一种快速形成气体水合物的喷雾装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快速形成气体水合物的喷雾装置，主要包括稳定供气系统、饱和溶液制备系统、气液混合喷雾器、控温系统和数据采集及处理系统，本发明专利技术实现了压力式雾化，雾化速度快，雾化的雾滴均分布在5-10μm尺度范围，形成气包水接触模式，有效地提高了气水接触表面积，显著缩短形成气体水合物的诱导时间，本装置通过喷雾的方式实现气液在气液混合腔内的充分混合，不需要消耗能量，有效地降低了气体水合物的形成总能耗，提高了气体水合物形成能耗效率，且使用方便，可广泛应用于快速连续水合物法气体分离和气体水合物快速形成的热力学和动力学实验。

【技术实现步骤摘要】
一种快速形成气体水合物的喷雾装置
:本专利技术涉及一种快速形成气体水合物的喷雾装置。
技术介绍
:气体水合物(Gas Hydrate)是一种由水分子和客体气体小分子形成的类冰状晶体混合物，通常在低温高压条件下形成，水分子通过氢键相连，形成一系列大小不同、结构不同的多面体孔穴，不同大小的客体分子进入到这些孔穴中，在范德华力的作用下而稳定存在。不同的客体分子形成气体水合物的相平衡条件不同，由此，在相同条件下，水合物对不同的客体分子具有选择性，相平衡条件更温和的客体分子能优先进入形成气体水合物，导致水合物相和气相中的气体组分的变化，在水合物相中，更易形成气体水合物的组分富集，在气相中，则变稀薄，因此可以实现利用水合物法从混合气中分离气体并提纯气体。相对于传统的气体分离技术(如化学吸收、物理吸附、膜分离，等)，水合物法分离气体技术具有能耗更低、更环保等优点，因此关于水合物法分离气体技术的研究在世界范围内已成为热点，水合物法分离气体的工艺及应用是该技术转向工业化应用的关键。当前，水合物法分离气体的工艺研究受制于气体水合物形成速度以及气体分离效率，尤其在工艺化过程中，气体水合物的形成速度是制约水合物法分离技术的关键因素。从水合物形成热力学和动力学两方面分析，影响气体水合物形成的关键因素之一在于气水接触面积。气水接触表面积越大，越有利于气体在水相中的溶解，气体在水相中的逸度会相应增加，从而进一步提高了气体水合物形成的驱动力，为快速形成气体水合物提供了条件。气体水合物的形成方式通常有搅拌法、喷淋法、鼓泡法等，这些方法运用的目的是为了促进气水的充分混合，提高气水接触面积。搅拌法有机械搅拌和电磁搅拌两种,机械搅拌适用于较大体积反应器，搅拌速度始终能维持不变，而电磁搅拌受限于磁力做功，仅适用于小型反应器，而且搅拌速度随着水合物的形成以及体系稠度的增加而下降。但磁力搅拌可更易实现体系的密封，这在高压环境下尤其重要。喷淋法是通过喷淋管，将水喷洒在充满气体的反应釜内，在空间上形成气包水形式，促进气水接触；鼓泡法则相反，是将气体通过气泡发生碟，以气泡形式进入装有水的反应釜内，形成水包气的形式，以促进气水接触。这些方法，相对于静置体系，显然有助于促进气体在水中的溶解，增加气水接触表面，能相对地缩短水合物形成诱导时间，提高水合物形成速度，并且在大量的实验研究中得到验证。然而，由于气体水合物的形成是一个微观晶核的成长过程，搅拌法、喷淋法以及鼓泡法等造成的气水接触，在尺度上都远大于微观成核尺度，导致的气水接触面积不够大，气水接触并不充分，不足以显著提高气体水合物的形成速度以满足工艺化生产需求。
技术实现思路
