CN105107429B - 一种半连续活塞式水合物饼生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半连续活塞式水合物饼生成装置，属于水合物技术应用领域。该半连续活塞式水合物饼生成装置包括反应釜、温度控制***、数控***和数据采集***。反应釜内安放活塞，往复运动的活塞可将生成的水合物压缩成圆饼状；温度控制***可以精确的控制空气浴操作台的温度，从而控制反应釜内的温度；数据采集***可以实时采集温度、压力信号，并进行实时分析；数控***控制液体源和高压气源向反应釜内注入定量液体和气体并使反应釜压力达到设定值，另外，数控***控制旋转轴电动机使反应釜按一定速率顺时针和逆时针180度旋转，从而使气液两相充分混合，促进水合物生成，另外数控***可控制伸缩杆和旋转伸缩式拆卸头进行方便拆卸。
Description
技术领域
本发明涉及一种半连续活塞式水合物饼生成装置，属于水合物技术应用领域。
背景技术
随着天然气资源在国民生产和生活中的地位日益重要，加快发展天然气储运技术也就成为有效利用天然气资源的关键。目前，实际应用的储运方式有:通过管道在压力下以气态输送(PNG)和利用低温技术将天然气液化(LNG)。世界上目前约有75％的天然气采用管道输送。天然气管道输送技术相对成熟，但是管道建设投资巨大，约占整个天然气工业投资的三分之一。天然气液化法是目前天然气远洋储运的主要手段，该技术输送了天然气总量的25％。但是该法需要低温制冷，能耗高，工厂建设之初投资巨大，技术要求高。我国有大量的边远零散的气田，井口压力高但总体储量又有限，以PNG法和LNG法输送不具有经济优势，这些气田的开采和利用需要新型天然气储运技术。
以天然气水合物的形式储运天然气是一种新兴的安全可靠得储运新方法，并且可以大幅度降低储运费用。水合物储运天然气是指在一定的压力和温度下，按比例将天然气和水进行水合反应，固化成水合物后进行储运的方法。由于在标准状态下，1m3的天然气水合物理论上可以储存150-180m3的天然气，因此可以在较低的温度(-5-15℃)和压力(1-2MPa)下以水合物的形式储运天然气。水合物储运天然气技术不仅可以有效的利用油田伴生气，而且对于海上浮式采油、储油和卸油***伴生气的收集也是一种具有发展潜力的新技术。
发明内容
为了使天然气生成水合物连续快速生成并且便于运输，本发明提供了一种半连续活塞式水合物饼生成装置，该装置数控***能够控制反应釜顺时针和逆时针方向旋转，促使气液两相混合充分，并通过控制温度和压力条件，使流动的两相中快速生成水合物；反应釜活塞在其两侧压差作用下往复运动，将生成的水合物压缩成圆饼状，便于天然气水合物储存和运输；该装置的伸缩装卸杆和反应釜堵头设计可以实现方便拆卸；该装置可以精准的采集并控制反应温度和压力条件。该装置造价较低，其发明对于天然气水合物法储存运输具有重要的意义。
本发明的技术方案是：一种半连续活塞式水合物饼生成装置，该半连续活塞式水合物饼生成装置包括反应釜2、温度控制***、数控***和数据采集***；
所述反应釜2采用316不锈钢，反应釜2两端由反应釜堵头1密封，反应釜堵头1结构分为上部、中部和下部；反应釜堵头1上部设有两个对称的堵头槽口15，在反应釜堵头1的中部与堵头槽口15对应的位置设置两个堵头挡片16，反应釜堵头1下部安装两个橡胶圈9；反应釜堵头1内部安装电热丝7，在反应釜2的两端分别设有气液入口5、排气口4和安全阀13；反应釜2内安置活塞3；在安全阀13与反应釜堵头1间的反应釜2内壁安装位置可调的活塞挡片6；反应釜堵头1和反应釜2间通过橡胶圈9密封，反应釜堵头1上的堵头挡片16与反应釜2配合卡紧；反应釜2安装在旋转支架上，旋转支架与旋转轴14相连，旋转轴14安装在空气浴操作台12中部；在空气浴操作台12下端安装伸缩杆11，伸缩杆11顶部安装旋转伸缩式拆卸头8；
