CN1537666A - 用于水合物法分离气体混合物的反应器 - Google Patents
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Abstract
一种用于水合物法分离气体混合物的反应器，它至少包括反应器壳体和设在壳体中的反应单元，壳体上端开设有气相出口和液相入口，下端开设有原料气进口和水合物出口，反应单元包括设置在反应器壳体内的塔板和塔板上方的喷淋装置，塔板上开设有一个以上开孔，原料混合气从反应器下端的原料气进口进入反应器，在反应条件下，原料气中的部分气体与喷淋装置喷出的雾状液体汇集到塔板上形成的液体层反应，生成水合物并排出。本发明防止气体在轴向的返混，扩大装置分离能力，同时扩大液体与气体的接触面积，单位体积水合物中的含气量增加，减少了液体的循环量和装置中制冷和加热单元的负荷，降低水合物法分离气体混合物的成本，提高装置的效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种分离气体混合物的反应器，尤其是一种采用水合物法分离气体混合物的反应器。
背景技术
目前，对于含氢气、甲烷、氮气等临界温度较低的气体混合物的分离，成熟的方法为低温分离，即在-70℃以下的低温状态下，混合气体由气态变为液态，然后再用蒸馏的方法将混合物分离，如乙烯工业中深冷分离，就是在-170℃的温度下实现氢气、甲烷的分离的。这些过程的操作温度非常低，制冷部分的负荷很大，操作复杂，分离过程的成本较高。另外可以采用的方法有膜分离和变压吸附，这些方法相对来说较新，但同样存在需要采用新技术进一步较低能耗，简化操作的需求。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足而提供一种用于水合物法分离气体混合物的反应器，防止气体在轴向的返混，增大单位体积水合物中的含气量，扩大装置的分离能力。
本发明的又一目的在于，针对现有技术的不足而提供一种用于水合物法分离气体混合物的反应器，扩大了液体与气体的接触面积，使单位体积水合物中的含气量大大增加，从而减少液体的循环量和装置中制冷和加热单元的负荷，降低水合物法分离气体混合物的成本。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种用于水合物法分离气体混合物的反应器，它至少包括反应器壳体和设在反应器壳体中的反应单元，壳体的上端开设有气相出口和液相入口，下端开设有原料气进口和水合物出口，所述的反应单元包括设置在反应器壳体内的塔板和塔板上方的喷淋装置，原料混合气从反应器下端的原料气进口进入反应器，在反应条件下，原料气中的部分气体与喷淋装置喷淋形成的液体层发生反应，生成水合物并从水合物出口排出。
为了使经过塔板的气体均匀分布，所述的塔板上开设有一个以上开孔。
为了增加反应器中的气液接触，提高反应器的处理能力，塔板上设有鼓泡元件，该元件为筛孔或浮阀或泡罩。
反应器应当在一定的反应条件下工作，该反应条件具体为温度：0-15℃，压力：0.1-5.0MPa。
反应器内设置的喷淋装置与壳体上端开设的液相入口相连，该装置使液体以雾化或者小液滴的形式喷淋在反应器壳体与塔板所围成的空间内，减小气体扩散到水合物中的阻力，以增大水合物中的含气量，雾滴和水合物落到塔板上，形成一定厚度的液层，进一步与气体反应，增大反应器处理能力。
为提高反应效率，反应单元可以为一级或多级串联。
塔板上还设有降液管，降液管的一端与上一级塔板连接，另一端与下一级塔板间隙设置，在设有多级反应单元的反应器内，将多层塔板中上一级的塔板液体导入下一级塔板上。
反应器壳体外部还设有循环装置，该装置至少包括循环管路和循环泵，循环泵通过循环管路使反应器内液体反复循环流动，延长反应器内的气液反应时间，使循环水携带水合物颗粒，顺利通过塔板，在反应器内循环流动。
综上所述，本发明具有如下优点：
1、本发明反应器保证对气体的分布作用；防止上下层之间气体的返混，增大装置的分离能力；对液体起到拦截作用，在塔板上保持一定高度的液层，使气体和液体在塔板上有充分的时间进行接触传质，提高单位高度内反应器的分离能力。
2、本发明反应器使液体以雾状或者小液滴的形式分散到气体中，减小气体扩散到水合物中的阻力，增大单位体积水合物中的储气量，减少过程的液体循环量，降低装置的能耗。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细地说明。
不同气体与水反应生成水合物时的温度压力不同，如甲烷在0℃时的生成压力为2.27Mpa，而乙烷的生成压力为0.53Mpa，氢气则不生成水合物，其他气体也有类似的情况，所以可以根据混合气体中各个组分在不同温度下生成水合物时压力的不同，控制反应系统的温度、压力条件以实现气体混合物的分离。
