一种蒸汽冰制备装置的制作方法

本实用新型属于天然气水合物高效制备领域，具体涉及一种蒸汽冰制备装置。

背景技术：

天然气水合物(亦称可燃冰)是由天然气分子与水(冰)在高压低温环境下生成的非化学计量性笼状晶体物质，具有很强的储气能力，每立方米天然气水合物可储存160m³～180m³天然气，且呈固态，便于运输。因此，天然气水合物技术在天然气储存、运输行业有广泛的应用前景。然而，由于天然气水合物自然形成速率缓慢，生产效率低、纯度低，极大地限制了水合物技术的应用。因此，克服天然气水合物生成缓慢，提高其生成速率以及纯度，是水合物技术成功应用于以上领域的关键。

采用水与天然气制备水合物，通常用增加气液接触面积的方法来强化传质传热耦合过程，最常用的方法有：机械法搅拌法、喷雾法、鼓泡法、超重力法以及向溶液中添加化学促进剂等。但这些方法都存在着一定的缺陷，其最大的缺点是气液接触面积小，反应速度慢，生成水合物的纯度都不高。

目前，多采用冰粉与天然气直接合成水合物，固体冰粉可大大加大与气体分子的接触面积，因此也大大加快了水合物的生成速度。但是，目前实验室中采用的冰粉，主要是通过人工研磨冰块而成，粒度较大，难以制成微米级冰粉。实用新型专利【zl201520415991.x】通过雾化器将水雾化获得粒径小于100μm的液滴，这些液滴在液氮中快速成冰，获得粒径小于100μm的冰粉，但在实际工作中需要通过控制计量水泵的液体压力和流量来精确控制水形成喷雾的粒径大小，难度较大，形成的冰颗粒也比较致密。

技术实现要素：

本实用新型为解决现有人工制备固体粉末冰颗粒粒径大且致密的缺陷，提出的一种蒸汽冰制备装置，基于超声波雾化及低温固化箱形成松散、多孔的微米级蒸汽冰，以作为工业大量制备天然气水合物的原料，可大大加大气体与固体表面的接触面积，对快速生成高纯度的天然气水合物具有重要意义。

本实用新型是采用以下的技术方案实现的：一种蒸汽冰制备装置，包括雾化系统以及与雾化系统相连的低温固化箱；

所述雾化系统包括储水罐和雾化箱，所述储水罐用以存放去离子水，储水罐的上部设有注水口、下部设置有出水口，所述出水口通过连通管路与雾化箱连通，且在连通管路上设置有电磁阀；雾化箱的上方设置有出雾口及雾化接头，雾化箱内部设置有超声波雾化片组，通过储水罐注入的去离子水位于超声波雾化片组的上方，超声波雾化片组的上方周围设置有送风器，雾化箱的底部设置有风机和空气过滤口，所述风机通过送风管路与送风器相连，以通过风机向雾化箱内吹入清洁空气并由送风器进行扩散；

所述低温固化箱由液氮静态控温，低温固化箱的侧壁为采用耐液氮材质制作的双层结构，低温固化箱的双层侧壁内所形成的空间为液氮容纳腔，低温固化箱的上方设置有上盖，上盖上设置有与雾化接头对接的雾化接口，雾化接头和雾化接口可通过雾化管路相连或直接对接，低温固化箱的侧壁上方设置有液氮注入口，与液氮注入口相对的一侧设置有液氮排出口，液氮注入口通过液氮注口塞密封，通过液氮注入口向箱体内注入液氮降温，并由液氮注口塞密封防止液氮挥发，液氮排出口由上盖进行密封；且在低温固化箱的侧下方设置有至少一个水雾固化剩余气体排出口，以排出低温固化箱内部水分子固化后剩余的空气。

进一步的，为了进一步提高降温效果，所述低温固化箱内部设置有与液氮容纳腔连通的肋片通道，以用于对低温固化箱内部进行降温。

进一步的，所述肋片通道的上方设置有肋片排空口以及封堵肋片排空口的肋片排空盖，且液氮排出口与肋片排空口的高度一致，以确保在添加的液氮的时候所有肋片充满液氮。

进一步的，所述雾化箱内还设置有液位传感器，基于液位传感器所显示的液位，通过控制电磁阀的开闭实现向雾化箱内及时补水或断水。

进一步的，所述储水罐的上端通过一匀压管与雾化箱相连，且在匀压管上与雾化箱连接的一端设置有挡水片，保证两侧压力平衡并有效减少雾气进入储水罐。

进一步的，为了起到更好的保温效果，在所述低温固化箱的外表面上设置有保温层。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

