專利名稱：一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成氣體水合物的氣液分散裝置，具體涉及一種制備氣體水合物的噴射式 反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
氣體水合物是由某些氣體(或易揮發(fā)液體)和水在低溫高壓條件下形成的一類籠型包 絡(luò)狀晶體。不同氣體生成氣體水合物所需溫度和壓力條件不同，形成氣體水合物的種類也 不同。氣體水合物具有儲(chǔ)氣量大、運(yùn)輸方便、使用安全的特點(diǎn)，但目前合成氣體水合物的 技術(shù)還不太成熟，尤其是對(duì)于難以形成水合物的氣體，溫度和壓力條件不易控制，水合速 率也很難提高，因此該技術(shù)的應(yīng)用急需一種高效制備氣體水合物的裝置。
目前，用于制備氣體水合物的技術(shù)主要有四種靜止接觸法、多孔介質(zhì)填充法、氣泡 擾動(dòng)法和機(jī)械攪拌法。(1)靜止接觸法是在無(wú)擾動(dòng)的情況下，使氣液兩相在相界面處直接 接觸，氣體通過(guò)相界面擴(kuò)散至水中，經(jīng)過(guò)結(jié)晶成核、生長(zhǎng)，最終形成氣體水合物。(2)多 孔介質(zhì)填充法是一種采用多孔介質(zhì)加速氣體水合物生成的技術(shù)，將氣體通入多孔介質(zhì)中， 增大氣液接觸面積，快速生成氣體水合物。(3)氣泡擾動(dòng)法是使氣體通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)的孔板 而產(chǎn)生氣泡，氣泡在水中不斷上升、破碎，增大氣體在水中的溶解度，縮短水合誘導(dǎo)時(shí)間，
從而加快水合物成核、生長(zhǎng)。(4)機(jī)械攪拌法是在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置一個(gè)攪拌器，通過(guò)攪拌可
加速氣體在水中的溶解，促使氣體和水充分接觸，縮短水合誘導(dǎo)時(shí)間，增加水合速率。還 有將氣泡擾動(dòng)法和機(jī)械攪拌法相結(jié)合的方法，是在反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)設(shè)置孔板和攪拌器，可進(jìn) 一步增大氣體和水的接觸面積，加速氣體水合物的生成。
但以上方法存在缺點(diǎn)①氣體與水的接觸面積都很有限，很大程度上影響了氣體水合 物的生成速率；②氣體水合物的合成不是連續(xù)的，不斷生成的水合物阻止了氣體在水中的 擴(kuò)散，增加了吹氣動(dòng)力和攪拌動(dòng)力，這在經(jīng)濟(jì)上是不提倡的；③機(jī)械攪拌時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)， 也會(huì)不可避免地影響水合條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器， 通過(guò)對(duì)混合后的氣液混合物同時(shí)噴射霧化，形成霧狀流或者泡沫流，增大了氣體在水中溶 解度，增加了氣液接觸面積，縮短了水合誘導(dǎo)時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)氣一水混合物高度霧化，氣體 水合物高效、快速地生成。
本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，包括噴嘴l、巻吸室2、喉管3和擴(kuò)散管4，
在反應(yīng)器進(jìn)水管道中設(shè)有調(diào)節(jié)噴嘴1面積的針閥6，通過(guò)旋轉(zhuǎn)針閥6的閥柄使針閥6向前 旋進(jìn)，針頭和噴嘴1之間的空隙逐漸減??；調(diào)整針頭與噴嘴1之間的空隙大小進(jìn)而控制進(jìn)水的流量，可完全切斷由反應(yīng)水進(jìn)口7進(jìn)入的水流，反應(yīng)器設(shè)有與巻吸室2相通的氣體進(jìn) 口 8，巻吸室2與喉管3以及喉管3與擴(kuò)散管4通過(guò)焊接連為一體，密封性和耐壓性好； 喉管3末端裝有流控器12，擴(kuò)散管4處開有橢圓形玻璃視窗5。
所述反應(yīng)器上設(shè)有反應(yīng)水進(jìn)口 7、氣體進(jìn)口 8和氣液出口 11。
