一种气体水合物生成实验装置的制作方法

本发明属于气体水合物应用及储运，特别涉及一种气体水合物生成实验装置。

背景技术：

1、天然气水合物是一种由主体分子(水)和客体分子(气体分子)在低温、高压下生成的一种非化学计量的冰状笼形包合物。可生成水合物的气体包括甲烷、乙烷、丙烷、co2、h2s等。随着天然气水合物技术研究的不断深入，基于天然气生成的技术，如天然气储存与运输、二氧化碳捕获与封存、海水淡化和混合气体分离等技术的研究与应用的关注度越来越高。

2、水合物的生成主要包括成核和生长两个过程。成核是指当溶液处于过冷状态或过饱和状态时，形成达到临界尺寸的稳定水合物核的过程，当晶核达到某一临界尺寸后，进入水合物的稳定生长阶段。成核过程中晶核的形成一般包括一段时间的诱导期，诱导期具有较大的随机性和不稳定性，；此外，水合物生成过程中，会形成水合物膜，阻碍气体进入水相和水合物相，阻止水合物的生成。水合物生成的条件较为严格，这也是工业应用的难点。在水合物生成实验中，需要花费一定时间来进行降温，从而达到水合物生成的条件，这也意味这需要耗费能量来降温、保温。基于以上情况，本发明能够迅速降温且不需要其他传热介质，减少中间能耗，且可以同水充分接触，快速达到水合物生成的条件，加速水合物的生成。

3、但是，在工业生产与运用过程中，基于水合物生成的相关技术应用的瓶颈主要在于生成条件高、生成速度慢、诱导时间长、储气密度低等。目前解决的关键问题就是提高水合物的生成速率和效率。目前强化水合物生成的方法分为两大类：化学物理强化和机械强化。化学物理强化主要是添加促进剂促进水合物的生成，促进剂有热力学促进剂和动力学促进剂。机械强化目前主要有搅拌法、鼓泡法、喷雾法、外场法等。机械强化主要是增大气液接触面积，快速散去水合反应中产生的热量。目前，搅拌法存在能量消耗大、储气密度低、易磨损等不利因素，在工业中很少单独使用，但是在大多数的静态水合物生成实验装置中应用很多；采用超声波雾化，增大气液接触面积，可以提高水合物生成速度，但是系统添加的超声波雾化器不仅投资费用增加，而且运行费用也增大。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种气体水合物生成实验装置。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种气体水合物生成实验装置，包括气液输送系统、冷却系统、高压反应釜生成系统和数据采集系统；

