[發(fā)明專利]一種納米氣泡促進水合物生成的裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112426990A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙佳飛;馮宇;楊磊;宋永臣;匡洋民;劉延振;孫明瑞;國憲偉;張倫祥;劉衛(wèi)國;楊明軍;王大勇;劉瑜;張毅;凌錚;蔣蘭蘭;李洋輝
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B01J19/18
• 分類號: B01J19/18;B01J19/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

1.一種納米氣泡促進水合物生成的裝置，其特征在于，包括注氣系統(tǒng)、微納米氣泡溶液制備系統(tǒng)、水合物生成系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)；

所述注氣系統(tǒng)包括順次連接的氣源(1)、第一輸氣管路(2)、第一輸氣控制閥門(3)、注氣泵(4)、第二輸氣控制閥門(5)、第二輸氣管路(6)、第三輸氣控制閥門(13)；氣源用于提供實驗需要的氣體；所述注氣泵(4)用于對來自氣源的氣體進行加壓或降壓、存儲氣體、并將壓力處理后的氣體通入所述第二輸氣管路(6)中；

所述微納米氣泡溶液制備系統(tǒng)包括微納米氣泡發(fā)生器(33)、第一注氣管路(7)、第一注氣控制閥門(8)、進水控制閥門(12)、進水管路(9)、第一出水管路(10)、第一出水控制閥門(11)、蓄水槽(32)、第二出水控制閥門(31)、第二出水管路(30)；所述第一注氣管路(7)與第二輸氣管路(6)連接用于向微納米氣泡發(fā)生器(33)注氣；微納米氣泡發(fā)生器分別通過進水管路(9)和第一出水管路(10)與蓄水槽(32)連接；所述進水管路(9)用于向微納米氣泡發(fā)生器注水；所述第一出水管路(10)用于微納米氣泡發(fā)生器排水；所述蓄水槽用于微納米氣泡發(fā)生器的水循環(huán)；所述第二出水管路用于將氣泡溶液注入水合物反應(yīng)釜(29)中；

所述水合物生成系統(tǒng)包括水合物反應(yīng)釜(29)、磁力攪拌轉(zhuǎn)子(28)、磁力控制器(26)、第二注氣控制閥門(14)、第二注氣管路(34)，所述水合物反應(yīng)釜用于承受高壓、低溫的環(huán)境及提供水合物生成場所；所述磁力攪拌轉(zhuǎn)子用于攪拌所述水合物反應(yīng)釜內(nèi)的溶液，加大氣液接觸面積；所述磁力控制器用于控制所述磁力攪拌轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速率；所述第二注氣管路與第二輸氣管路(6)連接，用于向水合物反應(yīng)釜內(nèi)注入實驗所需氣體；

所述溫度控制系統(tǒng)包括水浴冷卻機(27)、外置水浴箱(24)，所述水浴冷卻機用于系統(tǒng)降溫，提供冷源；所述外置水浴箱用于給水合物反應(yīng)釜提供所需要的低溫環(huán)境；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括計算機(20)、溫度傳感器(25)、壓力傳感器(15)、溫度數(shù)據(jù)傳輸線(22)、壓力數(shù)據(jù)傳輸線(23)、數(shù)據(jù)信號接收裝置(21)、數(shù)據(jù)傳輸線(19)，所述計算機用于接收、監(jiān)控以及處理信號和數(shù)據(jù)；所述溫度傳感器用于采集所述水合物反應(yīng)釜內(nèi)的溫度值，并將采集信號傳送至所述數(shù)據(jù)信號接收裝置；所述壓力傳感器用于采集反應(yīng)釜內(nèi)的壓力值，并將采集信號傳送至所述數(shù)據(jù)信號接收裝置；所述數(shù)據(jù)信號接收裝置用于接收溫度、壓力傳感器信號，并將其轉(zhuǎn)化為計算機能夠識別接收的電信號；

所述的抽氣系統(tǒng)包括順次連接的抽氣泵(16)、排氣控制閥門(17)、排氣管路(18)，抽氣泵連接于第二輸氣管路(6)末端，用于抽空實驗管路；排氣管路用于排放實驗管路內(nèi)殘余氣體。