連接所述氣液出口 11的管路上裝有氣閥9和閥門10。
所述喉管3末端和流控器12通過(guò)螺紋連接，通過(guò)更換流控器12來(lái)改變喉管3末端的 孔徑。
所述巻吸室2、喉管3和擴(kuò)散管4處均安裝有溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感 器(16、 17、 18)。
氣體被所述噴嘴1噴出的高壓反應(yīng)水巻吸入巻吸室2。
所述擴(kuò)散管4處開有視窗5以觀察反應(yīng)器內(nèi)霧化效果及水合情況。 本發(fā)明的一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，采用高壓反應(yīng)水引射低壓(相對(duì)于反 應(yīng)水壓力)氣體，高速噴射霧化的方法合成氣體水合物。氣液混合物高速射出形成霧狀流 或者泡沫流，從而達(dá)到氣體與反應(yīng)水霧滴充分接觸的效果，這可以在很大程度上增加氣液 接觸面積，縮短水合誘導(dǎo)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)氣體水合物高效、快速的生成。
本發(fā)明一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，是一種具有可視化窗口的噴射式反應(yīng)器。 反應(yīng)器的噴射霧化過(guò)程是高壓預(yù)冷后的反應(yīng)水由反應(yīng)水進(jìn)口注入，在噴嘴l處高速射出， 將由氣體進(jìn)口 8進(jìn)入的氣體巻吸入巻吸室2。氣體和反應(yīng)水初步混合后，在反應(yīng)器喉管3 處進(jìn)行能量和質(zhì)量的交換(包括溫差引起的熱量交換)，最后在擴(kuò)散管4處噴射霧化，霧化 后的霧滴和氣體充分接觸后，在高壓低溫條件下，短時(shí)間內(nèi)就可以在視窗中看到有水合物 晶體生成。反應(yīng)器上的針閥6可以控制噴嘴面積，進(jìn)而控制反應(yīng)水的進(jìn)入量。反應(yīng)器喉管 3末端裝有流控器12，可進(jìn)行喉管3末端孔徑的更改，從而可對(duì)噴射后霧滴大小進(jìn)行控制。
本發(fā)明所述的一種新型快速制備氣體水合物的反應(yīng)器，有如下特點(diǎn)
(1) 反應(yīng)器噴嘴1處設(shè)有針閥6用以調(diào)節(jié)噴嘴面積，進(jìn)而控制反應(yīng)水進(jìn)入量；
(2) 反應(yīng)器擴(kuò)散管4處開有視窗5用以觀察反應(yīng)器內(nèi)霧化效果及水合情況；
(3) 反應(yīng)器喉管3末端裝有流控器12，可通過(guò)更換流控器12來(lái)改變喉管3末端孔 徑，控制噴射后霧滴大??；
(4) 反應(yīng)器上設(shè)有溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)以對(duì)反應(yīng) 器內(nèi)溫度和壓力進(jìn)行測(cè)量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
現(xiàn)有制備水合物的噴射霧化技術(shù)只針對(duì)液體進(jìn)行噴射霧化，而且進(jìn)液流量不能控制， 霧化效果和水合反應(yīng)情況不能觀察。本發(fā)明的一種噴射制備氣體水合物的可視化裝置，通 過(guò)對(duì)混合后的氣液混合物同時(shí)噴射霧化，形成霧狀流或者泡沫流，在增大氣體在水中溶解 度、增加氣液接觸面積、縮短水合誘導(dǎo)時(shí)間和提高水合速率等方面，比現(xiàn)有技術(shù)效果更明 顯，可實(shí)現(xiàn)水合物高效、快速的生成。本發(fā)明可視化窗口的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)混合流體狀態(tài)和 反應(yīng)情況的觀察，并可利用攝像機(jī)和圖像處理軟件分析其泡沫或霧滴大小，對(duì)其霧化效果和反應(yīng)速率進(jìn)行研究，以提高水合反應(yīng)速率。


