變體積攪拌式高壓反應釜的製作方法
2023-04-24 10:51:36 1
專利名稱：變體積攪拌式高壓反應釜的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓反應釜，用於水合物相平衡實驗及水合物分離混合氣體 的實驗。
背景技術：
眾所周知，天然氣水合物作為潛在的新能源在全世界受到高度重視，基於水合物 應用技術的開發也受到越來越多的關注。氣體水合物是小分子氣體(N2、co2、CH4、C2H6、C3H8 等)和水在一定的溫度和壓力條件下生成的一種晶體。目前，國外已就多種水合物應用技 術在石油、化工和環境保護等工業領域應用進行了實驗室研究和工業化開發。水合物應用 技術在我國發展還是剛剛起步，大部分的實驗研究還處於水合物相平衡和動力學的基礎理 論上階段，其中，反應容器是水合物各種試驗研究的核心裝置，然而，目前的研究重點往往 側重於實驗工藝及方法，對於水合物反應容器關注甚少。隨著水合物應用技術的日益發展， 這種矛盾越來越突出，尤其在水合物生成與分解、水合物相平衡測試及水合物氣體分離等 實驗上，反應容器呈現出功能單一、實驗周期長、造價昂貴等缺點。目前，國內外進行水合物實驗研究都採用高壓反應釜，一般的高壓反應釜分為兩 類固定體積帶機械攪拌反應釜與變體積帶磁子攪拌反應釜。固定體積帶機械攪拌反應釜 是目前國內外應用最多的反應釜，它最大的缺點在於實驗只能在固定的容積內進行，無法 改變與反應釜體積有關的參數或工況來進行試驗；另外，使用機械攪拌往往對電機的損害 很大。變體積帶磁子攪拌反應釜是隨著應用「壓力搜索法」測試水合物相平衡而使用的，它 最大的缺點在於磁子攪拌不能使氣一液良好的接觸，而且水合物生成時，磁子的攪拌就會 受到限制，甚至停轉。
發明內容為了克服現有的高壓反應釜不能同時有效的改變體積與發揮攪拌作用的缺陷，本 實用新型的目的是提供一種變體積攪拌式高壓反應釜，用於水合物相平衡實驗及水合物分 離混合氣體的實驗。本實用新型的目的按以下技術方案實現反應釜整體由可變體積部分、固定體積 部分和攪拌部分等三個部分組成，各部分之間以法蘭連接，可變體積部分與固定體積部分 的外側包裹循環水套，用於製冷。可變體積部分由可變腔體、活塞、上堵頭組成，可變腔體為 圓筒形；活塞內嵌於可變腔體中；液壓活塞入口布置在上堵頭，與手動計量泵之間用管線 連接，上堵頭與活塞之間為液壓介質，液壓介質通過液壓活塞入口由手動計量泵進入活塞 上部；可變腔體容積的改變由液壓手動計量泵推動液壓介質進出活塞上部，使活塞移動來 控制體積，可變的最大體積由實驗的最大氣液比決定，保證在容器允許的承壓範圍內能最 大限度的進行試驗工況，氣體的進出通道布置在活塞杆上，進氣管與壓力傳感器相連，能夠 測得反應過程中壓力的變化；固定體積部分則是由實驗的最小氣液比決定，並且保證分離 實驗過程中提取的氣樣量對反應釜內的壓力變化在誤差允許範圍內，固定體積腔體是與可
3變腔體同軸的圓筒形，內徑比可變腔體內徑小，保證活塞不會下移至固定體積部分與攪拌 杆碰觸；另外，固定體積部分的下部開有進/出水口，中部與上部分別開有溫度傳感器的插 槽，溫度傳感器能夠準確測得反應過程中氣液兩相溫度的變化；攪拌部分屬於磁耦合攪拌， 包括電機與攪拌杆，攪拌杆裝有兩層攪拌葉，分別布置在液相與氣相，既能保證氣體均勻混 合又能保證氣液良好的接觸；液壓活塞入口和液壓攪拌入口相通，保證整個系統壓力平衡， 不會使攪拌軸由於承壓而軸心偏移。本實用新型的有益效果是，高壓反應釜能同時有效的改變體積與發揮攪拌作用， 可變體積部分、固定體積部分和攪拌部分三部分能夠獨立拆卸，方便維修與安裝。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型所提出的變體積攪拌式高壓反應釜的結構示意圖。圖2是高壓釜可變體積部分的縱剖面構造圖。圖3是高壓釜固定體積部分的縱剖面構造圖。圖4是壓帽的剖視圖。圖5是高壓釜上堵頭的縱剖面構造圖。圖6是高壓釜活塞的縱剖面構造圖。圖中，1.進氣通道，2.液壓活塞入口，3.可變腔體，4.循環水套，5.上部法蘭， 6.液相進/出口，7.固定體積部分，8.液壓攪拌入口，9.出氣通道，10.活塞，11.冷卻液出 口，12.氣相溫度傳感器插槽，13.液相溫度傳感器插槽，14.冷卻液入口，15.攪拌軸，16.下 部法蘭17.電機。
具體實施方式
如
