专利名称：一种制备气体水合物的喷射式反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及合成气体水合物的气液分散装置，具体涉及一种制备气体水合物的喷射式 反应器。
背景技术：
气体水合物是由某些气体(或易挥发液体)和水在低温高压条件下形成的一类笼型包 络状晶体。不同气体生成气体水合物所需温度和压力条件不同，形成气体水合物的种类也 不同。气体水合物具有储气量大、运输方便、使用安全的特点，但目前合成气体水合物的 技术还不太成熟，尤其是对于难以形成水合物的气体，温度和压力条件不易控制，水合速 率也很难提高，因此该技术的应用急需一种高效制备气体水合物的装置。
目前，用于制备气体水合物的技术主要有四种静止接触法、多孔介质填充法、气泡 扰动法和机械搅拌法。(1)静止接触法是在无扰动的情况下，使气液两相在相界面处直接 接触，气体通过相界面扩散至水中，经过结晶成核、生长，最终形成气体水合物。(2)多 孔介质填充法是一种采用多孔介质加速气体水合物生成的技术，将气体通入多孔介质中， 增大气液接触面积，快速生成气体水合物。(3)气泡扰动法是使气体通过反应器内的孔板 而产生气泡，气泡在水中不断上升、破碎，增大气体在水中的溶解度，縮短水合诱导时间，
从而加快水合物成核、生长。(4)机械搅拌法是在反应器内设置一个搅拌器，通过搅拌可
加速气体在水中的溶解，促使气体和水充分接触，縮短水合诱导时间，增加水合速率。还 有将气泡扰动法和机械搅拌法相结合的方法，是在反应器内同时设置孔板和搅拌器，可进 一步增大气体和水的接触面积，加速气体水合物的生成。
但以上方法存在缺点①气体与水的接触面积都很有限，很大程度上影响了气体水合 物的生成速率；②气体水合物的合成不是连续的，不断生成的水合物阻止了气体在水中的 扩散，增加了吹气动力和搅拌动力，这在经济上是不提倡的；③机械搅拌时产生的热效应， 也会不可避免地影响水合条件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种制备气体水合物的喷射式反应器， 通过对混合后的气液混合物同时喷射雾化，形成雾状流或者泡沫流，增大了气体在水中溶 解度，增加了气液接触面积，縮短了水合诱导时间，可实现气一水混合物高度雾化，气体 水合物高效、快速地生成。
本发明目的通过以下技术方案来实现
一种制备气体水合物的喷射式反应器，包括喷嘴l、巻吸室2、喉管3和扩散管4，
在反应器进水管道中设有调节喷嘴1面积的针阀6，通过旋转针阀6的阀柄使针阀6向前 旋进，针头和喷嘴1之间的空隙逐渐减小；调整针头与喷嘴1之间的空隙大小进而控制进水的流量，可完全切断由反应水进口7进入的水流，反应器设有与巻吸室2相通的气体进 口 8，巻吸室2与喉管3以及喉管3与扩散管4通过焊接连为一体，密封性和耐压性好； 喉管3末端装有流控器12，扩散管4处开有椭圆形玻璃视窗5。
所述反应器上设有反应水进口 7、气体进口 8和气液出口 11。
连接所述气液出口 11的管路上装有气阀9和阀门10。
所述喉管3末端和流控器12通过螺纹连接，通过更换流控器12来改变喉管3末端的 孔径。
所述巻吸室2、喉管3和扩散管4处均安装有温度传感器(13、 14、 15)和压力传感 器(16、 17、 18)。
气体被所述喷嘴1喷出的高压反应水巻吸入巻吸室2。
所述扩散管4处开有视窗5以观察反应器内雾化效果及水合情况。 本发明的一种制备气体水合物的喷射式反应器，采用高压反应水引射低压(相对于反 应水压力)气体，高速喷射雾化的方法合成气体水合物。气液混合物高速射出形成雾状流 或者泡沫流，从而达到气体与反应水雾滴充分接触的效果，这可以在很大程度上增加气液 接触面积，縮短水合诱导时间，实现气体水合物高效、快速的生成。
