本发明涉及制备气体水合物的实验设备，尤其涉及一种快速连续制备气体水合物的设备。
背景技术：
气体水合物是由气体分子(如甲烷、二氧化碳、氮气、硫化氢等)与水分子在低温高压条件下生成的一种类冰状的笼型晶体化合物。近年来，随着气体水合物研究的深入，发现利用气体水合物进行气体分离及储运可以成为一种新型高效的工业技术。
在研究中，发现搅拌对水合物的生成动力学性质，特别是诱导时间和储气量的影响很大。目前现有的搅拌技术均为内部机械搅拌或磁力搅拌。搅拌时，反应容器内部放置有机械搅拌浆或磁子。这两种方式都存在缺点：一是气水界面水合物的生成结块会阻碍下部水合物的继续生成，机械搅拌浆或磁子也会被生成的水合物块固结，无法完成搅拌混合任务；二是在水合物生成后的运输过程中，机械搅拌浆或磁子与水合物连成一体，无法取出；三是水合物无法进行连续生产。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种快速连续制备气体水合物的设备，该设备系统简单、操作方便，应用于气体水合物的完全均匀生成。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种快速连续制备气体水合物的设备，包括外侧设有水夹套的反应釜、为所述反应釜提供气源的供气单元、为所述反应釜提供冰液的供冰液单元、用于控制所述外加套温度的温度控制单元、与所述反应釜相接并用于对其生成水合物晶体进行过滤和收集的水合物过滤收集单元、以及用于采集并记录所述反应釜温度和压力的数据采集处理单元；所述水合物过滤收集单元的后端通过快接阀门与所述供冰液单元连接。
反应釜是气水体系反应生成水合物的容器，水夹套的设置，可使温度控制单元来控制体系温度；水合物过滤收集单元是进行固液分离的装置；数据采集处理单元可自动记录反应釜中的温度、压力，便于分析反应釜中体系的水合物生成进展。
所述供气单元包括气瓶罐、恒压进气阀、气体单向过滤阀、鼓泡喷嘴和进气管线；所述反应釜的一侧设置有进气口，其顶部设置有排气口；所述气瓶罐的出气口通过所述进气管线依次连接所述恒压进气阀、所述进气口以及所述鼓泡喷嘴，所述鼓泡喷嘴位于所述反应釜的底部；所述排气口通过所述进气管线连接所述气体单向过滤阀后接入位于所述进气口与所述恒压进气阀之间的进气管线上。气瓶罐、恒压进气阀与鼓泡喷嘴形成进气路径，实现对反应釜进行供气；气体单向过滤阀构成未反应气体的气体回路，有助于提高气体的有效利用率；鼓泡喷嘴可以将气体分散并均匀喷出，有利于均匀反应。
所述供冰液单元包括冰液罐、将所述冰液罐内的冰液碎化成冰浆的超声波碎冰器、冰液罐阀、冰液泵、冰液进口阀和回路管线；所述冰液罐的出液口通过出液管顺次连接冰液罐阀、冰液泵、冰液进口阀后接入所述反应釜内。
所述水合物过滤收集单元内部所有多层过滤装置；所述反应釜的另一侧通过快接头与所述水合物过滤收集单元连接，所述水合物过滤收集单元的后端通过所述回路管线连接所述快接阀门后接入所述冰液罐。
所述数据采集处理单元包括数据采集处理装置和计算机数据处理系统；所述数据采集处理装置包括温度传感器、压力传感器和数据采集控制卡；所述反应釜顶部设置有与所述温度传感器、压力传感器相接的温压口，所述温度传感器、压力传感器分别接入所述数据采集控制卡，所述数据采集控制卡与所述计算机数据处理系统相接。温度传感器、压力传感器通过数据采集控制卡，自动测量记录反应釜中的温度、压力，便于分析反应釜中体系的水合物生成进展。
所述反应釜采用高压反应釜。
所述多层过滤装置为采用多层竖向设置的过滤网。多层竖向设置的过滤网多层竖向设置的过滤网，可以将生成的水合物晶体进行过滤和收集。
所述温度控制单元为恒温水浴槽。
与现有技术对比，本发明的优点在于：
(1)可以生成完全且均匀的气体水合物，提高气体储运的效率；
(2)反应容器中没有机械搅拌浆或磁子的残留，系统可以连续运行，既可以加强传热传质效果，又可以控制反应过程实现水合物生成或流动收集，方便进行下一步运输操作。
附图说明
图1为本发明实施例的实验设备示意图。
图中附图标记含义：1、气瓶罐；2、恒压进气阀；3、气体单向过滤阀；4、数据采集处理装置；5、计算机数据处理系统；6、水合物过滤收集釜；7、反应釜；8、冰液进口阀；9、恒温水浴槽；10、冰液泵；11、冰液罐阀；12、冰液罐；13、超声波碎冰器；14、快接头；15、快接阀门；16、鼓泡喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例
