УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРАТА МЕТАНА Российский патент 2023 года по МПК C10L3/10 B01F23/213 B01F25/10 

Изобретение относится к устройствам для осуществления физических процессов, а именно к устройствам смешения и может быть использовано для получения гидрата метана в технологических процессах химической и топливной отраслях.

Известна установка для получения газовых гидратов [RU 2045718 C1, МПК F25D3/12 (1995.01), опубл. 10.10.1995], содержащая кристаллизатор с охлаждающей рубашкой, трубопроводы для подвода воды и гидратообразующего газа. Сосуд для предварительного насыщения жидкости газом установлен на вибраторе, подсоединенном к трубопроводам для воды и газа и герметично соединенным с кристаллизатором, при этом охлаждающая рубашка последнего предназначена для подачи жидкости с температурой на криогенном уровне.

Наличие вибратора усложняет конструкцию установки.

Известна установка для производства гидрата метана [RU 2643370 С1, МПК C10L 3/10 (2006.01), опубл. 01.02.2018], выбранная в качестве прототипа, содержащая реактор, выполненный в виде вертикальной колонки. К реактору подведены магистральный газопровод метана, водопровод с насосом и компрессором и холодильная система. Колонка реактора сверху вниз разделена на смесительную камеру, камеру предварительного охлаждения, камеру сбора стеклообразного газового гидрата метана и конденсата воды. Снаружи реактора пристроена отдельная камера низких температур. В смесительной камере расположены распылители газа и воды инжекторного типа, соединенные с магистральными трубопроводами высокого давления газа метана и воды. Под смесительной камерой расположена отделенная мелкоячеистой горизонтальной перегородкой камера предварительного охлаждения, в которой установлены конвекторы холодильной системы вертикального расположения. Между камерой предварительного охлаждения и камерой сбора стеклообразного газового гидрата метана расположена сепараторная решетка, отделяющая камеру сбора стеклообразного газового гидрата метана и конденсата воды, в которой к стенкам колонки с зазором установлен сливной лоток, имеющий уклон в сторону сливного отверстия, выполненного в стенке колонки, через которое проходит соединительная трубка с камерой низких температур. В верхней части камеры низких температур установлен конвектор холодильной системы горизонтального расположения, а в донной части имеется люк выгрузки готового продукта. Контрольные приборы давления газа метана и воды расположены перед смесительной камерой. Датчики контроля давления и температуры расположены в смесительной камере, в камере предварительного охлаждения и в камере низких температур.

Разделение реактора на отдельные камеры и наличие камеры низких температур усложняют конструкцию установки.

Техническим результатом предложенного нами изобретения является создание устройства для получения гидрата метана более простой конструкции.

Устройство для получения гидрата метана, также как в прототипе, содержит вертикальный цилиндрический реактор, к которому подведены газопровод метана и водопровод с насосом, датчики контроля давления и температуры, расположенные внутри реактора, отверстие для выгрузки готового продукта, выполненное в донной части реактора.

Согласно изобретению реактор выполнен с двойными боковыми стенками, полость между которыми заполнена жидким хладагентом и соединена с термостатом. Через боковые стенки внутрь верхней части реактора, напротив друг друга, вмонтированы штуцер и форсунка, причем штуцер вмонтирован так, что его осевой канал образует острый угол с внутренней поверхностью реактора и расположен параллельно дну реактора, а сопло форсунки направлено радиально к центру реактора. Штуцер газопроводом через редуктор соединен с баллоном, наполненным метаном, а к форсунке первым водопроводом, снабженным манометром, через первую задвижку и насос подсоединен бак с водой, который через второй водопровод и вторую задвижку соединен с системой водоснабжения. Отверстие для выгрузки готового продукта, выполненное на дне реактора, снабжено крышкой.

В отличие от прототипа, газовый поток подают в реактор касательно к его стенкам, что обеспечивает смешение газа с тонко распыленной водой, при их закручивании в вихре. Вода и газ образуют водно-газовую смесь, заполняющую пространство реактора, из которой при заданном давлении и температуре образуется газовый гидрат.

Для получения гидрата метана все стадии образования гидрата осуществляются в одном реакторе, без разделения его на отдельные камеры. Это упрощает устройство для получения гидрата метана и сам процесс гидратообразования.

На фиг. 1 приведена схема устройства для получения гидрата метана.

На фиг. 2 приведена схема реактора вид сверху.

Устройство для получения гидрата метана содержит вертикальный цилиндрический герметичный реактор 1 из нержавеющей стали с двойными боковыми стенками, полость 2 между которыми заполнена жидким хладагентом и соединена с термостатом 3 (Т). Через боковые стенки внутрь верхней части реактора 1, напротив друг друга, вмонтированы штуцер 4 и форсунка 5. Штуцер 4 вмонтирован так, что его осевой канал образует острый угол с внутренней поверхностью реактора 1 и расположен параллельно дну реактора 1. Форсунка 5 вмонтирована так, что ее сопло направлено радиально к центру реактора 1.

Баллон 6, наполненный метаном, газопроводом через редуктор 7 соединен со штуцером 4. К форсунке 5 первым водопроводом, снабженным манометром 8, через первую задвижку 9 и насос 10 подсоединен бак с водой 11. Бак с водой 11 через второй водопровод и вторую задвижку 12 соединен с системой водоснабжения. Внутрь верхней части реактора 1 вмонтированы датчик давления 13 и датчик температуры 14. На дне реактора 1 выполнено отверстие 15, которое снабжено крышкой.