本发明一种制备气体水合物的喷射式反应器，是一种具有可视化窗口的喷射式反应器。 反应器的喷射雾化过程是高压预冷后的反应水由反应水进口注入，在喷嘴l处高速射出， 将由气体进口 8进入的气体巻吸入巻吸室2。气体和反应水初步混合后，在反应器喉管3 处进行能量和质量的交换(包括温差引起的热量交换)，最后在扩散管4处喷射雾化，雾化 后的雾滴和气体充分接触后，在高压低温条件下，短时间内就可以在视窗中看到有水合物 晶体生成。反应器上的针阀6可以控制喷嘴面积，进而控制反应水的进入量。反应器喉管 3末端装有流控器12，可进行喉管3末端孔径的更改，从而可对喷射后雾滴大小进行控制。
本发明所述的一种新型快速制备气体水合物的反应器，有如下特点
(1) 反应器喷嘴1处设有针阀6用以调节喷嘴面积，进而控制反应水进入量；
(2) 反应器扩散管4处开有视窗5用以观察反应器内雾化效果及水合情况；
(3) 反应器喉管3末端装有流控器12，可通过更换流控器12来改变喉管3末端孔 径，控制喷射后雾滴大小；
(4) 反应器上设有温度传感器(13、 14、 15)和压力传感器(16、 17、 18)以对反应 器内温度和压力进行测量。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果
现有制备水合物的喷射雾化技术只针对液体进行喷射雾化，而且进液流量不能控制， 雾化效果和水合反应情况不能观察。本发明的一种喷射制备气体水合物的可视化装置，通 过对混合后的气液混合物同时喷射雾化，形成雾状流或者泡沫流，在增大气体在水中溶解 度、增加气液接触面积、縮短水合诱导时间和提高水合速率等方面，比现有技术效果更明 显，可实现水合物高效、快速的生成。本发明可视化窗口的设计实现了对混合流体状态和 反应情况的观察，并可利用摄像机和图像处理软件分析其泡沫或雾滴大小，对其雾化效果和反应速率进行研究，以提高水合反应速率。
图1为本发明喷射式反应器的结构示意其中，喷嘴l，巻吸室2，喉管3，扩散管4，视窗5，针阀6，反应水进口7，气体进 口 8，气阀9，阀门10，气液出口 11，流控阀12，温度传感器13，温度传感器14，温度 传感器15，压力传感器16，压力传感器17，压力传感器18。
具体实施例方式
一种制备气体水合物的喷射式反应器，由喷嘴l、巻吸室2、喉管3和扩散管4四部分 构成，其外部设有视窗5、针阀6、反应水进口7、气体进口8、气阀9、阀门10、气液出 口ll、流控阀12、温度传感器(13、 14、 15)和压力传感器(16、 17、 18)。
在反应器进水管道中设有调节喷嘴1面积的针阀6，通过旋转针阀6的阀柄使针阀6 向前旋进，针头和喷嘴1之间的空隙逐渐减小；通过旋转针阀6的阀柄使针阀6向前旋进， 来调整针头与喷嘴1之间的空隙大小进而控制进水的流量，可完全切断由反应水进口 7进 入的水流，反应器设有与巻吸室2相通的气体进口 8，巻吸室2与喉管3以及喉管3与扩 散管4通过焊接连为一体，密封性和耐压性好；喉管3末端装有变孔径的流控器12，扩散 管4处开有椭圆形玻璃视窗5。
反应器末端的气液出口 11分别连有气阀9和阀门10，管路可以旋转下来，反应器与 管路的密封方式采用线密封。反应器巻吸室2、喉管3和扩散管4处均装有温度传感器(13、 14、 15)和压力传感器(16、 17、 18)以便对温度和压力进行测量。
抽真空反应器中进行水合反应前需要配置一真空泵，开启真空泵使反应器内部及其 连接的气路管线达到所需真空度要求。
提供低温环境反应器需放在一内置保温棉的冷媒恒温箱中，通过制冷系统为反应器 提供低温环境。
通入气体从气瓶出来的气体需要在气体增压泵的帮助下进行增压，经缓冲罐、反应 器的气体进口8进入反应器，使反应器维持在一个低压环境。