4、所述气液输送系统包括气相管路、回收管路和加液管路，用于输送气体或液体；

5、所述冷却系统安装在气相管路上，用于对气相管路上的气体进行冷却；

6、所述高压反应釜生成系统分别与气相管路、回收管路和加液管路连接，用于生成水合物；

7、所述气相管路用于往高压反应釜生成系统输送气体；

8、所述加液管路用于往高压反应釜生成系统输送反应试剂；

9、所述回收管路还与气相管路连接；

10、所述采集系统与高压反应釜生成系统连接，用于采集高压反应釜系统中的数据。

11、优选地，所述气液输送系统还包括储气瓶，所述储气瓶与输送管路连接。

12、优选地，气液输送系统还包括增压管路、第一压力表、气体压缩机、气体增压泵、第二截止阀和第二压力表；

13、所述第二截止阀、第一压力表和第二压力表依次安装在输送管路上；

14、所述增压管路与气相管路连通，且位于第一压力表和第二压力表之间；

15、所述气体压缩机和气体增压泵均安装在增压管路上，且气体增压泵安装在增压管路末端。

16、优选地，所述增压管路还依次安装有第四截止阀、第三压力表和第五截止阀，所述第四截止阀、第三压力表和第五截止阀位于气体压缩机和气体增压泵之间。

17、优选地，所述回收管路上安装有第一截止阀、第六截止阀和超声速旋流分离装置，所述超声速旋流分离装置位于第一截止阀和第六截止阀之间；

18、所述超声速旋流分离装置包括螺旋纽带和第一喷管，第一喷管通过与回收管路固定连接，螺旋纽带焊接在回收管路内部。

19、所述超声速旋流分离装置还连通有回收口。

20、优选地，所述气相管路还连通有气相旁路，所述气相旁路，所述气相旁路上安装有第三截止阀；

21、所述第三截止阀一端位于第二截止阀前侧，另一端位于增压管路和第二压力表之间。

22、优选地，所述冷却系统包括第二喷管；

23、所述第二喷管安装在气相管路上。

24、优选地，所述高压反应釜生成系统包括雾化喷头、高压反应釜、观察窗和真空泵；

25、所述雾化喷头安装在高压反应釜顶部，与加液管路连接，所述高压反应釜底部与气相管路连接；

26、所述观察窗用于观察高压反应釜的内部水合物；

27、所述真空泵用于给高压反应釜抽真空。

28、优选地，所述气液输送系统还包括加液口，所述加液口通过管路与雾化喷头连通。

29、优选地，所述第一喷管包括渐缩管段和渐扩管段，所述渐缩管段和渐扩管段之间设置有喉部，所述减缩管段至喉部的直径逐渐减小，所述喉部至渐扩管段的喉部逐渐增大。

30、优选地，所述第一喷管和第二喷管均为拉瓦尔喷管。

31、优选地，所述数据收集系统包括温度传感器、压力传感器、高清摄像头、数据采集单元；

32、所述温度传感器用于检测高压反应釜内部的温度；

33、所述压力传感器用于检测高压反应釜内部的压力；

34、所述高清摄像头用于对高压反应釜内部摄像；

35、所述数据采集单元用于采集高压反应釜内部的温度、压力以及内部摄像的图片。

36、本发明的有益效果：

37、1、本发明采用通过气相管路给高压反应釜生成系统输送气体，同时通过加液管路往高压反应釜生成系统输送液体，生成水合物，同时通过回收管路进行水合物的回收，实现高效利用，并且通过采集系统采集高压反应釜生成系统的数据，便于监测，有利于提高水合物的生成效率；

38、2、本发明利用拉瓦尔喷管，节流降温，省去水浴制冷设备，节省设备成本、降低能耗、简化操作，本装置利用拉瓦尔喷管可使气体达到超声速，并利用螺旋纽带使高速气体因不同的离心力，实现高效、无外部能耗气液分离，另外采用拉瓦尔喷管实现气体迅速降温，通过气液相互接触直接传热，无需第三传热介质，实现水合物快速生成；

39、3、投资和运行费用低。

40、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，包括气液输送系统、冷却系统、高压反应釜生成系统和数据采集系统；

2.根据权利要求1所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述气液输送系统还包括储气瓶(1)，所述储气瓶(1)与气相管路(101)连接。

3.根据权利要求1所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，气液输送系统还包括增压管路(105)、第一压力表(3)、气体压缩机(4)、气体增压泵(5)、第二截止阀(18)和第二压力表(20)；

4.根据权利要求3所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述增压管路(105)还依次安装有第四截止阀(21)、第三压力表(22)和第五截止阀(23)，所述第四截止阀(21)、第三压力表(22)和第五截止阀(23)位于气体压缩机(4)和气体增压泵(5)之间。

5.根据权利要求1所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述回收管路(103)上安装有第一截止阀(2)、第六截止阀(24)和超声速旋流分离装置(8)，所述超声速旋流分离装置(8)位于第一截止阀(2)和第六截止阀(24)之间；

6.根据权利要求3所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述气相管路(101)还连通有气相旁路(102)，所述气相旁路(102)，所述气相旁路(102)上安装有第三截止阀(19)；

7.根据权利要求5所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述冷却系统包括第二喷管(11)；

8.根据权利要求1所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述高压反应釜生成系统包括雾化喷头(9)、高压反应釜(10)、观察窗(12)和真空泵(16)；

9.根据权利要求8所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述气液输送系统还包括加液口(6)，所述加液口(6)通过管路与雾化喷头(9)连通。

10.根据权利要求7所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述第一喷管(802)包括渐缩管段和渐扩管段，所述渐缩管段和渐扩管段之间设置有喉部，所述减缩管段至喉部的直径逐渐减小，所述喉部至渐扩管段的喉部逐渐增大。

11.根据权利要求7所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述第一喷管(802)和第二喷管(11)均为拉瓦尔喷管。

12.根据权利要求1-11任一项所述的一种气体水合物生成实验装置，其特征在于，所述数据收集系统包括温度传感器(13)、压力传感器(14)、高清摄像头(15)、数据采集单元(17)；

技术总结
本发明提供了一种气体水合物生成实验装置,包括气液输送系统、冷却系统、高压反应釜生成系统和数据采集系统，所述气液输送系统包括气相管路、回收管路和加液管路，用于输送气体或液体，所述冷却系统安装在气相管路上，用于对气相管路上的气体进行冷却，所述高压反应釜生成系统分别与气相管路、回收管路和加液管路连接，用于生成水合物。本发明采用通过气相管路给高压反应釜生成系统输送气体，同时通过加液管路往高压反应釜生成系统输送液体，生成水合物，同时通过回收管路进行水合物的回收，实现高效利用，并且通过采集系统采集高压反应釜生成系统的数据，便于监测，有利于提高水合物的生成效率。

技术研发人员：师俊峰,张喜顺,饶永超,王树立,王夏阳,赵书华,马高强,徐晓明,孙艺真,王才,赵瑞东
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15