:本专利技术针对制约气体水合物快速形成的关键问题——气水充分接触，提供一种快速形成气体水合物的喷雾装置，这种装置通过将气水充分混合后雾化成5-10 u m的雾滴，从而显著增加了气水接触表面积，提高了气体在水相中的逸度，从而提高了气体水合物形成驱动力，缩短了气体水合物形成诱导时间，提高了气体水合物形成速度。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的:一种快速形成气体水合物的喷雾装置，主要包括由管路或线路连接的稳定供气系统、饱和溶液制备系统、气液混合喷雾器、控温系统和数据采集及处理系统；所述稳定供气系统由试验气瓶、CO2气瓶、减压阀和增压泵组成，所述稳定供气系统向饱和溶液制备系统和气液混合喷雾器提供气体；所述饱和溶液制备系统由溶液罐和增压泵组成，所述饱和溶液制备系统向气液混合喷雾器提供饱和溶液；所述气液混合喷雾器内部主要包括高速流体腔、跟高速流体腔连通的气液混合腔，设在气液混合腔内的雾化器；所述试验气瓶经减压阀、气体流量计跟气液混合喷雾器的气液混合腔连通；所述CO2气瓶顶端设有两气体管路，其中的一气体管路经增压泵跟溶液罐的底部连通，另一气体管路跟溶液罐的顶部连通；所述溶液罐经增压泵跟气液混合喷雾器的高速流体腔连通；所述控温系统包括温控制冷系统和设在所述溶液罐、气液混合喷雾器外围的恒温室，所述控温系统控制溶液罐和气液混合喷雾器的温度变化；所述数据采集及处理系统包括液体流量计、气体流量计、数据采集器和电脑处理系统，所述数据采集及处理系统用来控制、采集、保存和分析所述稳定供气系统、饱和溶液制备系统、气液混合喷雾器和控温系统的温度、压力、气体流量、液体流量数据。所述气液混合喷雾器内部中空，内壁对称设有梯形凸起将所述气液混合喷雾器内部分割为互相连通的高速流体腔和气液混合腔；所述气液混合腔内靠近高速流体腔的凸起端设有气体流入口，所述气液混合喷雾器还包括设在雾化器外端的喷雾头、喷雾头上均布的分布器。所述雾化器经螺纹连接头和垫圈跟气液混合喷雾器的壁固定连接。所述喷雾头为环形，可拆卸，喷雾头优选为跟雾化器通过内螺旋纹连接。所述分布器内径为0.04?1.0_。本专利技术还保护所述快速形成气体水合物的喷雾装置的应用，应用于快速连续水合物法气体分离和气体水合物快速形成的热力学和动力学实验。本专利技术具有如下有益效果:(I)本装置的工作上限压力可达8MPa，可进行高压气液混合；(2)本装置实现了压力式雾化,雾化速度快,雾化的雾滴均分布在5-10 u m尺度范围，雾滴在装置内被包围在气体环境中，形成气包水接触模式，有效地提高了气水接触表面积，在适当温压条件下，显著缩短形成气体水合物的诱导时间，气体水合物可瞬间形成，可广泛应用于快速连续水合物法气体分离和气体水合物快速形成的热力学和动力学实验。(3)本装置通过喷雾的方式实现气液在气液混合腔内的充分混合，不需要消耗能量，有效地降低了气体水合物形成的总能耗，提高了气体水合物形成能耗效率。(4)本装置使用方便，环形喷雾头可拆卸、可更换，采用内旋螺纹式接通方式不仅可以根据工艺需求实现环径的变换，也可以对喷头进行随时清理，防止喷头堵塞。【附图说明】:图1是本专利技术的喷雾装置示意图；图2是本专利技术的气液混合喷雾器的剖面图；图3是环形喷雾头的分布器示意图；其中，1、试验气瓶；3、增压泵；4、CO2气瓶;2、5、6、10、12、14、17、19、20、21、24、阀门；7、恒温室；8、溶液罐；9、去离子水；11、增压泵；13、液体流量计；15、气液混合喷雾器；16、温控制冷系统；18、减压阀；22、气体流量计；23、数据采集器；25、电脑处理系统；26、高速流体腔；27、气液混合腔；28、螺纹连接头；29、喷雾头；30、分布器；31、气体流入口 ；32、雾化器；33、垫圈。【具体实施方式】:以下是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。