圖1為本發(fā)明噴射式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意其中，噴嘴l，巻吸室2，喉管3，擴(kuò)散管4，視窗5，針閥6，反應(yīng)水進(jìn)口7，氣體進(jìn) 口 8，氣閥9，閥門10，氣液出口 11，流控閥12，溫度傳感器13，溫度傳感器14，溫度 傳感器15，壓力傳感器16，壓力傳感器17，壓力傳感器18。
具體實(shí)施例方式
一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，由噴嘴l、巻吸室2、喉管3和擴(kuò)散管4四部分 構(gòu)成，其外部設(shè)有視窗5、針閥6、反應(yīng)水進(jìn)口7、氣體進(jìn)口8、氣閥9、閥門10、氣液出 口ll、流控閥12、溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)。
在反應(yīng)器進(jìn)水管道中設(shè)有調(diào)節(jié)噴嘴1面積的針閥6，通過(guò)旋轉(zhuǎn)針閥6的閥柄使針閥6 向前旋進(jìn)，針頭和噴嘴1之間的空隙逐漸減小；通過(guò)旋轉(zhuǎn)針閥6的閥柄使針閥6向前旋進(jìn)， 來(lái)調(diào)整針頭與噴嘴1之間的空隙大小進(jìn)而控制進(jìn)水的流量，可完全切斷由反應(yīng)水進(jìn)口 7進(jìn) 入的水流，反應(yīng)器設(shè)有與巻吸室2相通的氣體進(jìn)口 8，巻吸室2與喉管3以及喉管3與擴(kuò) 散管4通過(guò)焊接連為一體，密封性和耐壓性好；喉管3末端裝有變孔徑的流控器12，擴(kuò)散 管4處開有橢圓形玻璃視窗5。
反應(yīng)器末端的氣液出口 11分別連有氣閥9和閥門10，管路可以旋轉(zhuǎn)下來(lái)，反應(yīng)器與 管路的密封方式采用線密封。反應(yīng)器巻吸室2、喉管3和擴(kuò)散管4處均裝有溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)以便對(duì)溫度和壓力進(jìn)行測(cè)量。
抽真空反應(yīng)器中進(jìn)行水合反應(yīng)前需要配置一真空泵，開啟真空泵使反應(yīng)器內(nèi)部及其 連接的氣路管線達(dá)到所需真空度要求。
提供低溫環(huán)境反應(yīng)器需放在一內(nèi)置保溫棉的冷媒恒溫箱中，通過(guò)制冷系統(tǒng)為反應(yīng)器 提供低溫環(huán)境。
通入氣體從氣瓶出來(lái)的氣體需要在氣體增壓泵的幫助下進(jìn)行增壓，經(jīng)緩沖罐、反應(yīng) 器的氣體進(jìn)口8進(jìn)入反應(yīng)器，使反應(yīng)器維持在一個(gè)低壓環(huán)境。
通入高壓反應(yīng)水借助柱塞泵使反應(yīng)水增壓到指定壓力(15 20MPa)，高壓水經(jīng)反應(yīng) 水進(jìn)口7進(jìn)入反應(yīng)器，在噴嘴l處噴出，在巻吸室2巻吸循環(huán)的氣體，氣體和反應(yīng)水初步 混合后，在反應(yīng)器喉管3處進(jìn)行能量和質(zhì)量的交換，最后在擴(kuò)散管4處噴射霧化，霧化后 的霧滴和氣體充分接觸后，在低溫條件下增大進(jìn)氣閥開度，使反應(yīng)器內(nèi)氣體壓力增加到反 應(yīng)壓力(5-8MPa)，短時(shí)間內(nèi)就可以在視窗5中看到有水合物晶體生成。
另外可通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)器上的針閥6來(lái)控制噴嘴1面積，進(jìn)而控制反應(yīng)水的進(jìn)入量；更 換喉管3末端的流控器12可改變喉管3末端孔徑，從而可調(diào)節(jié)霧滴粒徑。水合反應(yīng)過(guò)程的 溫度和壓力條件可通過(guò)反應(yīng)器的巻吸室2、喉管3和擴(kuò)散管4處的溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)進(jìn)行測(cè)量。