参阅图1，为一种快速连续制备气体水合物的设备，包括外侧设有水夹套的反应釜7、为反应釜7提供气源的供气单元、为反应釜7提供冰液的供冰液单元、用于控制外加套温度的温度控制单元、与反应釜7相接并用于对其生成水合物晶体进行过滤和收集的水合物过滤收集单元、以及用于采集并记录反应釜7温度和压力的数据采集处理单元；水合物过滤收集单元的后端通过快接阀门15与供冰液单元连接。
反应釜7是气水体系反应生成水合物的容器，水夹套的设置，可使温度控制单元来控制体系温度；水合物过滤收集单元是进行固液分离的装置；数据采集处理单元可自动记录反应釜7中的温度、压力，便于分析反应釜7中体系的水合物生成进展。
供气单元包括气瓶罐1、恒压进气阀2、气体单向过滤阀3、鼓泡喷嘴16和进气管线；反应釜7的一侧设置有进气口，其顶部设置有排气口；气瓶罐1的出气口通过进气管线依次连接恒压进气阀2、进气口以及鼓泡喷嘴16，鼓泡喷嘴16位于反应釜7的底部；排气口通过进气管线连接气体单向过滤阀3后接入位于进气口与恒压进气阀2之间的进气管线上。气瓶罐1、恒压进气阀2与鼓泡喷嘴16形成进气路径，实现对反应釜7进行供气；气体单向过滤阀3构成未反应气体的气体回路，有助于提高气体的有效利用率；鼓泡喷嘴16可以将气体分散并均匀喷出，有利于均匀反应。
供冰液单元包括冰液罐12、将冰液罐12内的冰液碎化成冰浆的超声波碎冰器13、冰液罐阀11、冰液泵10、冰液进口阀8和回路管线；冰液罐12的出液口通过出液管顺次连接冰液罐阀11、冰液泵10、冰液进口阀8后接入反应釜7内。
水合物过滤收集单元内部所有多层过滤装置；反应釜7的另一侧通过快接头14与水合物过滤收集单元连接，水合物过滤收集单元的后端通过回路管线连接快接阀门15后接入冰液罐12。
数据采集处理单元包括数据采集处理装置4和计算机数据处理系统5；数据采集处理装置4包括温度传感器、压力传感器和数据采集控制卡；反应釜7顶部设置有与温度传感器、压力传感器相接的温压口，温度传感器、压力传感器分别接入数据采集控制卡，数据采集控制卡与计算机数据处理系统5相接。温度传感器、压力传感器通过数据采集控制卡，自动测量记录反应釜7中的温度、压力，便于分析反应釜7中体系的水合物生成进展。
反应釜7采用高压反应釜7。高压反应釜7(磁力高压反应釜7)是磁力传动装置应用于反应设备的典型创新，它从根本上解决了以前填料密封、机械密封无法克服的轴封泄漏问题，无任何泄漏和污染，是国内目前进行高温、高压下的化学反应最为理想的装置，特别是进行易燃、易爆、有毒介质的化学反应，更加显示出它的优越性。
多层过滤装置为采用多层竖向设置的过滤网。多层竖向设置的过滤网多层竖向设置的过滤网，可以将生成的水合物晶体进行过滤和收集。
温度控制单元为恒温水浴槽9。可以通过控制恒温水浴槽9中液体的温度来控制水合物反应釜7外夹套的温度，进而控制反应釜7中体系的温度，温度控制精度为±0.1K。
本实施例中的水夹套，它是煤气发生炉重要部件，一般煤气发生炉炉体都设计为水夹套形式，有的也称为水夹套锅炉，其目的是防止气化过程中煤或灰的熔渣沾附炉身，影响料层的均匀下降。
本实施实例中快速连续制备气体水合物的过程包括如下步骤：
(1)启动恒温水浴槽9，将高压反应釜7降温至设定温度；
(2)打开超声波碎冰器13，将冰液罐12中的冰液碎化成冰浆；
(3)打开冰液罐阀11、冰液泵10和冰液进口阀8，将高压反应釜7中冲入待反应冰浆；
(4)打开恒压进气阀2，通过鼓泡喷嘴16以鼓泡形式向高压反应釜7中充入反应气体，生成气体水合物，未反应气体通过气体单向过滤阀3构成气体回路；
(5)当数据采集处理装置4和计算机数据处理系统5运行达到稳态平衡后，重复步骤(3)，使生成完成的水合物在冰液的作用下排出高压反应釜7，在水合物过滤收集釜6中进行分离，获得生成的水合物晶体，并将未反应的冰浆通过冰浆回路送入冰液罐12中循环使用；
(6)当水合物过滤收集釜6中的水合物达到额定容量后，打开快接头14，更换新的水合物过滤收集釜6，实现连续制备气体水合物；
(7)生成完全的水合物过滤收集釜6在液氮辅助作用下制备水合物晶块，进入后续储运步骤。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。