一种管道式气体水合物生成实验装置制造方法
【专利摘要】本发明属于气体水合物应用及储运【技术领域】，涉及一种实验装置，更确切地说是一种管道式气体水合物生成实验装置，它包括气液输送系统、冷却系统和水合物管道生成系统，其中，气液输送系统包括气瓶、储气罐、排泄口一、离心泵、液体流量计、压缩机、气体流量计、分离器和缓冲罐；冷却系统包括冷却箱、排泄口二、冷水浴一和冷水浴二；水合物管道生成系统包括加药口、微气泡发生器、连接法兰、扭带式螺旋流发生器、温度传感器、压力传感器、压差计、观察视窗和实验管段。整套实验装置操作方便，运行费用较低，满足水合物浆体生成和流动规律实验的要求。
【专利说明】一种管道式气体水合物生成实验装置
【技术领域】
[0001]本发明属于气体水合物应用及储运【技术领域】，涉及一种实验装置，更确切地说是一种管道式气体水合物生成实验装置。
【背景技术】
[0002]气体水合物是指轻质气体，如:甲烷、乙烷、丙烷、CO2, H2S等和水在一定温度和压力(一般为低温高压)下生成的非化学计量的固体结晶物质。随着气体水合物研究的日益深入，特别是气体水合物生成促进方面的研究的发展，气体水合物技术在天然气储运、混合气体分离等方面的应用前景日益显现。但水合物在这些领域的应用跟气体水合物的促进作用密切相关。受储气密度低、生成速度慢以及诱导时间长等因素的阻碍，尤其当前水合物应用技术面临的最大技术障碍就是如何提高水合物的生成速率及效率。例如，甲烷在静止纯水体系中压力为5.76MPa、温度为4.3°C时，形成水合物的诱导时间在28小时以上，水合物晶体的生长速度慢，直接影响水合物利用技术的推广。在气体水合物的实验中，气体水合物的形成过程特点、水合物浆体流动规律等特点的模拟实验研究是研究水合物生成机理及气体水合物在其他领域应用的基础和前提条件。为解决这些问题，多种方法促进水合物的形成的技术被研究出来:通过搅拌可以提高水合物的生长速度，但是搅拌又带来了一些其他不利因素:能量消耗增大、水合物储气密度降低等；采用超声波雾化，增大气液接触面积，可以提高水合物生成速度，但是系统添加的超声波雾化器不仅投资费用增加，而且运行费用也增大；在水合物形成体系中添加一些添加剂可以促进水合物生成，提高水合物生长速度，国内外研究较多的是在水中添加阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠(SDS)、四氢呋喃等，可使水合物形成诱导时间缩短到1-1.5小时，压力较纯水体系降低l_2MPa。然而，这类表面活性剂尽管能够使水合物生成速度加快，但是还是不能令人满意。
[0003]气体水合物的形成一般经历成核-微晶-结晶-聚集四个主要过程。水合物成核是指在被水合物形成气过饱和的溶液中形成一种具有临界尺寸的、稳定的晶核的过程。当溶液处于过冷状态或者过饱和状态时，就可能发生成核现象。水合物形成特点是一直是水合物研究的热点和难点之一。随着海洋天然气开发深度的增加，混输管线的天然气水合物堵塞问题越来越受到重视，水合物浆液流动技术是深水流动保障技术的新工艺，而研究水合物浆液的流动特性是实现海底管输技术大规模工业应用的重要基础。如今，如何进行水合物浆液输送管线的工艺设计在国际上仍处于前沿研究领域，而水合物浆体流动规律的研究则是输送管线工艺设计的基础，目前仅有少数学者开展了一些定量的实验研究工作，但由于所使用的实验设备、介质、条件均有不同，在理论上还没有达成共识，关于气体水合物浆液两相流动的文献则更少，因此这方面研究工作急待深入。
[0004]基于以上情况，本发明能够实现实验室条件下的水合物快速生成，研究水合物生成的特点，更重要的是能够观察水合物浆体的流动特点，总结研究水合物浆体的流动规律，为实际的天然气管道运输提供指导。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种管道式气体水合物生成实验装置。