本方案所述的蒸汽冰制备装置依据空气中的水蒸气在极低温度物质表面上生成蒸汽冰的原理，采用超声雾化法使水雾化，形成的雾粒细，有利于制成超细冰粉，且可使用较低温度的水，有利于气态水凝固；所述的低温固化箱结构设计巧妙，制冷速度快；该装置能够快速制备蒸汽冰，保证蒸汽冰为多孔、松散的纤维状，比表面积大，有利于快速生产高纯度的天然气水合物，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述雾化系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述低温固化箱的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

一种蒸汽冰制备装置，包括雾化系统以及与雾化系统相连的低温固化箱，如图1所示，所述雾化系统包括储水罐1和雾化箱11，所述储水罐1用以存放去离子水，储水罐1的上部设有注水口2、下部设置有出水口，所述出水口通过连通管路与雾化箱11连通，且在连通管路上设置有电磁阀4；雾化箱11内部设置有超声波雾化片组10，通过储水罐注入的去离子水位于超声波雾化片组10的上方，且在雾化箱11内还设置有液位传感器6，基于液位传感器6所显示的液位，通过控制电磁阀4的开闭实现向雾化箱11内及时补水或断水；超声波雾化片组10的上方周围设置有送风器5，雾化箱11的底部设置有风机8和空气过滤口7，所述风机8通过送风管路与送风器5相连，以通过风机8向雾化箱11内吹入清洁空气并由送风器5进行扩散；雾化箱11的上方设置有出雾口14及雾化接头12-1，储水罐1的上端通过一匀压管3与雾化箱11相连，且在匀压管3上与雾化箱11连接的一端设置有挡水片13，以减少雾气进入储水罐1。

如图2所示，所述低温固化箱由液氮静态控温，低温固化箱的侧壁为采用耐液氮材质制作的双层结构，低温固化箱的双层侧壁内所形成的空间为液氮容纳腔，低温固化箱的上方设置有上盖18，上盖18上设置有与雾化接头12-1对接的雾化接口12-2，雾化接头12-1和雾化接口12-2可通过雾化管路相连或直接对接，低温固化箱的侧壁上方设置有液氮注入口17，与液氮注入口17相对的一侧设置有液氮排出口22，液氮注入口17通过液氮注口塞19密封，通过液氮注入口17向箱体内注入液氮降温，并由液氮注口塞19密封防止液氮挥发，液氮排出口22由上盖18进行密封；低温固化箱的侧下方设置有至少一个水雾固化剩余气体排出口23，以便排出低温固化箱内部水分子固化后剩余的空气，另外，在低温固化箱的外表面上设置有保温层15。

本实施例中，为了进一步提高降温效果，低温固化箱内部设置有多个与液氮容纳腔连通的肋片通道24，以用于给低温固化箱内部进行降温，肋片通道24的上方设置有肋片排空口20以及封堵肋片排空口20的肋片排空盖21，所述液氮排出口22与肋片排空口20的高度一致，以确保在添加的液氮的时候所有肋片充满液氮。

本实施例所述的蒸汽冰制备装置的具体使用过程如下：

蒸汽冰开始制备之前，首先通过注水口向储水罐中加入超纯水(二次去离子水)；与此同时，将低温固化箱上液氮注口塞19与肋片排空盖21打开，通过液氮注入口17向箱体内注入液氮。待液氮注满之后再将液氮注口塞19与肋片排空盖21合上，并盖紧低箱固化箱上盖18。使低温固化箱内壁温度迅速降低。

对雾化系统供电，此时，由于雾化箱11内尚未注入超纯水，液位传感器6控制打开储水罐1与雾化箱11之间电磁阀4，超纯水向雾化箱11内注入。之后，风机8与超声雾化片组10开始工作。雾化箱11内超纯水在雾化片组10产生的振荡能量下在雾化箱内形成直径0.5-10μm雾粒，风机8通过送风器5向雾化箱11内送入经过空气过滤器7的清洁空气，将形成的水雾通过雾化箱上部出雾口14吹出。储水罐1与雾化箱11上部通过均压管3连接，可使两者内部压力保持一致，从而电磁阀4打开时，雾化箱11内水不会因较高内压倒流回储水罐1内。

将雾化接口连接，此时水雾将进入低温固化箱内。由于低温固化箱内已经注入液氮，箱内壁的温度可使水雾迅速凝结固化为蒸汽冰并附着在壁上，多余的空气通过出风口23排出。每隔一段时间，即可通过刮板刮取箱体内壁上生成的蒸汽冰，用于下一步水合物的合成。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。