2.如權(quán)利要求1所述的一種納米氣泡促進水合物生成的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)釜具有10mm壁厚可視窗口，反應(yīng)釜的材質(zhì)為316不銹鋼鋼，尺寸壁厚為20mm，可承受高達20MPa壓力，磁力攪拌轉(zhuǎn)子為A型聚四氟乙烯，長度為30mm。

3.如權(quán)利要求1所述的一種納米氣泡促進水合物生成的裝置，其特征在于，所述溫度控制系統(tǒng)中使用乙二醇與水按1:1比例混合，使溫度控制范圍能夠達到水合物生成所需條件。

4.如權(quán)利要求1所述的一種納米氣泡促進水合物生成的裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的溫度傳感器測量范圍為-50～250℃，精度為±0.1℃，壓力傳感器測量范圍為0-25MPa，精度為±0.01MPa。

5.應(yīng)用權(quán)利要求1-4任一所述的一種納米氣泡促進水合物生成的裝置進行水合物快速生成的方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，使用去離子水對水合物反應(yīng)釜內(nèi)部、磁力攪拌轉(zhuǎn)子、溫度傳感器探頭、壓力傳感器探頭、微納米氣泡發(fā)生裝置、蓄水池進行清洗；

第二步，組裝實驗管路，將攪拌轉(zhuǎn)子放入水合物反應(yīng)釜中，并將清洗后的攪拌轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜封蓋，連接微納米氣泡發(fā)生裝置、水合物反應(yīng)釜的實驗管路，將水合物反應(yīng)釜放入外置水浴中，打開磁力控制器、數(shù)據(jù)信號接收裝置、計算機；

第三步，逐步檢查裝置氣密性，首先使用氮氣，從氣源出開始，依次打開輸氣、注氣管路控制閥門，確保實驗管路氣密性良好后，打開水浴裝置，對反應(yīng)釜進行冷卻，并打開抽氣泵對實驗管路進行抽氣，依次打開所有輸氣、注氣控制閥門，最后打開排氣控制閥門，對實驗管路、微納米氣泡發(fā)生裝置、水合物反應(yīng)釜、蓄水槽進行脫氣處理，然后關(guān)閉所有輸氣及注氣控制閥門；

第四步，按照第三步操作，將氣體更換為實驗所需氣體，進行實驗管路清洗，操作重復(fù)三次后，依次關(guān)閉各控制閥門、抽氣泵、氣源；

第五步，制備微納米氣泡溶液，首先打開氣源，然后依次打開第一輸氣控制閥門、注氣泵，將注氣泵的儲氣壓力設(shè)置為0.1MPa，接著依次打開第二輸氣控制閥門、進水控制閥門、第一出水控制閥門、微納米氣泡發(fā)生器、第一注氣控制閥門，微納米氣泡發(fā)生器工作1小時時間后，依次關(guān)閉微納米氣泡發(fā)生器、第一注氣控制閥門、第一出水控制閥門、進水控制閥門；

第六步，打開第二出水控制閥門，向水合物生成反應(yīng)釜內(nèi)注入適量的上一步制備的微納米氣泡溶液，然后關(guān)閉第二出水控制閥門，接著打開氣源、第一輸氣控制閥門、注氣泵，將注氣泵的儲氣壓力設(shè)置到實驗所需壓力，接著依次打開第二輸氣控制閥門、第三輸氣控制閥門、第二注氣控制閥門，注氣完成后，依次關(guān)閉第二注氣控制閥門、氣源；

第七步，打開抽氣泵、排氣控制閥門，將實驗管路內(nèi)的殘余氣體排出，然后依次關(guān)閉排氣控制閥門、抽氣泵，等待水合物在水合物反應(yīng)釜內(nèi)生成；

第八步，結(jié)束實驗，結(jié)束數(shù)據(jù)采集，關(guān)閉實驗臺，并對反應(yīng)釜卸壓后進行開釜。