專利名稱：一種制備氣體水合物的噴射式反應器的制作方法
技術領域：
本發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 反應器。
背景技術：
氣體水合物是由某些氣體(或易揮發液體)和水在低溫高壓條件下形成的一類籠型包 絡狀晶體。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。氣體水合物具有儲氣量大、運輸方便、使用安全的特點，但目前合成氣體水合物的 技術還不太成熟，尤其是對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，因此該技術的應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主要有四種靜止接觸法、多孔介質填充法、氣泡 擾動法和機械攪拌法。(1)靜止接觸法是在無擾動的情況下，使氣液兩相在相界面處直接 接觸，氣體通過相界面擴散至水中，經過結晶成核、生長，最終形成氣體水合物。(2)多 孔介質填充法是一種采用多孔介質加速氣體水合物生成的技術，將氣體通入多孔介質中， 增大氣液接觸面積，快速生成氣體水合物。(3)氣泡擾動法是使氣體通過反應器內的孔板 而產生氣泡，氣泡在水中不斷上升、破碎，增大氣體在水中的溶解度，縮短水合誘導時間，
從而加快水合物成核、生長。(4)機械攪拌法是在反應器內設置一個攪拌器，通過攪拌可
加速氣體在水中的溶解，促使氣體和水充分接觸，縮短水合誘導時間，增加水合速率。還 有將氣泡擾動法和機械攪拌法相結合的方法，是在反應器內同時設置孔板和攪拌器，可進 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的，不斷生成的水合物阻止了氣體在水中的 擴散，增加了吹氣動力和攪拌動力，這在經濟上是不提倡的；③機械攪拌時產生的熱效應， 也會不可避免地影響水合條件。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供了一種制備氣體水合物的噴射式反應器， 通過對混合后的氣液混合物同時噴射霧化，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，縮短了水合誘導時間，可實現氣一水混合物高度霧化，氣體 水合物高效、快速地生成。
本發明目的通過以下技術方案來實現
一種制備氣體水合物的噴射式反應器，包括噴嘴l、巻吸室2、喉管3和擴散管4，
在反應器進水管道中設有調節噴嘴1面積的針閥6，通過旋轉針閥6的閥柄使針閥6向前 旋進，針頭和噴嘴1之間的空隙逐漸減小；調整針頭與噴嘴1之間的空隙大小進而控制進水的流量，可完全切斷由反應水進口7進入的水流，反應器設有與巻吸室2相通的氣體進 口 8，巻吸室2與喉管3以及喉管3與擴散管4通過焊接連為一體，密封性和耐壓性好； 喉管3末端裝有流控器12，擴散管4處開有橢圓形玻璃視窗5。
所述反應器上設有反應水進口 7、氣體進口 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通過螺紋連接，通過更換流控器12來改變喉管3末端的 孔徑。
所述巻吸室2、喉管3和擴散管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噴出的高壓反應水巻吸入巻吸室2。
所述擴散管4處開有視窗5以觀察反應器內霧化效果及水合情況。 本發明的一種制備氣體水合物的噴射式反應器，采用高壓反應水引射低壓(相對于反 應水壓力)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，從而達到氣體與反應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，縮短水合誘導時間，實現氣體水合物高效、快速的生成。
本發明一種制備氣體水合物的噴射式反應器，是一種具有可視化窗口的噴射式反應器。 反應器的噴射霧化過程是高壓預冷后的反應水由反應水進口注入，在噴嘴l處高速射出， 將由氣體進口 8進入的氣體巻吸入巻吸室2。氣體和反應水初步混合后，在反應器喉管3 處進行能量和質量的交換(包括溫差引起的熱量交換)，最后在擴散管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，短時間內就可以在視窗中看到有水合物 晶體生成。反應器上的針閥6可以控制噴嘴面積，進而控制反應水的進入量。反應器喉管 3末端裝有流控器12，可進行喉管3末端孔徑的更改，從而可對噴射后霧滴大小進行控制。
本發明所述的一種新型快速制備氣體水合物的反應器，有如下特點
(1) 反應器噴嘴1處設有針閥6用以調節噴嘴面積，進而控制反應水進入量；
(2) 反應器擴散管4處開有視窗5用以觀察反應器內霧化效果及水合情況；
(3) 反應器喉管3末端裝有流控器12，可通過更換流控器12來改變喉管3末端孔 徑，控制噴射后霧滴大小；
(4) 反應器上設有溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)以對反應 器內溫度和壓力進行測量。
本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果
現有制備水合物的噴射霧化技術只針對液體進行噴射霧化，而且進液流量不能控制， 霧化效果和水合反應情況不能觀察。本發明的一種噴射制備氣體水合物的可視化裝置，通 過對混合后的氣液混合物同時噴射霧化，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、縮短水合誘導時間和提高水合速率等方面，比現有技術效果更明 顯，可實現水合物高效、快速的生成。本發明可視化窗口的設計實現了對混合流體狀態和 反應情況的觀察，并可利用攝像機和圖像處理軟件分析其泡沫或霧滴大小，對其霧化效果和反應速率進行研究，以提高水合反應速率。