Был использован реактор 1 диаметром 400 мм и высотой 615 мм, выдерживающий давление до 16 МПа. В качестве штуцера 4 использован штуцер длиной 80 мм с резьбой M20×1,5. Была использована форсунка 5 мелкодисперсного распыла воды типа ТУМАН ФМТ-100 с резьбой M20×1,5 с углом распыла от 45° до 90°. Полость 2 между боковыми стенками реактора 1 может быть заполнена антифризом или тосолом. В качестве термостата 3 (Т) использован термостат КРИО-ВТ-12-1, в качестве датчика давления 13 - преобразователь аналоговых сигналов измерительный универсальный Овен ИТП-100, в качестве датчика температуры 14 - ТПС Овен ДТСхх5 с коммутационной головкой EXIA и гильзой M20×1,5, НСХ 50М, диапазон измерений -50…+180°.

Температуру в реакторе 1 устанавливают в пределах от -20° до +20° с помощью термостата 3 (Т), задающего выходную температуру хладогента, заполняющего полость 2 между боковыми стенками реактора 1. Если температура ниже -20°, то понижают давление в реакторе 1 до 5 МПа. Если температура выше +20°, то повышают давление в реакторе 1 до 15 МПа. Для этого в реактор 1 по касательной к его внутренним стенкам через штуцер 4 подают метан под давлением 5-15 МПа при комнатной температуре. Одновременно при таком же давлении и температуре в реактор 1 подают воду, распыляя ее через форсунку 5 до мелкодисперсного состояния. Если давление метана или воды ниже 5 МПа, то с помощью термостата 3 (Т), увеличивающего расход хладагента, понижают температуру в реакторе 1 до -20 °С. Если давление метана или воды выше 15 МПа, то с помощью термостата 3 (Т), уменьшающего расход хладагента, повышают температуру в реакторе до +20 °С. Объемы подаваемого в реактор 1 метана и воды соотносятся как 1 к 6. Метан подают по газопроводу из баллона 6 с помощью редуктора 7, задающего выходное давление метана. Воду подают по первому водопроводу с помощью насоса 10. Давление воды измеряют манометром 8 и регулируют первой задвижкой 9. Бак 11 пополняют водой при помощи второго водопровода, соединенного через вторую задвижку 12 с системой водоснабжения. Поток метана, имеющий высокую скорость по сравнению с находящемся в реакторе 1 воздухом, закручивают, направляя его по касательной к стенкам реактора 1, и смешивают с тонкораспыленной водой, образуя при этом водно-газовую смесь. Водно-газовая смесь движется по траектории вихря.

Давление в реакторе 1 измеряют датчиком давления 13, температуру - датчиком температуры 14. Гидрат метана, образованный в вихре и скопившийся в нижней части реактора 1, извлекают вручную через отверстие 15 в его дне и хранят при атмосферном давлении и температуре не более -2°. При таких условиях гидрат метана подвергают самоконсервации, то есть покрытию коркой льда.

Таким образом получают гидрат метана, состоящий из 13 % метана и 87 % воды.

Изобретение относится к устройствам для осуществления физических процессов, а именно к устройствам смешения и может быть использовано для получения гидрата метана в технологических процессах химической и топливной отраслях. Устройство для получения гидрата метана содержит вертикальный цилиндрический реактор, который выполнен с двойными боковыми стенками, полость между которыми заполнена жидким хладагентом и соединена с термостатом. Через боковые стенки внутрь верхней части реактора, напротив друг друга, вмонтированы штуцер и форсунка. Штуцер вмонтирован так, что его осевой канал образует острый угол с внутренней поверхностью реактора и расположен параллельно дну реактора, а сопло форсунки направлено радиально к центру реактора. Штуцер газопроводом через редуктор соединен с баллоном, наполненным метаном, а к форсунке первым водопроводом, снабженным манометром, через первую задвижку и насос подсоединен бак с водой, который через второй водопровод и вторую задвижку соединен с системой водоснабжения. Внутри реактора расположены датчики контроля давления и температуры. Отверстие для выгрузки готового продукта, выполненное на дне реактора, снабжено крышкой. Технический результат: упрощение конструкции. 2 ил.

Устройство для получения гидрата метана, содержащее вертикальный цилиндрический реактор, к которому подведены газопровод метана и водопровод с насосом, датчики контроля давления и температуры, расположенные внутри реактора, отверстие для выгрузки готового продукта, выполненное в донной части реактора, отличающееся тем, что реактор выполнен с двойными боковыми стенками, полость между которыми заполнена жидким хладагентом и соединена с термостатом, через боковые стенки внутрь верхней части реактора, напротив друг друга, вмонтированы штуцер и форсунка, причем штуцер вмонтирован так, что его осевой канал образует острый угол с внутренней поверхностью реактора и расположен параллельно дну реактора, а сопло форсунки направлено радиально к центру реактора, при этом штуцер газопроводом через редуктор соединен с баллоном, наполненным метаном, а к форсунке первым водопроводом, снабженным манометром, через первую задвижку и насос подсоединен бак с водой, который через второй водопровод и вторую задвижку соединен с системой водоснабжения, отверстие для выгрузки готового продукта, выполненное на дне реактора, снабжено крышкой.