如图1所示，一种快速形成气体水合物的喷雾装置，主要包括由管路或线路连接的稳定供气系统、饱和溶液制备系统、气液混合喷雾器15、控温系统和数据采集及处理系统；所述稳定供气系统由装有试验用气的试验气瓶1、制备饱和溶液用的CO2气瓶4、减压阀18和增压泵3组成；所述饱和溶液制备系统由溶液罐8和增压泵11组成；所述气液混合喷雾器15内部主要包括高速流体腔26、跟高速流体腔26连通的气液混合腔27、设在气液混合腔27内的雾化器32 ;所述试验气瓶I经减压阀18、气体流量计22跟气液混合喷雾器15的气液混合腔27连通；所述CO2气瓶4顶端设有两气体管路，其中的一气体管路经增压泵3跟溶液罐8的底部连通，另一气体管路经阀门本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速形成气体水合物的喷雾装置，其特征在于，主要包括由管路或线路连接的稳定供气系统、饱和溶液制备系统、气液混合喷雾器（15）、控温系统和数据采集及处理系统；所述稳定供气系统由试验气瓶（1）、CO2气瓶（4）、减压阀（18）和增压泵（3）组成，所述稳定供气系统向饱和溶液制备系统和气液混合喷雾器（15）提供气体；所述饱和溶液制备系统由溶液罐（8）和增压泵（11）组成，所述饱和溶液制备系统向气液混合喷雾器（15）提供饱和溶液；所述气液混合喷雾器（15）内部主要包括高速流体腔（26）、跟高速流体腔（26）连通的气液混合腔（27），设在气液混合腔（27）内的雾化器（32）；所述试验气瓶（1）经减压阀（18）、气体流量计（22）跟气液混合喷雾器（15）的气液混合腔（27）连通；所述CO2气瓶（4）顶端设有两气体管路，其中的一气体管路经增压泵（3）跟溶液罐（8）的底部连通，另一气体管路跟溶液罐（8）的顶部连通；所述溶液罐经增压泵（11）跟气液混合喷雾器（15）的高速流体腔（26）连通；所述控温系统包括温控制冷系统（16）和设在所述溶液罐（8）、气液混合喷雾器（15）外围的恒温室（7），所述控温系统控制溶液罐（8）和气液混合喷雾器（15）的温度变化；所述数据采集及处理系统包括液体流量计（13）、气体流量计（22）、数据采集器（23）和电脑处理系统（25），所述数据采集及处理系统用来控制、采集、保存和分析所述稳定供气系统、饱和溶液制备系统、气液混合喷雾器和控温系统的温度、压力、气体流量、液体流量数据。...

【技术特征摘要】
1.一种快速形成气体水合物的喷雾装置，其特征在于，主要包括由管路或线路连接的稳定供气系统、饱和溶液制备系统、气液混合喷雾器(15)、控温系统和数据采集及处理系统；所述稳定供气系统由试验气瓶(I)、CO2气瓶(4)、减压阀(18)和增压泵(3)组成，所述稳定供气系统向饱和溶液制备系统和气液混合喷雾器(15)提供气体；所述饱和溶液制备系统由溶液罐(8)和增压泵(11)组成，所述饱和溶液制备系统向气液混合喷雾器(15)提供饱和溶液；所述气液混合喷雾器(15 )内部主要包括高速流体腔(26 )、跟高速流体腔(26 )连通的气液混合腔(27)，设在气液混合腔(27)内的雾化器(32);所述试验气瓶(I)经减压阀(18)、气体流量计(22)跟气液混合喷雾器(15)的气液混合腔(27)连通；所述CO2气瓶(4)顶端设有两气体管路，其中的一气体管路经增压泵(3)跟溶液罐(8)的底部连通，另一气体管路跟溶液罐(8)的顶部连通；所述溶液罐经增压泵(11)跟气液混合喷雾器(15)的高速流体腔(26)连通；所述控温系统包括温控制冷系统(16)和设在所述溶液罐(8)、气液混合喷雾器(15)外围的恒温室(J)，所述控温系统控制溶液罐(8)和气液混合喷雾器(15)的温度变化；所述数据采集及处理系统包括液体流量计(13)、气体流量计(22)、数据采集器(23)和电脑处理系统(25)，所述数据采...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小森，徐纯刚，陈朝阳，李刚，张郁，
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：