圖1為本發明噴射式反應器的結構示意其中，噴嘴l，巻吸室2，喉管3，擴散管4，視窗5，針閥6，反應水進口7，氣體進 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。
具體實施例方式
一種制備氣體水合物的噴射式反應器，由噴嘴l、巻吸室2、喉管3和擴散管4四部分 構成，其外部設有視窗5、針閥6、反應水進口7、氣體進口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)。
在反應器進水管道中設有調節噴嘴1面積的針閥6，通過旋轉針閥6的閥柄使針閥6 向前旋進，針頭和噴嘴1之間的空隙逐漸減小；通過旋轉針閥6的閥柄使針閥6向前旋進， 來調整針頭與噴嘴1之間的空隙大小進而控制進水的流量，可完全切斷由反應水進口 7進 入的水流，反應器設有與巻吸室2相通的氣體進口 8，巻吸室2與喉管3以及喉管3與擴 散管4通過焊接連為一體，密封性和耐壓性好；喉管3末端裝有變孔徑的流控器12，擴散 管4處開有橢圓形玻璃視窗5。
反應器末端的氣液出口 11分別連有氣閥9和閥門10，管路可以旋轉下來，反應器與 管路的密封方式采用線密封。反應器巻吸室2、喉管3和擴散管4處均裝有溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)以便對溫度和壓力進行測量。
抽真空反應器中進行水合反應前需要配置一真空泵，開啟真空泵使反應器內部及其 連接的氣路管線達到所需真空度要求。
提供低溫環境反應器需放在一內置保溫棉的冷媒恒溫箱中，通過制冷系統為反應器 提供低溫環境。
通入氣體從氣瓶出來的氣體需要在氣體增壓泵的幫助下進行增壓，經緩沖罐、反應 器的氣體進口8進入反應器，使反應器維持在一個低壓環境。
通入高壓反應水借助柱塞泵使反應水增壓到指定壓力(15 20MPa)，高壓水經反應 水進口7進入反應器，在噴嘴l處噴出，在巻吸室2巻吸循環的氣體，氣體和反應水初步 混合后，在反應器喉管3處進行能量和質量的交換，最后在擴散管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氣閥開度，使反應器內氣體壓力增加到反 應壓力(5-8MPa)，短時間內就可以在視窗5中看到有水合物晶體生成。
另外可通過調節反應器上的針閥6來控制噴嘴1面積，進而控制反應水的進入量；更 換喉管3末端的流控器12可改變喉管3末端孔徑，從而可調節霧滴粒徑。水合反應過程的 溫度和壓力條件可通過反應器的巻吸室2、喉管3和擴散管4處的溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)進行測量。
本發明可視化窗口的設計實現了對混合流體狀態和反應情況的觀察，通過窗口可以清 楚的看到反應器內混合物的霧化情況，利用高速攝像機和圖像處理軟件分析其泡沫或霧滴粒徑數量級在10 10、m，比現有技術中霧滴粒徑102~10、111有所降低；在進行CH4水合物實 驗時，利用數據采集儀對溫度和壓力數據進行采集，發現反應溫度在0 5'C，壓力在5 8MPa 范圍內，水合物過冷度可以降低到3'C，水合實驗的誘導時間可以降低至iJ100 150min之內， 與現有的攪拌技術中水合誘導時間200min以上相比，時間縮短了。
權利要求
1、一種制備氣體水合物的噴射式反應器，其特征在于，包括噴嘴(1)、卷吸室(2)、喉管(3)和擴散管(4)，在反應器進水管道中設有調節噴嘴(1)面積的針閥(6)，通過旋轉針閥(6)的閥柄使針閥(6)向前旋進，針頭和噴嘴(1)之間的空隙逐漸減小；反應器設有與卷吸室(2)相通的氣體進口(8)，卷吸室(2)與喉管(3)以及喉管(3)與擴散管(4)通過焊接連為一體；喉管(3)末端裝有流控器(12)，擴散管(4)處開有橢圓形玻璃視窗(5)。
2、 根據權利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應器，其特征在于所述反應 器上設有反應水進口 (7)、氣體進口 (8)和氣液出口 (11)。
3、 根據權利要求2所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應器，其特征在于連接所述 氣液出口 (11)的管路上裝有閥門。
4、 根據權利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應器，其特征在于所述喉管 (3)末端和流控器(12)通過螺紋連接，通過更換流控器(12)來改變喉管(3)末端的孔徑。
5、 根據權利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應器，其特征在于所述巻吸 室(2)、喉管(3)和擴散管(4)處均安裝有溫度傳感器(13、 14、 15)和壓力傳感器(16、 17、 18)。
6、 根據權利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應器，其特征在于氣體被所 述噴嘴(1)噴出的高壓反應水巻吸入巻吸室(2)。
7、 根據權利要求1所述的一種制備氣體水合物的噴射式反應器，其特征在于所述擴散 管(4)處開有視窗(5)以觀察反應器內霧化效果及水合情況。
全文摘要
本發明公開了一種制備氣體水合物的噴射式反應器，即噴射式反應器，反應器主要由六部分構成噴嘴、卷吸室、喉管、擴散管，并在噴嘴處裝針閥，在喉管末端裝有流控器，在擴散管處開有可視化窗口。反應器上設有反應水進口、氣體進口、氣閥、閥門、氣液出口、溫度傳感器和壓力傳感器。針閥調節噴嘴面積進而控制反應水進入量，更換不同孔徑的流控器可改變噴射后霧滴大小。本發明可使氣體與反應水接觸混合后高速噴射霧化，增大氣體和霧滴的接觸面積，縮短水合反應的誘導時間，極大提高氣體水合物的生成速率，實現氣體水合物高效、快速的生成，是一種新型高速制備氣體水合物的反應器。
文檔編號B01F5/02GK101537318SQ20091003898
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者亮 楊, 樊栓獅, 飛 裴, 郎雪梅 申請人:華南理工大學