如图1所示，为本发明的整体结构示意图。从图中可知，该反应器至少包括反应器壳体1和设在反应器壳体1中的反应单元2，壳体1的上端开设有气相出口11和液相入口12，下端开设有原料气进口13和水合物出口14，反应单元2包括设置在反应器壳体内的塔板21和塔板21上方的喷淋装置22，塔板21上开设有一个以上开孔，原料混合气从反应器下端的原料气进口13进入反应器，在温度：0-15℃，压力：0.1-5.0MPa的反应条件下，原料气中的部分气体与喷淋装置22喷淋形成的小液滴以及之后在塔板上形成的液体层发生反应，生成水合物并从水合物出口14排出。
反应器的塔板21，其上布置有筛孔或者浮阀或者泡罩等气液接触元件211，气体通过塔板21上的开孔由下部进入，经开孔对气体进行均匀的分布后到达液层，由于液体的温度在0-15℃之间，而压力为0.1-5.0Mpa，所以混合气体中的部分组分就会与水生成水合物，而进入液体，另外一部分气体则不与水生成水合物，而留在气相中，从而使气体的组成发生变化，而实现气体的一定程度的分离。
喷淋装置22使液体以雾滴或者液滴的形式喷淋在反应器壳体1与塔板21所围设的容置空间内，减小气体扩散到水合物中的阻力，且喷淋装置与壳体上端开设的液相入口相连。
反应器内的反应单元2可以是一级，也可以多级串联构成反应单元组。
反应器壳体外部还设有循环装置，该装置至少包括循环管路31和循环泵32，循环泵32通过循环管路31连通到反应器壳体1内，使反应器内液体反复循环流动，延长反应器内的气液反应时间，同时可设置换热器移出热量，以降低反应器内液体反应温度。
从上述可知：塔板21起到了几个方面的作用：其一：塔板对混合气体起到了分布的作用；其二：塔板可以防止上下层之间气体的返混，增大装置的分离能力；其三：塔板对液体起到拦截作用，在塔板上保持一定高度的液层，使气体和液体在塔板上有充分的时间进行接触传质，进一步提高单位高度内反应器的分离能力。
因此在反应器中混合气体的分离过程是这样的：液体首先通过位于上部的液体喷淋装置22以雾滴或者极小的液滴形式喷淋到塔板21上方的气相空间内，与气体进行接触进行水合反应后，落入塔板21上的液层中，横向通过塔板21，然后通过塔板21上的降液管23流向下一块塔板，再进行下一次的接触传质。由于液体的分散度较高，气液相的接触面积很大，气体扩散到水合物表面的阻力较小，所以水合物中的气体量较大，因为本反应器的主要应用场合为气体分离过程，所以反应后的水和水合物要一起通过管路输送到下一个分解器中进行加热分解，释放出气体后的液体经过制冷降温后再返回到反应器的顶部，循环使用，所以单位体积水合物中的含气量直接关系到装置内的液体循环量和装置的能耗，由于采用喷淋形式，增大了单位体积水合物中的气体量，所以可以在同样的气体处理量下，减小设备的截面积，或者增大装置的处理能力。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1、一种用于水合物法分离气体混合物的反应器，其特征在于：它至少包括反应器壳体和设在反应器壳体中的反应单元，壳体的上端开设有气相出口和液相入口，下端开设有原料气进口和水合物出口，所述的反应单元包括设置在反应器壳体内的塔板和塔板上方的喷淋装置，原料混合气从反应器下端的原料气进口进入反应器，在反应条件下，原料气中的部分气体与喷淋装置喷淋形成的液体层发生反应，生成水合物并从水合物出口排出。
2、根据权利要求1所述的用于水合物法分离气体混合物的反应器，其特征在于：所述的塔板上开设有一个以上通孔，该开孔使经过塔板的气体均匀分布。
3、根据权利要求1所述的用于水合物法分离气体混合物的反应器，其特征在于：所述的塔板上设有用于增加气液接触的鼓泡元件，该元件为筛孔或浮阀或泡罩。
4、根据权利要求1所述的用于水合物法分离气体混合物的反应器，其特征在于：所述的反应条件为温度：0-15℃，压力：0.1-5.0MPa。
5、根据权利要求1所述的用于水合物法分离气体混合物的反应器，其特征在于：所述的喷淋装置与壳体上端开设的液相入口相连，该装置使液体以雾化或者小液滴的形式喷淋在反应器壳体与塔板所围成的空间内，减小气体扩散到水合物中的阻力，以增大水合物中的含气量，雾滴和水合物落到塔板上，形成一定厚度的液层，进一步与气体进行反应，以增大反应器的处理能力。
6、根据权利要求1所述的用于水合物法分离气体混合物的反应器，其特征在于：所述的反应单元为一级或多级串联。
7、根据权利要求6所述的用于水合物法分离气体混合物的反应器，其特征在于：所述的塔板上还设有降液管，降液管的一端与上一级塔板连接，另一端与下一级塔板间隙设置，在设有多级反应单元的反应器内，将多层塔板中上一级的塔板液体导入下一级塔板上。
8、根据权利要求1所述的用于水合物法分离气体混合物的反应器，其特征在于：所述的反应器壳体外部还设有循环装置，该装置至少包括循环管路和循环泵，循环泵通过循环管路使反应器内液体反复循环流动，延长反应器内的气液反应时间，使循环水携带水合物颗粒，顺利通过塔板，在反应器内循环流动。
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