一种促进水合物合成装置 |
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| 申请号 | CN202311817896.8 | 申请日 | 2023-12-27 | 公开(公告)号 | CN117844546A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 河南理工大学; | 发明人 | 王蕊蕊; 姜少林; 王超; 赵伟龙; 郝晓茹; 郑海坤; 陈小砖; 盛伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种促进 水 合物合成装置，涉及水合物应用技术领域，其技术方案要点是：包括反应系统以及用于监测反应系统反应数据的监测系统，所述反应系统与监测系统电性连接，所述监测系统与上位机连接；所述反应系统包括恒温水箱、 电磁搅拌 器、反应釜、进气管、第一排气管以及恒温部件；在本发明中，通过采用喷淋系统这一主动、强制循环的方式，通过不断抽吸雾化以实现气、液间的充分混合，扩大气液 接触 面积， 加速 气体溶解、饱和，扩大成核范围，从而有 力 的缩短了诱导时间，加速水合物的生长。与传统物理方法相比较该方法机械可靠性更高，可控性更强，同时能耗也大为减少。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种促进水合物合成装置，其特征在于，包括反应系统以及用于监测反应系统反应数据的监测系统，所述反应系统与监测系统电性连接，所述监测系统与上位机连接； |
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| 说明书全文 | 一种促进水合物合成装置技术领域[0001] 本发明涉及水合物应用技术领域，更具体地说，它涉及一种促进水合物合成装置。 背景技术[0002] 随着城市化的急速推进以及工业化水平的稳步提升，能源需求和节能环保的矛盾愈发凸显。但是值得注意的是像天然气等一些清洁能源消耗占比在不断提高，整体增幅约为8.9％‑35.8％，表明我国能源消费结构逐渐向清洁低碳的方向靠拢。能源消费结构的转变，必然会提高对清洁能源的需求。在我国南海以及永久冻土地区发现了大量的天然气水合物，所含气体的主要成分是甲烷又叫可燃冰。并且水合物中碳含量约为其他已知化石能源的两倍。经调查研究表明，如若天然气水合物中仅有15％可被用于提取的甲烷气，也将足以满足全球范围内200年的能源需求。加大对水合物勘探、研究和利用能够用于解决未来我国能源短缺的问题，但由于分布地区的原因以及水合物的热敏性，在对天然气水合物开发过程中，极易造成水合物分解，从而引起大量的气体泄漏，严重情况下还会发生爆炸，导致海洋地质结构被破坏，甚至会引发环境和生态平衡等问题。所以以目前科技的发展水平来看，要如何高效合理的利用它仍然任重而道远。不过水合物技术应用到其它领域，越来越受到广泛的关注。 [0003] 由于在结构上的特殊性，水合物可用作优质的储气载体进行气体的储运，在标准3 条件下，1m3的水合物可储存170m的甲烷。常规的天然气储运包括压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)技术，但这些方式存在着很大的缺陷，像CNG储气压力达到20‑25MPa左右，所以就不可避免的需要器壁比较厚的重型储罐，会产生一些安全和操作方面的问题。而LNG技术是将天然气液化进行运输，必须要求冷却系统将温度持续保持在191K以下，导致较高的运输成本。水合物法固化天然气(SNG)储运的操作简单，并且在253K的大气压条件下可以轻松储存三个月，大大的提高了安全性，降低了运输成本。 [0004] 但在现有水合物生成过程中，常采用搅拌的方式进行生成，其生成速率较慢，增加了水合物生成时间；因此，本发明旨在通过提供一种促进水合物合成装置，以解决上述提到的相关问题。