所述温度控制***包含数控台22和空气浴操作台12，反应釜2放置在空气浴操作台12中，保持低温；
所述数控***包含数控台22、排气口4、高压气源17、液体源18、支架旋转轴14、旋转轴电动机20、伸缩杆11和伸缩杆电动机21；数控台22控制高压气源17和液体源18向反应釜内注气注液体，数控台22控制旋转轴电动机20使支架旋转轴14转动，使反应釜顺时针方向或逆时针方向旋转180度，数控台22控制旋转伸缩式拆卸头8伸缩进而卡紧反应釜堵头1上部的两个堵头槽口15，通过旋转和平移运动将反应釜堵头1从反应釜2上装卸，数控台22控制伸缩杆电动机21，使伸缩杆11沿杆的轴向前后伸缩，将反应釜堵头1移动到反应釜2与空气浴操作台12之间，或将反应釜堵头1移回到反应釜2上，伸缩杆11分为长度相同、内径依次增大的四段，伸缩杆11内径最大的一段与伸缩杆电动机21相连，伸缩杆11内径最小的一段与旋转伸缩式拆卸头8相连；
所述的数据采集***包含计算机30、温压传感器23，实时监测并采集反应釜2内的温度和压力数据。
本发明的有益效果是：这种半连续活塞式水合物饼生成实验装置包含一个反应釜、温度控制***、数据采集***和数控***。反应釜内安放活塞，往复运动的活塞可将生成的水合物压缩成圆饼状；温度控制***可以精确的控制空气浴操作台的温度，从而控制反应釜内的温度；数据采集***可以实时采集温度、压力信号，并进行实时分析；数控***控制液体源和高压气源向反应釜内注入定量液体和气体并使反应釜压力达到设定值，另外，数控***控制旋转轴电动机使反应釜按一定速率顺时针和逆时针180度旋转，从而使气液两相充分混合，促进水合物生成，另外数控***可控制伸缩杆和旋转伸缩式拆卸头进行方便拆卸。其优点是：
1)反应釜能承受0－15MPa的压力和258－288K，可以满足水合物的生成温度和压力条件；
2)反应釜内活塞可在一定行程内往复运动，促使水合物生成并将其压缩成圆饼状；
3)反应釜内活塞挡片位置可调，可以控制活塞的行程和水合物饼的厚度；
4)反应釜堵头安装的电热丝可以局部加热堵头部分，使取出水合物饼后残留的水合物融化，防止水合物残渣造成密封不严；
5)反应釜堵头的双密封圈结构可以增强堵头的密封性；
6)旋转伸缩式拆卸头可以多方向伸缩，并与反应釜堵头配合，实现方便拆卸；
7)伸缩杆可以增强操作的连续性，增大反应釜底部空间，有利于取出水合物饼；
8)空气浴操作台内保持低温，可防止从反应釜取出的水合物饼分解；
9)***造价相对较低；
10)对于水合物法惊醒天然气储存运输具有重要意义。
附图说明
图1是一种半连续活塞式水合物饼生成装置工作原理框图。
图2是一种半连续活塞式水合物饼生成装置反应釜釜体结构图。
图3是一种半连续活塞式水合物饼生成装置旋转支架示意图。
图4是一种半连续活塞式水合物饼生成装置反应釜堵头结构示意图。
图5是一种半连续活塞式水合物饼生成装置可与反应釜堵头配合的釜体结构示意图。
图6是一种半连续活塞式水合物饼生成装置伸缩杆示意图。
图中：1反应釜堵头；2反应釜；3活塞；4排气口；5气液入口；6活塞挡片；7电热丝；8旋转伸缩式拆卸头；9橡胶圈；10旋转支架；11伸缩杆；12空气浴操作台；13安全阀；14支架旋转轴；15堵头槽口；16堵头挡片；17高压气源；18液体源；19计算机；20旋转轴电动机；21伸缩杆电动机；22数控台；23温压传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1所示为半连续活塞式水合物饼生成装置工作原理框图，其工作过程为：实验开始时，连接好管路并检查气密性