[0006]本发明为达到上述目的，采用以下技术措施:一种管道式气体水合物生成实验装置，它包括气液输送系统、冷却系统和水合物管道生成系统，其中，气液输送系统包括气瓶、储气罐、排泄口一、离心泵、液体流量计、压缩机、气体流量计、分离器和缓冲罐；冷却系统包括冷却箱、排泄口二、冷水浴一和冷水浴二；水合物管道生成系统包括加药口、微气泡发生器、连接法兰、扭带式螺旋流发生器、温度传感器、压力传感器、压差计、观察视窗和实验管段；所述储气罐上设有排泄口一，且分别与气瓶、分离器和压缩机相连；所述冷却箱上设有排泄口二，且与离心泵相连，冷却箱的水作为液相，液相经过离心泵进入实验管段，其中液体流量计对液相速度进行实时监测；所述冷水浴一上所设的管道经过冷却箱并循环到冷水浴一，冷水浴一对冷却箱进行降温，使温度降为I?5°c;所述离心泵与液体流量计相连；所述微气泡发生器与液体流量计通过管道连接，且在管道上设有加药口，防止微气泡发生器产生气泡发生聚并现象，并通过连接法兰与纽带式螺旋流发生器连接，且与压缩机通过气体流量计相连，微气泡发生器主要是由金属微孔管构成，金属微孔管的直径为20?40mm，长度100?300mm，最小孔径0.3um,开孔率40_70%，其是由金属粉末烧结而成的多孔材料，孔径分布均匀、透气好，机械强度高；所述实验管段上方设有温度传感器、压力传感器和压差计，左侧与纽带式螺旋流发生器相连，下方及右侧分别与分离器通过管道相连，实验管段是由高硼硅玻璃管构成的水平管段，长度为2000-10000mm，内径为20_100mm。外部附有一层保温层，并设置观察视窗；所述冷水浴二的一端与实验管段连接，另一端在与分离器连接的同时还与实验管段和分离器连接的管道相连，冷水浴二对实验管段进行降温，使温度控制在I?5°C，管内温度由温度传感器实时监测；所述缓冲罐的一端与冷却箱连接，另一端与分离器连接，管道内的水合物经过管道出口进入分离器，分离器含有观察视窗，并且由冷水浴二对其降温，使其温度控制在2?5°C，同时可观测水合物的分解情况。水合物经过分解之后变成气体和水,气体由气相管路回到气体储存罐,分理出的液体首先经过缓冲罐,最后进入冷却箱，冷却箱配置有排泄口二。
[0007]所述储气罐与压缩机相连接的管道通过冷却箱。
[0008]所述微气泡发生器主要由金属微孔管构成。
[0009]所述实验管段上设有观察视窗。
[0010]所述所有部件间均是通过管道来连接，且均设有控制阀或开关。
[0011]本发明的显著优点为:
[0012]1.采用微气泡式发生装置，可提高水合物生成速度。
[0013]2.采用高硼硅玻璃管，实现管道的直观观测，可进行水合物流动的观察。
[0014]3.设置加药口，添加表面活性剂，防止微气泡的聚并，保持气液接触面积。
[0015]4.投资费用和运行费用低。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]以下结合附图对本发明作进一步阐述。
[0017]附图1为本发明的结构示意图。[0018]附图2为本发明中的微气泡发生器示意图。
[0019]图中1.储气罐2.气瓶3.排泄口一 4.冷却箱5.排泄口二 6.冷水浴一 7.离心泵8.液体流量计9.压缩机10.气体流量计11.加药口 12.微气泡发生器13.温度传感器14.压力传感器15.压差计16.观察视窗17.实验管段18.连接法兰19.纽带式螺旋流发生器20.冷水浴二 21.分离器22.缓冲罐。
【具体实施方式】
