一种水合物法气体分离实验系统的制作方法

本实用新型涉及水合物合成及应用领域，具体涉及一种水合物法混合气体分离实验系统。

背景技术：

在二氧化碳驱替煤层气，页岩气，可燃冰等非常规天然气生产时，产出气体中一般含有ch4、co2混合气。如何有效的分离，使人们研究的热点。天然气水合物是在一定的温度、压力条件下，由天然气中的甲烷气体小分子与水分子形成的外观上类似于松散的冰或致密的雪的笼型结晶化合物。同理，co2气体分子和水分子在一定温度、压力条件下也可以形成水合物。

随着人们对它研究的进一步深入，当前关于ch4、co2混合气体分离的实验设备和方法较多，但是利用水合物法开展的方法较少。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种水合物法气体分离实验系统，解决了现有技术中存在的不足。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的一种水合物法气体分离实验系统，包括反应釜、制冷机和射流器，其中，所述反应釜上设置有混合气入口；所述反应釜的底部设置有液体出口，所述液体出口连接制冷机的液体入口，所述制冷机的低温水出口连接射流器的入口；所述反应釜的顶部设置有第一气体出口，所述第一气体出口连接射流器的气体入口；所述射流器的气液混合物出口连接反应釜的入口；所述反应釜上设置有第二气体出口，所述第二气体出口连接有收集装置；所述反应釜上设置有搅拌装置。

优选地，所述搅拌装置为设置在反应釜顶部的磁力搅拌器。

优选地，所述反应釜的液体出口和制冷机之间设置有注液泵；所述制冷机和射流器之间设置有第五阀。

优选地，所述反应釜上设置有第三压力计和温度计。

优选地，所述收集装置包括回收罐，所述回收罐的进气口和第二气体出口之间依次设置有第八阀、干燥器和过滤器。

优选地，所述实验系统还包括用于抽真空的排气装置；所述排气装置包括真空泵和缓冲罐，其中，所述反应釜通过第七阀分别与真空泵和缓冲罐连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

当前关于ch4、co2混合气体分离的一般采用气相色谱仪分离的方法。本系统利用水合物法开展的ch4、co2混合气体分离，能够实时在线控制操作参数，能够实时分析和记录反应条件和实验结果；能测试不同反应条件下(反应压力、反应温度、促进剂浓度、抑制剂浓度、气体流量、液体循环量、排量)气体的分离效果；能测试不同强化气液混合方式的反应器的分离效果；能够对气相组成进行在线分析，同时采集装置压力、温度、气体流量、液体流量、控制循环泵的转速等数据。

本实用新型特点：

(1)集合了射流式反应器和搅拌式反应器的特点和功能，能够分别或者同时开启两种气液混合方式。

(2)保证反应器内的温度与压力条件，局部混和与传热提高传质和传热速率。

(3)测试射流式气液混合的分离效果，主要采用射流式反应器分离实验方法测试，设计有适应水合物法分离混合气要求的射流器，利用低温水作为流动相，它高速流过射流器后压力降低而卷入天然气，二者在射流器内剧烈混合后经射流喷嘴进入反应器，继而在反应器内均匀分散或者悬浮，完成水合物反应。

(4)本实用新型设计内外部取热设施，能够快速取走反应热，保证反应的连续进行。

(5)本实用新型设置可视窗，可以观察反应过程中现象。

附图说明

图1是本实用新型涉及的实验系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实验系统正是基于上述专业理论设计的一套水合物相关研究实验系统和实验方法，不仅仅用于模拟天然气合物的生成和分解，还可以测试水合物抑制剂或促进剂的影响等评价研究。可以开展水合物抑制剂、水合物生成促进剂性能测试；气体水合物形成、分解机理，以及水合物促进剂对其影响机制；不同气液强化传质方式(多类型搅拌)对水合物形成、分解过程的影响机制研究。

本实验系统可进一步完善气体水合物开发研究领域的功能，为全面开展固态水合物促进剂、抑制剂、反应器类型和天然气水合物的开发相关研究提供支撑。

如图1所示，本实用新型提供的一种水合物法气体分离实验系统，包括co2气瓶1、第一阀2、第一流量计3、ch4气瓶4、第二阀5、第二流量计6、混合罐7、第一压力计8、第一安全阀9、第三阀10、增压泵11、高压储罐12、第二压力计13、第二安全阀14、第四阀15、调压阀16、第九阀17、反应釜18、注液泵19、制冷机20、第五阀21、射流器22、磁力搅拌机23、第三压力计24、温度计25、真空泵26、缓冲罐27、第六阀28、第四压力计29、第七阀30、过滤器31、干燥剂32、第八阀33、回收罐等34和第三安全阀35，其中，所述co2气瓶1和ch4气瓶4的出口均连接混合罐7的进气口，所述混合罐7的出气口通过第三阀10和增压泵11连接高压储罐12的入口；所述高压储罐12的出口通过第四阀15和调压阀16连接反应釜18的进气口。

