷单元， 10-分离机，11-添加剂储罐，12-储水罐，13-气体压缩机，14-压力稳定单元，15-中控系统。

图3、反应器剖面图

图中：16-排气阀，17-内循环器，18-壳程，19-管程，20-工艺变换控制单元，21-气流分布器，22-单向阀，23-进气口，24-进水口， 25-产品排放口，26-制冷液出口，27-制冷液进口，28-产品排放口， L1-应器顶部，L2-反应器上部，L3-反应器中部，L4-反应器下部，L5-反应器底部。

图4、工艺变换单元

图5、压力稳定单元

图6、反应单元内流体流域

具体实施方式：

结合附图由实施例对本实用新型作进一步说明。但是，实施例并不构成本实用新型权利范围的限制。

装置包括工艺变化控制单元1、内螺旋槽反应器2、进气阀3、输送泵4、节流阀5、排气阀6、中间储罐7、制冷单元8、储冷单元 9、分离机10、添加剂罐11、储水罐12、气体压缩机13、压力稳定单元14、中控系统15。

A)内螺旋槽反应器2连接到工艺变换单元1的两端形成回路，工艺变换单元2由变送器、控制器、控制阀构成，可实现两台内螺旋槽反应器的并联、串联工艺操作，也可实现单台内螺旋槽反应器内气相与液相的并流、逆流工艺操作,工艺变换单元逻辑控制图由附图4给出；

B)内螺旋槽反应器,以下简称反应器，该反应器由五部分构成：反应器下部安装有气流分布器；反应器底部设置有进气口23和进水口24，进气口23与压缩机13相连接，进水口24与输送泵4相连接；反应器中部为反应区，由列管和壳程组成，列管19内为反应混合液，壳程18为制冷液，制冷液从上至下贴近反应管外壁面流动；反应器上部为多相分离区，设有内循环器17调节反应停留时间和水合物形貌，实现多相分离；反应器上部、底部均设置产品排放口25和28，产品排放口28与中间储罐7连接；反应器顶部设置排气口16；反应器经排放阀5、中间储罐7、分离机10、储水罐12和输送泵4形成水循环回路；

C)制冷单元设有五个回路：一路与内螺旋槽反应器2A连通，一路与另一台内螺旋槽反应器2B连通，一路与中间储罐7连通，一路与储水罐12连通，一路与储冷单元9连通；

D)反应器设置压力稳定单元14，控制反应器内压力的稳定；

E)反应器运行压力为2～9MPa，温度为2～12℃；

F)反应器内混合液循环流量控制在2～6m³/h；

G)储冷单元9体积与反应器2体积之比为5～6；

H)中控系统15控制内螺旋槽反应器2、工艺变换单元1、压力稳定单元14、制冷单元8、储冷单元9、输送泵4、压缩机13及各个阀门，监控各项工艺操作数据并同步输出工艺参数，工艺参数主要包括反应混合液温度及输送泵流量、制冷液温度及流量、反应器内压力、进气流量等；

工艺变换单元控制逻辑如下表所示，结合附图4。

压力稳定单元控制逻辑如下表所示，结合附图5。

压力	气体压缩机控制	排气阀控制
			压力过高	降低压缩机频率	调大排气阀F7A/B
压力过低	增加压缩机频率	调小排气阀F7A/B

实施例1：

开启制冷单元8和储冷单元9，向储水罐12、中间储罐7供应制冷液，将反应器2内的混合液温度控制在6.5℃；启动中控系统15 和输送泵4，将浓度300ppm的SDS反应混合液通过输送泵4输送至反应器2内。当反应器2上部水位超过内循环器顶部，达到指定液位后，开启旁通管出口的节流阀5，调节阀的开启度和输送泵的流量，使的反应混合液经排放口28、中间储罐7、分离机10、储水罐12和输送泵4形成稳定的水循环回路；启动制冷单元8向反应器2的壳程供应制冷液对反应器降温，控制反应器2内的混合液温度稳定在 6.5℃；开启进气阀3和气体压缩机13，将甲烷浓度97％的煤层气经压缩机13流量调节后通入反应器2内，进气流量控制在80Nm³ _/h，通过压力稳定单元14控制反应器内压力稳定在7.5MPa,通过控制工艺变换单元1使得反应混合液循环流量稳定在5.0m³/h；此时，反应管内开始生成气水合物，形成水合物浆料；水合物浆料通过反应器上部的导流板进入内循环器17与反应器壁面之间的空间进行液-固分离；聚集在反应器上部的水合物浆料，经节流阀5流入中间储罐7，在中间储罐7进行气体-浆料分离，分离出的气体回收再利用，分离出的浆料流入分离机10进行液-固分离；经分离机10分离出的“干”水合物经简单包装后运送至冷库保存。分离出的液体流入储水罐12，与补充的新鲜水、添加剂混合后，由输送泵4循环回反应器，实现物料循环，同时回收部分冷量；反应后获得“干”水合物，水合物中含气量达到170V/V。

实施例2：

采用实施例1的工艺过程，但反应塔内的压力控制在9.0MPa，反应液温度为5.0℃。反应后获得“干”水合物，水合物中含气量达到115.36V/V。

实施例3：

采用实施例1的工艺过程，但反应塔内的压力控制在7.5MPa，气体为甲烷浓度45％的垃圾填埋气，反应液温度为5.0℃。反应后获得“干”水合物，水合物中含气量达到88V/V。

Claims (3)

1.一种制备气水合物的装置，其特征在于：该装置包括2台内螺旋槽反应器、2个工艺变换单元、2个压力稳定单元、2个节流阀、2个进口阀、2个排放阀、2台输送泵、1台气体压缩机、分离机、中间储罐、储水罐、添加剂储罐、制冷单元、储冷单元、中控系统；

A.内螺旋槽反应器连接到工艺变换单元的两端形成回路，工艺变换单元由变送器、控制器、控制阀构成；

B.内螺旋槽反应器，以下简称反应器，由五部分构成：反应器底部设置有进气管、进水管，下部安装有气流分布器，中部为核心反应区，上部设置内循环器，顶部设置有排气阀；反应器底部的进气口与气体压缩机连接，进水口与输送泵连接；反应器中部为反应区，由列管和壳程组成，列管内为反应混合液，壳程为制冷液，反应器中部设置制冷液出入口，与制冷单元连接；反应器上部为多相分离区，设有内循环器；反应器上部、底部均设置产品排放管，其中上部排放管出口通过节流阀与中间储罐连接；反应器顶部设置排气阀；

C.制冷单元设有五个回路：一路与内螺旋槽反应器连通，一路与另一台内螺旋槽反应器连通，一路与中间储罐连通，一路与水罐连通，一路与储冷单元连通；

D.内螺旋槽反应器经节流阀、中间储罐、分离机、储水罐和输送泵形成水循环回路。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：反应器壳程采用降膜式换热，制冷液贴近反应管外壁面从上至下流动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：中控系统控制反应器、工艺变换单元、压力稳定单元、制冷单元、储冷单元、输送泵、压缩机及各个阀门。

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