圖1所示，本實用新型所提出的變體積攪拌式高壓反應釜整體由可變體積部 分、固定體積部分7和攪拌部分等三個部分組成，各部分之間以法蘭連接，可變體積部分與 固定體積部分7的外側包裹循環水套4，用於製冷。可變體積部分由可變腔體、活塞、上堵頭 組成，可變腔體為圓筒形；活塞內嵌於可變腔體；液壓活塞入口布置在上堵頭，與手動計量 泵之間用3mm管線連接，上堵頭與活塞之間為液壓介質，液壓介質通過液壓活塞入口由手 動計量泵推動進出活塞上部，使活塞移動來控制可變體積。固定體積腔體是內徑比可變腔 體小1mm的同軸圓筒，攪拌部分屬於磁耦合攪拌，包括電機與攪拌杆，攪拌杆裝有兩層攪拌 葉，分別布置在液相與氣相，既能保證氣體均勻混合又能保證氣液良好的接觸；液壓活塞入 口和液壓攪拌入口相通，保證整個系統壓力平衡，不會使攪拌軸由於承壓而軸心偏移。以「壓力搜索法」水合物相平衡測試實施為例，將高壓釜三部分進行組裝，使用上 部法蘭5與下部法蘭16連接，將一定體積的反應溶液通過液相進/出口 6注入高壓釜，並 啟動液壓系統，通過液壓活塞入口 2和液壓攪拌入口 8，向可變腔體3與攪拌軸15的腔室內 注液，得到一個適中的體積便於活塞移動，同時打開製冷系統，將一定溫度的製冷液注入冷 卻液入口 14，使之在循環水套4中循環，通過出氣通道9將高壓釜抽真空，然後打開氣瓶，通 過進氣通道1向高壓釜充氣至一定的初始壓力，同時啟動攪拌電機17。觀察壓力與溫度的 變化，直至壓力保持穩定。調節液壓系統，使活塞上移，進行降壓，直至壓力上升穩定，再調節液壓系統，推動活塞下移，進行升壓，直至壓力下降穩定。如此反覆操作，使壓力最終收斂 到一個穩定值，便得到了一定初始組成、一定溫度下的水合物相平衡壓力值。 如
圖1所示以混合氣體分離實驗為例，將一定體積的反應溶液通過液相進/出口 6注入高壓釜，並啟動液壓系統，通過液壓活塞入口 2和液壓攪拌入口 8，向可變腔體3與攪 拌軸15的腔室內注液，得到反應所需的反應釜體積，同時打開製冷系統，將一定溫度的制 冷液注入冷卻液入口 14，使之在循環水套4中循環，通過出氣通道9將高壓釜抽真空，然後 打開氣瓶，通過進氣通道1向高壓釜充氣至一定的初始壓力，同時啟動攪拌電機17。反應過 程中間斷的通過出氣通道9取氣，可以得到初始階段、溶解階段、生成階段的氣相氣體的摩 爾組成。當壓力穩定後，緩慢打開出氣通道9，同時調節液壓系統，推動活塞下移，儘量保持 高壓釜的壓力不變，直至氣體全部逸出，關閉出氣通道9，調節液壓系統，活塞上移，使反應 釜壓力降低，水合物分解，分解過程中間斷的通過出氣通道9取氣，得到分解過程的氣體摩 爾組成。改變初始壓力、反應釜的體積、製冷溫度、反應溶液體積等均能夠得到不同的分離
情況。[0018]主要技術指標[0019]反應釜最高承壓20MPa[0020]反應釜製作材料:lCrl8Ni9Ti[0021]可變腔體內徑①81mm[0022]活塞最大行程90mm[0023]活塞杆長度165mm[0024]活塞厚度35mm[0025]固定腔體內徑0 80mm[0026]固定腔體高65mm。
權利要求一種變體積攪拌式高壓反應釜，包括可變體積部分、固定體積部分和攪拌部分，各部分之間以法蘭連接，其特徵是可變體積部分由可變腔體、活塞、上堵頭組成，可變腔體為圓筒形，活塞內嵌於可變腔體中，液壓活塞入口布置在上堵頭，與手動計量泵之間用管線連接，上堵頭與活塞之間為液壓介質，液壓介質通過液壓活塞入口由手動計量泵進入活塞上部，氣體的進出通道布置在活塞杆上，進氣管與壓力傳感器相連，能夠測得反應過程中壓力的變化；固定體積部分的固定腔體是與可變腔體同軸的圓形筒，其內徑比可變腔體內徑小，保證活塞不會下移至固定體積部分與攪拌杆碰觸，固定體積部分的下部開有進/出水口，其中部與上部分別開有溫度傳感器的插槽；攪拌部分屬於磁耦合攪拌，包括電機與攪拌杆，攪拌杆裝有兩層攪拌葉，分別布置在液相區與氣相區；液壓活塞入口和液壓攪拌入口相通。
2.根據權利要求1所述的變體積攪拌式高壓反應釜，其特徵是可變體積部分與固定 體積部分都包裹有循環水套。
3.根據權利要求1所述的變體積攪拌式高壓反應釜，其特徵是固定腔體內徑比可變 腔體內徑小1mm。
4.根據權利要求1所述的變體積攪拌式高壓反應釜，其特徵是可變體積部分與固定 體積部分之間、固定體積部分與攪拌部分之間以及活塞與可變腔體之間均由0型圈密封。
專利摘要本實用新型提供了一種變體積攪拌式高壓反應釜，用於水合物相平衡實驗及水合物分離混合氣體實驗。它主要由可變體積、固定體積和攪拌三部分通過法蘭連接而成。可變體積部分根據實驗要求，通過液壓系統推動活塞移動，調整可變腔體的容積實現，進氣通道與出氣通道布置在活塞杆上；固定體積部分布置有兩個溫度傳感器插槽，用於氣液兩相溫度的測定，底端布有液相進/出口；攪拌部分的兩層攪拌葉設置在磁耦合攪拌軸上，能充分起到氣液固的攪拌作用。該實用新型尤其適用於氣體水合物相平衡及水合物氣體分離的反應。
文檔編號B01J19/18GK201579035SQ201020002048
公開日2010年9月15日 申請日期2010年1月11日 優先權日2010年1月11日
發明者唐建峰, 朱建魯, 朱超, 李玉星, 王武昌, 王琳, 邱鈺文, 陳玉亮 申請人:中國石油大學(華東)