一种气体水合物的高速制备方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气体水合物的高速制备方法与装置。所述的方法是：先将水合反应需要的水制冷到低于对应压力下水合物形成温度的水平，然后将水以极小的水珠形式喷入充满气体的反应器中，水珠在下降的过程中与冷却的气体结合，形成气体水合物。所述的装置包括反应器，其连有输液管和输气管，并在其中下部设置排出管，反应器顶部安装微尺度水滴发生器，其与输液管连通；输液管上安装有反应水冷却器；反应器的中下部连接输气管，其上安装气体冷却器；反应器中部安置冷却器。本发明专利技术使致水合气体与冷水的接触面积得到极大地提高，从而大大加快了水合物的生成速度；可以实现水合物的连续式生产，从而大大提高了水合物制备效率以及系统的经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气体水合物的高速制备方法与装置。
技术介绍
气体水合物是一种高压低温条件下由水和小分子气体形成的冰态超分子笼状物，不同种类的气体形成不同种类的气体水合物，1体积气体水合物可以释放出100～200体积的气体，也就是说可以把其体压缩100～200倍。在气源地把气体与水结合生产气体水合物(象冰一样的固态)，运输固态的气体水合物到用气目的地，释放气体供生活生产使用，实现高效安全运输目的。该技术的应用需要一种高效的气体水合物生成方法和设备。目前，有一种资源叫天然气水合物，它是一种高压低温条件下由水和天然气形成的冰态超分子笼状物质。主要分布在大陆坡部分海底和陆地永久冻土带沉积物中。据估算，全球天然气水合物中蕴藏的天然气总量约1.8-2.1×1016m3(Kvenvolden，1993)，相当于全球已探明传统化石燃料总碳量的两倍。随着传统化石燃料的快速枯竭，天然气水合物将很有可能成为本世纪人类社会经济发展的主要能源。目前为止，国际上还没有形成成熟的天然气水合物开采理论，而用于指导实际开采过程的基础理论及技术研究几乎是空白。在没有开采到天然气水合物之前，采用实验的方法制取天然气水合物很有必要，为研究提供实验样品。中国专利技术专利申请“固相气体水合物及其制作方法”(申请号01118175.3)揭示了一种采用多孔介质加速气体水合物的方法，将气体通到多孔介质内，增大气体与水的接触面积。中国专利技术专利申请“气体水合物的生产方法”(申请号97190182.1)揭示了一种气泡扰动法和机械搅拌法结合的方法，气体从容器底部经喷嘴15喷出冲击水形成气泡扰动，通过电机带动安装在容器中搅拌器，增大气体与水的接触面积，加速气体水合物的生成。目前，用于制备气体水合物的方法大致有三种多孔介质填充法、气泡扰动法和机械搅拌法。它们的缺点是(1)在上述方法中，气体与水的接触面积都很有限，从而大大影响了水合物的生成速度；(2)随着水合物浓度的增大，所需的吹气动力以及搅拌动力大大增加，从而严重影响系统的经济性；(3)上述方法都不能实现水合物的连续生产；(4)在将这上述方法应用于制冷剂的水合反应时，制冷剂需要以液态形式导入反应器，这样，在常压下进行水合反应的制冷剂种类就受到很大限制。上述方法尤其不能用来进行气体以及目前环境适应性更好的一些混合制冷剂的水合反应。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种气体水合物的高速制备方法与装置，它能够连续、快速、高效地生产气体水合物。本专利技术所述的一种气体水合物的高速制备方法，是采用冷水喷雾法生产水合物。其步骤是先将水合反应需要的水制冷到低于对应压力下水合物形成温度的水平，然后将水以极小的水珠形式喷入充满气体的反应器中，水珠在下降的过程中与冷却的气体结合，形成气体水合物。其原理是在上述过程中，由于水珠的直径很小，从而使水珠与致水合气体的接触面积获得极大的增加，水珠易于与冷却的气体结合形成气体水合物。本专利技术所述的一种气体水合物的高速制备装置，包括反应器，其连有输液管和输气管，并在其中下部设置排出管，反应器顶部安放微尺度水滴发生器，其与输液管连通；输液管上安装有反应水冷却器；反应器的中下部连接输气管，其上安装气体冷却器；反应器中部安置冷却器。所述的微尺度水滴发生装置由一系列喷嘴组成，位于反应器的顶部，用于在反应器内产生微小水珠，微小水珠通常是指直径100μm-1000μm的水珠；气体通过位于反应器底部的入口管进入反应器，并与由顶部喷下的水珠发生反应并形成水合物。