本發(fā)明可視化窗口的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)混合流體狀態(tài)和反應(yīng)情況的觀察，通過(guò)窗口可以清 楚的看到反應(yīng)器內(nèi)混合物的霧化情況，利用高速攝像機(jī)和圖像處理軟件分析其泡沫或霧滴粒徑數(shù)量級(jí)在10 10、m，比現(xiàn)有技術(shù)中霧滴粒徑102~10、111有所降低；在進(jìn)行CH4水合物實(shí) 驗(yàn)時(shí)，利用數(shù)據(jù)采集儀對(duì)溫度和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度在0 5'C，壓力在5 8MPa 范圍內(nèi)，水合物過(guò)冷度可以降低到3'C，水合實(shí)驗(yàn)的誘導(dǎo)時(shí)間可以降低至iJ100 150min之內(nèi)， 與現(xiàn)有的攪拌技術(shù)中水合誘導(dǎo)時(shí)間200min以上相比，時(shí)間縮短了。
權(quán)利要求
1、一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，其特征在于，包括噴嘴(1)、卷吸室(2)、喉管(3)和擴(kuò)散管(4)，在反應(yīng)器進(jìn)水管道中設(shè)有調(diào)節(jié)噴嘴(1)面積的針閥(6)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)針閥(6)的閥柄使針閥(6)向前旋進(jìn)，針頭和噴嘴(1)之間的空隙逐漸減??；反應(yīng)器設(shè)有與卷吸室(2)相通的氣體進(jìn)口(8)，卷吸室(2)與喉管(3)以及喉管(3)與擴(kuò)散管(4)通過(guò)焊接連為一體；喉管(3)末端裝有流控器(12)，擴(kuò)散管(4)處開有橢圓形玻璃視窗(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，其特征在于所述反應(yīng) 器上設(shè)有反應(yīng)水進(jìn)口 (7)、氣體進(jìn)口 (8)和氣液出口 (11)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，其特征在于連接所述 氣液出口 (11)的管路上裝有閥門。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，其特征在于所述喉管 (3)末端和流控器(12)通過(guò)螺紋連接，通過(guò)更換流控器(12)來(lái)改變喉管(3)末端的孔徑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，其特征在于所述巻吸 室(2)、喉管(3)和擴(kuò)散管(4)處均安裝有溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，其特征在于氣體被所 述噴嘴(1)噴出的高壓反應(yīng)水巻吸入巻吸室(2)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，其特征在于所述擴(kuò)散 管(4)處開有視窗(5)以觀察反應(yīng)器內(nèi)霧化效果及水合情況。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備氣體水合物的噴射式反應(yīng)器，即噴射式反應(yīng)器，反應(yīng)器主要由六部分構(gòu)成噴嘴、卷吸室、喉管、擴(kuò)散管，并在噴嘴處裝針閥，在喉管末端裝有流控器，在擴(kuò)散管處開有可視化窗口。反應(yīng)器上設(shè)有反應(yīng)水進(jìn)口、氣體進(jìn)口、氣閥、閥門、氣液出口、溫度傳感器和壓力傳感器。針閥調(diào)節(jié)噴嘴面積進(jìn)而控制反應(yīng)水進(jìn)入量，更換不同孔徑的流控器可改變噴射后霧滴大小。本發(fā)明可使氣體與反應(yīng)水接觸混合后高速噴射霧化，增大氣體和霧滴的接觸面積，縮短水合反應(yīng)的誘導(dǎo)時(shí)間，極大提高氣體水合物的生成速率，實(shí)現(xiàn)氣體水合物高效、快速的生成，是一種新型高速制備氣體水合物的反應(yīng)器。
文檔編號(hào)B01F5/02GK101537318SQ20091003898
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者亮 楊, 樊栓獅, 飛 裴, 郎雪梅 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)