通入高压反应水借助柱塞泵使反应水增压到指定压力(15 20MPa)，高压水经反应 水进口7进入反应器，在喷嘴l处喷出，在巻吸室2巻吸循环的气体，气体和反应水初步 混合后，在反应器喉管3处进行能量和质量的交换，最后在扩散管4处喷射雾化，雾化后 的雾滴和气体充分接触后，在低温条件下增大进气阀开度，使反应器内气体压力增加到反 应压力(5-8MPa)，短时间内就可以在视窗5中看到有水合物晶体生成。
另外可通过调节反应器上的针阀6来控制喷嘴1面积，进而控制反应水的进入量；更 换喉管3末端的流控器12可改变喉管3末端孔径，从而可调节雾滴粒径。水合反应过程的 温度和压力条件可通过反应器的巻吸室2、喉管3和扩散管4处的温度传感器(13、 14、 15)和压力传感器(16、 17、 18)进行测量。
本发明可视化窗口的设计实现了对混合流体状态和反应情况的观察，通过窗口可以清 楚的看到反应器内混合物的雾化情况，利用高速摄像机和图像处理软件分析其泡沫或雾滴粒径数量级在10 10、m，比现有技术中雾滴粒径102~10、111有所降低；在进行CH4水合物实 验时，利用数据采集仪对温度和压力数据进行采集，发现反应温度在0 5'C，压力在5 8MPa 范围内，水合物过冷度可以降低到3'C，水合实验的诱导时间可以降低至iJ100 150min之内， 与现有的搅拌技术中水合诱导时间200min以上相比，时间缩短了。
权利要求
1、一种制备气体水合物的喷射式反应器，其特征在于，包括喷嘴(1)、卷吸室(2)、喉管(3)和扩散管(4)，在反应器进水管道中设有调节喷嘴(1)面积的针阀(6)，通过旋转针阀(6)的阀柄使针阀(6)向前旋进，针头和喷嘴(1)之间的空隙逐渐减小；反应器设有与卷吸室(2)相通的气体进口(8)，卷吸室(2)与喉管(3)以及喉管(3)与扩散管(4)通过焊接连为一体；喉管(3)末端装有流控器(12)，扩散管(4)处开有椭圆形玻璃视窗(5)。
2、 根据权利要求1所述的一种制备气体水合物的喷射式反应器，其特征在于所述反应 器上设有反应水进口 (7)、气体进口 (8)和气液出口 (11)。
3、 根据权利要求2所述的一种制备气体水合物的喷射式反应器，其特征在于连接所述 气液出口 (11)的管路上装有阀门。
4、 根据权利要求1所述的一种制备气体水合物的喷射式反应器，其特征在于所述喉管 (3)末端和流控器(12)通过螺纹连接，通过更换流控器(12)来改变喉管(3)末端的孔径。
5、 根据权利要求1所述的一种制备气体水合物的喷射式反应器，其特征在于所述巻吸 室(2)、喉管(3)和扩散管(4)处均安装有温度传感器(13、 14、 15)和压力传感器(16、 17、 18)。
6、 根据权利要求1所述的一种制备气体水合物的喷射式反应器，其特征在于气体被所 述喷嘴(1)喷出的高压反应水巻吸入巻吸室(2)。
7、 根据权利要求1所述的一种制备气体水合物的喷射式反应器，其特征在于所述扩散 管(4)处开有视窗(5)以观察反应器内雾化效果及水合情况。
全文摘要
本发明公开了一种制备气体水合物的喷射式反应器，即喷射式反应器，反应器主要由六部分构成喷嘴、卷吸室、喉管、扩散管，并在喷嘴处装针阀，在喉管末端装有流控器，在扩散管处开有可视化窗口。反应器上设有反应水进口、气体进口、气阀、阀门、气液出口、温度传感器和压力传感器。针阀调节喷嘴面积进而控制反应水进入量，更换不同孔径的流控器可改变喷射后雾滴大小。本发明可使气体与反应水接触混合后高速喷射雾化，增大气体和雾滴的接触面积，缩短水合反应的诱导时间，极大提高气体水合物的生成速率，实现气体水合物高效、快速的生成，是一种新型高速制备气体水合物的反应器。
文档编号B01F5/02GK101537318SQ20091003898
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者亮 杨, 樊栓狮, 飞 裴, 郎雪梅 申请人:华南理工大学