反应水和气体在进入反应器之前分别经过各自的冷却装置，降低到一定温度后进入反应器。为进一步控制进入的水流和气流，输液管设有流量调节阀，输气管设有压力传感器，以及流量调节阀。排出管也可设有截止阀。所述的冷却器可以采用冷却盘管，更有利于带走气提水合物生成过程所产生的热量。为将反应水循环利用，在反应器底部通过回流管连回到反应水冷却器。该回流管也可设有截止阀。与现有的水合物制备方法与装置相比，本专利技术所述的气体水合物的高速制备方法与装置具有以下优点(1)与气泡扰动法和机械搅拌法相比，本专利技术使致水合气体与冷水的接触面积得到极大地提高，从而大大加快了水合物的生成速度；(2)采用本专利技术所述的方法与装置，可以实现水合物的连续式生产，从而大大提高了水合物制备效率以及系统的经济性；(3)采用本专利技术所述的方法与装置，在常压下进行水合反应的制冷剂种类不受限制，尤其可以用来进行气体以及目前环境适应性更好的一些混合制冷剂的水合反应。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1中的反应器的结构示意图；图3是微尺度水滴发生器的结构示意图；图4是微尺度水滴发生器的另一种结构示意图。具体实施例方式本专利技术所述的一种气体水合物的高速制备装置，如图1所示，包括反应器1，其连有输液管7和输气管8，并在其中下部设置排出管9，反应器1顶部安放微尺度水滴发生器6，其与输液管7连通；输液管7上安装有反应水冷却器2；反应器1的中下部连接输气管8，其上安装气体冷却器3；反应器1中部安置冷却器11。输液管7设有流量调节阀4d。输气管8设有压力传感器5。输气管8设有流量调节阀4a。排出管9设有截止阀4b。反应器1底部通过回流管10连回到反应水冷却器2。回流管10设有截止阀4c。所述的反应器1如图2所示，反应器1顶部安放微尺度水滴发生器6，输液管7与微尺度水滴发生器6连接，微尺度水滴发生器6由一系列喷嘴12组成。反应器1中部安置冷却器11，冷却器11为冷却盘管。微尺度水滴发生器6上的喷嘴12可采用多种方式，如图3和图4所示。本专利技术所述的一种气体水合物的高速制备方法是采用冷水喷雾法生产水合物。其步骤是先将水合反应需要的水制冷到低于对应压力下水合物形成温度的水平，然后将水以极小的水珠形式喷入充满气体的反应器中，水珠在下降的过程中与冷却的气体结合，形成气体水合物。其原理是在上述过程中，由于水珠的直径很小，从而使水珠与致水合气体的接触面积获得极大的增加，水珠易于与冷却的气体结合形成气体水合物。如图1所示，需要生产气体水合物的气体流经气体冷却器3冷却后进入反应器1，在气体冷却器3与反应器1之间安装了压力传感器5和流量调节阀4a，压力传感器5用于测试反应器1内的压力，流量调节阀4a控制进入反应器1的气体量，从而控制反应所需要的恒定压力。在反应水冷却器2与反应器1之间安装了流量调节阀4d，控制进入反应器1的液体量。如图1、图2所示，反应水流经反应水冷却器2冷却到低于对应压力下水合物形成温度的水平，再进入微尺度水滴发生器6，经微尺度水滴发生器6的喷嘴12喷出，形成直径100μm-1000μm的水雾，水雾从上而降，与充满整个反应器1的气体充分接触，生产气体水合物，下降到反应器1的底部。如图2所示，在反应器1中央部位安置冷却器11(实施例中为冷却盘管)，把水与气体生成水合物的反应热吸走。如图1、图2所示，在反应器1的中下部设置气体水合物排出管9和截止阀4b，当气体水合物生成到达一定量后从该处排出，实现连续制气体水合物。如图1、图2所示，在反应器1的底部设置回流管10和截止阀4c，未反应的水雾沉降到反应器底部，打开截止阀4c将水排回反应水入口处。如图3所示，微尺度水滴发生器8是由多组喷嘴15组成，喷嘴15口径很小，高压水经喷嘴15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体水合物的高速制备方法，其特征在于：先将水合反应需要的水制冷到低于对应压力下水合物形成温度的水平，然后将水以极小的水珠形式喷入充满气体的反应器中，水珠在下降的过程中与冷却的气体结合，形成气体水合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯自平，黄冲，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]