1温度控制***工作过程为：将空气浴操作台的温度设置到实验设定值，使反应釜温度降低至实验温度。
2数控***工作过程为：抽真空后，控制液体源从反应釜一侧注入定量液体，再控制高压气源将气体注入反应釜，使釜内压力达到实验设定值即定量气体。通过数控台设置反应釜旋转速度和旋转时间，促使水合物生成；通过反应釜另一侧注入气体促使活塞移动将水合物压缩成圆饼状，旋转结束后，数控台控制排气口对反应釜内泄压，接着通过数控台控制伸缩杆，使旋转伸缩式拆卸头位于反应釜堵头正下方，数控台控制旋转伸缩式拆卸头通过伸缩卡紧反应釜堵头上部的两个堵头槽口，通过旋转和平移运动将反应釜堵头从反应釜上卸下，然后数控台控制伸缩杆电动机，从而使伸缩杆向伸缩杆电动机方向缩回，将反应釜堵头移动到反应釜与空气浴操作台之间。然后通过向反应釜内注气将水合物饼推出反应釜。收集水合物饼后，操作数控台，通过伸缩杆和旋转伸缩式拆卸头将反应釜堵头安装到反应釜，开启反应釜堵头内的电热丝进行短暂加热，使水合物残渣分解，防止水合物残渣影响密封性，再次进行水合物饼生成。
3数据采集***工作过程为：热电偶、压力传感器采集得到反应釜内温度、压力信号，这些信号被传输到数据采集的计算机进行数据显示和存储。
Claims (1)
1.一种半连续活塞式水合物饼生成装置，其特征在于，该半连续活塞式水合物饼生成装置包括反应釜(2)、温度控制***、数控***和数据采集***；
所述反应釜(2)采用316不锈钢，反应釜(2)两端由反应釜堵头(1)密封，反应釜堵头(1)结构分为上部、中部和下部；反应釜堵头(1)上部设有两个对称的堵头槽口(15)，在反应釜堵头(1)的中部与堵头槽口(15)对应的位置设置两个堵头挡片(16)，反应釜堵头(1)下部安装两个橡胶圈(9)；反应釜堵头(1)内部安装电热丝(7)，在反应釜(2)的两端分别设有气液入口(5)、排气口(4)和安全阀(13)；反应釜(2)内安置活塞(3)；在安全阀(13)与反应釜堵头(1)间的反应釜(2)内壁安装位置可调的活塞挡片(6)；反应釜堵头(1)和反应釜(2)间通过橡胶圈(9)密封，反应釜堵头(1)上的堵头挡片(16)与反应釜(2)配合卡紧；反应釜(2)安装在旋转支架上，旋转支架与旋转轴(14)相连，旋转轴(14)安装在空气浴操作台(12)中部；在空气浴操作台(12)下端安装伸缩杆(11)，伸缩杆(11)顶部安装旋转伸缩式拆卸头(8)；
所述温度控制***包含数控台(22)和空气浴操作台(12)，反应釜(2)放置在空气浴操作台(12)中，保持低温；
所述数控***包含数控台(22)、排气口(4)、高压气源(17)、液体源(18)、支架旋转轴(14)、旋转轴电动机(20)、伸缩杆(11)和伸缩杆电动机(21)；数控台(22)控制高压气源(17)和液体源(18)向反应釜(2)内注气注液体，数控台(22)控制旋转轴电动机(20)使支架旋转轴(14)转动，使反应釜(2)顺时针方向或逆时针方向旋转180度，数控台(22)控制旋转伸缩式拆卸头(8)伸缩进而卡紧反应釜堵头(1)上部的两个堵头槽口(15)，通过旋转和平移运动将反应釜堵头(1)从反应釜(2)上装卸，数控台(22)控制伸缩杆电动机(21)，使伸缩杆(11)沿杆的轴向前后伸缩，将反应釜堵头(1)移动到反应釜(2)与空气浴操作台(12)之间，或将反应釜堵头(1)移回到反应釜(2)上，伸缩杆(11)分为长度相同、内径依次增大的四段，伸缩杆(11)内径最大的一段与伸缩杆电动机(21)相连，伸缩杆(11)内径最小的一段与旋转伸缩式拆卸头(8)相连；
所述的数据采集***包含计算机(30)、温压传感器(23)，实时监测并采集反应釜(2)内的温度和压力数据。
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