所述反应釜18的底部设置有液体出口，所述液体出口通过注液泵19连接制冷机20的进液口；所述制冷机20输出的低温水经过第五阀21进入射流器22入口端。

所述反应釜18的顶部设置有第一出气口，所述第一出气口通过第九阀17连接射流器22侧面的进气口。

所述射流器22出口端连接反应釜18侧面的入口。

所述反应釜18的顶部设置有第二气体出口，所述第二气体出口依次连接有过滤器31、干燥器32、第八阀33和回收罐34。所述回收罐34还可以计量内部气体质量。

所述co2气瓶1和混合罐7之间依次设置有第一阀2和第一流量计3。

所述ch4气瓶和混合罐7之间依次设置有第二阀5和第二流量计6。

所述混合罐7上设置有第一压力计8和第一安全阀9；分别为了检测实验安全和计量混合罐7内部压力。

所述高压储罐12上设置有第二压力计13和第二安全阀14；主要分别为了检测高压储罐12内部压力和实验安全。

所述高压储罐12采用大容器高压贮存罐，材质高强度合金材料。

所述反应釜18的空气出口依次连接有第七阀30、缓冲罐27和真空泵26，其中，缓冲罐27上设置有第四压力计29和第六阀28。

所述反应釜18上设置有第三压力计24和温度计25，用于采集反应釜18内部的压力和温度。

所述反应釜18的顶部设计有磁力搅拌机23，主要用于将反应釜18内的物料进行充分搅拌。

所述磁力搅拌机23的外磁卡套设计有高速陶瓷轴承，具有较高的传动效率；其驱动动力源选用无极调速电机，通过外置测速器可控制搅拌速度，推荐搅拌速度：0-2000r/min，可以根据实验需要增大。

所述反应釜18包括釜体，所述釜体的侧壁上开设有透明结构。

所述釜体上设置有加热器，用于对釜体进行加热。

所述釜体的顶部设置有开口，所述开口用于注入水、促进剂或抑制剂等物质。

所述釜体的底部设置有过滤器，用于对内部物质进行过滤，分离固体，防止输出固体物质损坏注液泵19，堵塞管线。

所述釜体上还设置有第三安全阀35。

所述反应釜18主要用于大量co2或ch4的生成水合物后的分离，达到分离co2与ch4的混合气体的目的，反应釜18侧面设计高压视窗以观察内部浆液形成状态；高压视窗选用全透明德国蓝宝石视窗，具有着很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，它耐高温，导热好，硬度高，透红外，化学稳定性好。

所述反应釜的工作温度：一般-20℃至90℃，可以灵活设计，工作压力：0-30mpa。

所述射流器22一般推荐采用文丘里射流器，也可以换成其他类型射流器开展实验。

所述混合罐7主要用于对ch4、co2气体进行混合。

本实用新型涉及的反应釜集合了射流式反应器和搅拌式反应器的特点和功能，能够分别或者同时开启两种气液混合方式。

测试射流式气液混合的分离效果，主要采用射流式反应器分离实验方法测试，设计有适应水合物法分离混合气要求的射流器，利用低温水作为流动相，它高速流过射流器后压力降低而卷入天然气，二者在射流器22内剧烈混合后经射流喷嘴进入反应釜，继而在反应釜18内均匀分散或者悬浮，完成水合物合成反应。

所述系统所有连接管线均采用316l管线，以防内部流体对管线的腐蚀，且管线均用保温材料缠绕包裹，防止局部温度降低，从而可能引起水合物的二次生成或者冰的生成，堵塞管路，影响实验开展效果，给实验造成安全隐患。

所述排量、温度、压力等参数均可以通过数据采集控制卡采集数据，用于对实验系统内的流量、温度、压力进行实时监控和数据采集。

本实用新型提供的一种水合物法气体分离实验方法，包括以下步骤：

步骤1，如图1所示，清洗好设备，根据实验方案需要，称取适量且足够的水或者水与抑制剂或促进剂的混合物置于反应釜18内部，便于开展实验测试。

步骤2，检查系统气密性；然后抽真空：关闭第一阀2、第二阀5和第八阀33，打开第三阀10、第四阀15、第五阀21、第七阀30、第八阀33和第九阀17，然后打开真空泵26，排空实验系统和管线内部空气，从而排出空气对实验的干扰，为实验做好准备。

步骤3，打开第一阀2，利用第一流量计3计量co2气瓶1向混合罐7中注入的co2气体。

步骤4，打开第二阀5，利用第二流量计6计量ch4气瓶4向混合罐7中注入的ch4气体。

步骤5，经过第三阀10，利用增压泵11将混合罐7内部混合气体增压储存到高压储罐12，模拟将要实验分离的混合气体。高压储罐12的顶部设计有第一安全阀9和第一压力表8。

步骤6，经过第四阀15使得高压气体经过调压阀16调压后注入到反应釜18内部，接着打开磁力搅拌机23，持续充分搅拌内部气体、液体及形成水合物等物质。同时，通过反应釜18侧面高压视窗观测内部形成水合物等各类物质状态。

步骤7，打开第九阀17，注液泵19，制冷机20，第五阀21，使得反应釜18底部流体经过注液泵19进入制冷机20内降温，形成的低温水经过第五阀21进入射流器22；同时，使得反应釜18顶部的未形成水合物的剩余气体经第九阀17进入射流器22，与低温水进行混合，得到气液混合物，之后进入反应釜18内充分反应后，再次形成co2水合物或天然气水合物。

步骤8，之后打开第八阀33，使得反应釜18内未形成水合物的剩余气体，如ch4气体或co2气体，依次经过过滤器31过滤、干燥剂32干燥后进入回收罐34。

待回收罐34装满后，可以换一个继续储存。

步骤9，本实验系统还可以根据实验目的需要，改变温度、压力、反应时间、注入的水、促进剂、抑制剂等液体种类和质量，以及实验温度、压力、射流器种类等条件，重复上述实验步骤，观测实验效果，对比分析上述条件对实验效果的影响规律。