[發明專利]一種新型氣體水合物生成實驗裝置

有效

• 申請號: 201410516257.2
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104267150A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 饒永超;王淼;王樹立;戴源;孫圣杰;侯天爵;馮旻祎;朱翔宇;戴家華
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明屬于氣體水合物應用及儲運技術領域，特指一種氣體水合物生成實驗裝置。

背景技術

氣體水合物是指輕質氣體，如：甲烷、乙烷、丙烷、CO₂、H₂S等和水在一定溫度和壓力(一般為低溫高壓)下生成的非化學計量的固體結晶物質。氣體水合物是一種高密度能量物質，具有制備技術條件簡單、性能穩定、儲存安全等特點，在天然氣儲運等方面具有較好的工業前景。水合物的這些應用跟氣體水合物的促進作用密切相關。受到其儲氣密度低、生成速度慢以及誘導時間長等因素的阻礙，尤其當前水合物應用技術面臨的最大技術障礙就是如何提高水合物的生成速率及效率。例如，甲烷在靜止純水體系中壓力為5.76MPa、溫度為4.3℃時，形成水合物的誘導時間在28小時以上，水合物晶體的生長速度慢直接影響水合物應用的推廣。為解決這些問題，采用了多種方法促進水合物的形成，通過攪拌可以提高水合物的生長速度，但是攪拌又帶來了一些其他不利因素：能量消耗增大、水合物儲氣密度降低等；采用超聲波霧化，增大氣水接觸面積，可以提高水合物生成速度，但是系統添加的超聲波霧化器不僅投資費用增加，而且運行費用也增大；例如，專利《一種可實現多種制備方法的天然氣水合物合成裝置》(公開號：CN101880561A)涉及一種集多種制備方法于一體的天然氣水合物合成裝置，但是此裝置僅依靠過冷度等促進水合物生成，忽略了影響水合物生成的重要影響因素——氣液接觸面積，因此生成速度較慢，在實際的水合物實驗中造成很多困難，并且不能實現水合物生成的實時觀測。

氣體水合物生成的關鍵是氣液兩相接觸面積以及水合物生成熱的及時移除。微氣泡的形成是氣液兩相流的一種物理現象，已經被人們廣泛的應用于動力、化工、采礦、核能、環境、石油、冶金、醫學等領域。微氣泡直徑越小，其總的表面積就越大，將微氣泡應用于氣體水合物強化生成技術中，可以大幅提高水合物生成過程中氣液兩相接觸面積；而將整流裝置引入水合物生成裝置中，既可以進一步提高氣液兩相接觸面積，又可以快速移除水合物生成熱。

發明內容

本發明的目的是針對氣體水合物巨大的應用前景，而從實驗條件下提出一種新型氣體水合物生成實驗裝置，為水合物的實際應用提供理論指導。本發明要解決的技術問題是開發出能高效、快速地促進氣體水合物生成的裝置及工藝，為氣體水合物利用技術的推廣提供技術設備。通過采用微氣泡發生裝置以及整流裝置等條件，大幅度提高氣液接觸面積，快速移除水合物生成熱，使氣體水合物在反應釜內快速生成，并且實時觀測水合物生成特點。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種新型氣體水合物生成實驗裝置，由氣體輸送系統、冷卻系統、反應系統組成，對于氣體輸送系統，主要包括氣瓶、儲氣罐、壓縮機和氣體流量計等；所述冷卻系統，由冷水罐和冷水浴等組成，所述反應系統為一反應器，包括水合物生成系統和強化生成系統，所述水合物生成系統，主要包括溫度傳感器、壓力傳感器、注水口、安全閥、保溫層、可視窗口和微氣泡發生器等，所述強化生成系統，主要包括整流裝置、攪拌槳和電機，所述的氣瓶中含有水合物生成氣，氣瓶與儲氣罐連接，儲氣罐與冷水罐連接，冷水浴與冷水罐連接，冷水罐中設有盤管，壓縮機的一端與盤管連接，另一端與氣體流量計連接，冷水浴與反應器連接，所述的微氣泡發生器設于反應器的下方，微氣泡發生器包括進氣口和設于微氣泡發生器表面的若干微孔，所述的進氣口與氣體流量計連接，所述的攪拌槳穿過微氣泡發生器與電機連接，所述的整流裝置設于反應器的內部，所述整流裝置的壁面過流孔主要為兩種：第一為圓形，內徑為整流裝置頂部直徑的0.01-0.1倍，呈規則狀分布；第二為條狀，其寬度為整流裝置頂部直徑的0.05-0.1倍，其高度為整流裝置高度的0.6-0.8倍，所述整流裝置上部均勻分布3個支柱，與反應器內部的3個支撐孔連接，所述的可視窗口設于水合物反應釜的表面，水合物反應釜頂部含有溫度傳感器和壓力傳感器，水合物反應釜頂部還含有注水口和安全閥，反應釜外部含有保溫層。

作為優選實施例，所述微氣泡發生器是一環狀空心陶瓷板，其外徑與反應器內徑相同，內環的直徑是反應器內徑的0.2-0.4倍；

作為優選實施例，所述的反應器的底部設置有3個調節器。

作為優選實施例，所述的反應器通過一緩沖罐連接冷水罐。

作為優選實施例，所述的反應器與儲氣罐相連接形成氣相回路。