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种促进水合物合成装置，以解决上述提到的相关问题。 [0006] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种促进水合物合成装置，包括反应系统以及用于监测反应系统反应数据的监测系统，所述反应系统与监测系统电性连接，所述监测系统与上位机连接； [0007] 所述反应系统包括恒温水箱、电磁搅拌器、反应釜、进气管、第一排气管以及恒温部件，所述反应釜放置于恒温水箱内，所述电磁搅拌器放置于反应釜的正下方，所述进气管的一端贯通连接于反应釜的顶部，所述进气管的另一端连接有气源瓶，所述第一排气管的一端贯通连接于反应釜的顶部，所述第一排气管的另一端连接有第一排气阀，所述恒温部件设于恒温水箱的一侧，且与恒温水箱连接； [0008] 所述反应釜外侧壁设有循环喷淋系统，所述循环喷淋系统包括循环泵、循环进液管、循环出液管以及若干个喷淋口，所述循环泵设于反应釜的外侧壁，所述循环进液管的一端与循环泵连接，所述循环进液管的另一端贯穿反应釜的侧壁壁厚，与所述反应釜底部内侧贯通连接，所述循环出液管的一端与循环泵连接，所述循环出液管的另一端贯穿反应釜的侧壁壁厚延伸至反应釜的顶部内侧，若干个所述喷淋口间隔贯通连接于循环出液管的外侧壁。 [0009] 本发明进一步设置为：所述恒温部件包括恒温装置、恒温进液管以及恒温出液管，所述恒温进液管的一端与恒温装置连接，所述恒温进液管的另一端贯穿恒温水箱的侧壁壁厚延伸至恒温水箱的内侧底部，所述恒温出液管的一端与恒温装置连接，所述恒温出液管的另一端贯穿恒温水箱的侧壁壁厚延伸至恒温水箱的内侧顶部。 [0010] 本发明进一步设置为：所述监测系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器以及数据采集器，所述第一温度传感器设于恒温水箱内侧，所述第二温度传感器设于反应釜的内侧底部，所述第三温度传感器设于反应釜的内侧顶部，所述第一压力传感器设于恒温水箱内侧，所述第二压力传感器与进气管贯通连接，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一压力传感器以及第二压力传感器均与数据采集器连接，所述数据采集器与上位机连接。 [0011] 本发明进一步设置为：所述进气管设有进气阀，所述进气管的中部管体连接有第二排气管，所述第二排气管设有第二排气阀。 [0012] 综上所述，本发明具有以下有益效果：在本发明中，通过采用喷淋系统这一主动、强制循环的方式，通过不断抽吸雾化以实现气、液间的充分混合，扩大气液接触面积，加速气体溶解、饱和，扩大成核范围，从而有力的缩短了诱导时间，加速水合物的生长。与常规搅拌方式相比，极大的加快了溶解、成核及生长过程，其整体反应速度提高了一倍以上，最终含气量也显著提高。附图说明 [0013] 图1是本发明实施例中一种促进水合物合成装置的结构示意图。 [0014] 图中：1、恒温水箱；2、电磁搅拌器；3、反应釜；4、进气管；5、第一排气管；6、恒温部件；601、恒温装置；602、恒温进液管；603、恒温出液管；7、气源瓶；8、第一排气阀；9、循环喷淋系统；901、循环泵；902、循环进液管；903、循环出液管；10、喷淋口；11、第一温度传感器；12、第二温度传感器；13、第三温度传感器；14、第一压力传感器；15、第二压力传感器；16、数据采集器；17、进气阀；18、第二排气管；19、第二排气阀；20、高压储液罐。 具体实施方式[0015] 以下结合附图1对本发明作进一步详细说明。 [0016] 实施例：一种促进水合物合成装置，如图1所示，包括反应系统以及用于监测反应系统反应数据的监测系统，反应系统与监测系统电性连接，监测系统与上位机连接；需要说明的是上位机采用具有HMFY‑II型水合物生成数据采集系统的计算机电脑； [0017] 反应系统包括恒温水箱1、电磁搅拌器2、反应釜3、进气管4、第一排气管5以及恒温部件6，反应釜3放置于恒温水箱1内，在本实施例中，可在水箱周围包裹一圈保温泡沫，减少水箱热量的散失，电磁搅拌器2放置于反应釜3的正下方，需要说明的是，电磁搅拌器2的驱动件放置在恒温水箱1的外侧，电磁搅拌器2的输出件固定安装于反应釜3内侧底部，进气管4的一端贯通连接于反应釜3的顶部，进气管4的另一端连接有气源瓶7，气源瓶7内装有甲烷气体，第一排气管5的一端贯通连接于反应釜3的顶部，第一排气管5的另一端连接有第一排气阀8，恒温部件6放置于恒温水箱1的一侧，且与恒温水箱1连接； [0018] 反应釜3外侧壁固定安装有循环喷淋系统9，循环喷淋系统9包括循环泵901、循环进液管902、循环出液管903以及4个喷淋口10，循环泵901固定安装于反应釜3的外侧壁，循环进液管902的一端与循环泵901连接，循环进液管902的另一端贯穿反应釜3的侧壁壁厚，与反应釜3底部内侧贯通连接，循环出液管903的一端与循环泵901连接，循环出液管903的另一端贯穿反应釜3的侧壁壁厚延伸至反应釜3的顶部内侧，4个喷淋口10间隔贯通连接于循环出液管903的外侧壁，在循环泵901以及循环出液管903之间还连接有高压储液罐20，用于存储以及向反应釜3中输送配置好的反应溶液。 [0019] 恒温部件6包括恒温装置601、恒温进液管602以及恒温出液管603，恒温进液管602的一端与恒温装置601连接，恒温进液管602的另一端贯穿恒温水箱1的侧壁壁厚延伸至恒温水箱1的内侧底部，恒温出液管603的一端与恒温装置601连接，恒温出液管603的另一端贯穿恒温水箱1的侧壁壁厚延伸至恒温水箱1的内侧顶部。 [0020] 监测系统包括第一温度传感器11、第二温度传感器12、第三温度传感器13、第一压力传感器14、第二压力传感器15以及数据采集器16，第一温度传感器11固定安装于恒温水箱1内侧，第一温度传感器11用于监测恒温水箱1内的温度变化数据，第二温度传感器12固定安装于反应釜3的内侧底部，第二温度传感器12用于监测反应釜3内部底部的温度变化数据，第三温度传感器13固定安装于反应釜3的内侧顶部，第三温度传感器13用于监测反应釜3内部顶部的温度变化数据，第一压力传感器14固定安装于恒温水箱1内侧，第一压力传感器14用于监测恒温水箱1内的压力数据，第二压力传感器15与进气管4贯通连接，第二压力传感器15用于监测进气管4内的气压数据，第一温度传感器11、第二温度传感器12、第三温度传感器13、第一压力传感器14以及第二压力传感器15均与数据采集器16连接，数据采集器16与上位机连接。 [0021] 进气管4贯通安装有进气阀17，进气管4的中部管体连接有第二排气管18，第二排气管18贯通安装有第二排气阀19。 [0022] 工作原理：在需要使用之前，先注入去离子水清洗反应釜3遍，并进行干燥，排出其他杂质的干扰；将提前配好的溶液注入高压储液器，将恒温水箱1内的温度设置到合适的温度，给予反应过程足够的过冷度驱动力；接着向反应釜3中通入少量的反应气体，吹走反应釜3内空气，此过程进行4～5次确保反应釜3内的空气被完全排出。 [0023] 当反应釜3内温度降至设定温度时，打开数据采集器16，设置好数据记录周期，打开进气阀17，缓慢通入甲烷气体至预设压力，然后打开磁力搅拌器，设置好转速运行。 [0024] 将配置好的溶液经过循环泵901进入反应釜3，经过喷淋口10将溶液雾化，从而增加扩散面积，提高反应效率，当溶液反应后聚集在反应釜3底部时会影响反应速度，循环泵901会将溶液抽出降低水合物反应热量和温度而后进入到高压储液器中，而后重新抽入到反应釜3中，经喷淋口10雾化后开始下一组的反应，该装置可以极大的缩短诱导时间，加速水合物的生长。实验完成后关闭数据采集器16，排空釜内气体并清洗反应釜3。 |
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