[0020]如图1、图2所示的一种管道式气体水合物生成实验装置，它包括气液输送系统、冷却系统和水合物管道生成系统，其中，气液输送系统包括气瓶2、储气罐1、排泄口一 3、离心泵7、液体流量计8、压缩机9、气体流量计10、分离器21和缓冲罐22 ;冷却系统包括冷却箱4、排泄口二 5、冷水浴一 6和冷水浴二 20 ;水合物管道生成系统包括加药口 11、微气泡发生器12、连接法兰18、扭带式螺旋流发生器19、温度传感器13、压力传感器14、压差计15、观察视窗16和实验管段17 ;所述储气罐I上设有排泄口一 3，且分别与气瓶2、分离器21和压缩机9相连；所述冷却箱4上设有排泄口二 5，且与离心泵7相连；所述冷水浴一 6上所设的管道经过冷却箱4并循环到冷水浴一 6 ;所述离心泵7与液体流量计8相连；所述微气泡发生器12与液体流量计8通过管道连接，且在管道上设有加药口 11，并通过连接法兰18与纽带式螺旋流发生器19连接，且与压缩机9通过气体流量计10相连；所述实验管段17上方设有温度传感器13、压力传感器14和压差计15，左侧与纽带式螺旋流发生器19相连，下方及右侧分别与分离器21通过管道相连；所述冷水浴二 20的一端与实验管段17连接，另一端在与分离器21连接的同时还与实验管段17和分离器21连接的管道相连；所述缓冲罐22的一端与冷却箱4连接，另一端与分离器21连接。
[0021]实验用气首先储存在气瓶2中，开始实验时，将气瓶2开关打开，气体随管路进入储气罐I中，实验中冷水浴一 6对冷却箱4进行降温，使温度降为I?5°C，冷却箱4的水作为液相，液相经过离心泵7进入实验管段17，其中液体流量计8对液相速度进行实时监测；从储气罐I中过来的气体经过冷却箱4进行降温，然后由压缩机9输入微气泡发生器12，过程中，气体流量由气体流量计10进行实时监测；微气泡发生器12主要是由金属微孔管构成，金属微孔管的直径为20?40mm，长度100?300mm，最小孔径0.3um,开孔率40-70%，其是由金属粉末烧结而成的多孔材料，孔径分布均匀、透气好，机械强度高；管内由离心泵7输入的液相流体流过的剪切流把产生的气泡带走，并且产生的微气泡对气液两相之间的接触面积有很大的提高；为防止微气泡发生器12产生气泡发生聚并现象，在液相管路上液体流量计8之后设置一加药口 11，在实验过程中，由加药口 11添加表面活性剂，如十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或者两者的按一定比例混合的溶液等，可以防止微气泡的聚并，并保持微气泡的尺寸。此时由微气泡组成的气液两相螺旋流经过扭带式螺旋流发生器19而形成气液两相螺旋流，螺旋流的形成进一步提高两相之间的接触面积，为水合物或者水合物浆体的形成提供充足的条件。冷水浴二 20对实验管段17进行降温，使温度控制在I?5°C，管内温度由温度传感器13实时监测；实验管段17后的阀门控制管段内压力，维持在2?4MPa，管内压力由压力传感器14实时监测。管段压降由压差计15进行测量。实验管段是由高硼硅玻璃管构成的水平管段，长度为2000-10000mm，内径为20_100mm。外部附有一层保温层，并设置观察视窗16。当含有微气泡的气液两相螺旋流通过低温高压的实验管段17时，水合物迅速在管道内形成，管道内水合物以浆体或者粉状等形式向前流动，通过观察视窗16观察水合物浆体的流动规律。管道内的水合物经过管道出口进入分离器21，分离器21含有观察视窗16，并且由冷水浴二 20对其降温，使其温度控制在2?5°C，同时可观测水合物的分解情况。水合物经过分解之后变成气体和水,气体由气相管路回到气体储存罐I，分理出的液体首先经过缓冲罐22，最后进入冷却箱4，冷却箱4配置有排泄口二 5o
[0022]在实验过程中，通过控制气液两相流速以及实验管段17的温度和压力，来控制和观察气体水合物的生成，微气泡发生器12与表面活性剂共同促进微气泡的产生，并防止微气泡的聚并，保证气液两相之间具有较大的接触面积，使水合物浆体在管道内快速生成。整套实验装置操作方便，运行费用较低，满足水合物浆体生成和流动规律实验的要求。
【权利要求】
1.一种管道式气体水合物生成实验装置，它包括气液输送系统、冷却系统和水合物管道生成系统，其中，气液输送系统包括气瓶(2 )、储气罐(I)、排泄口一( 3 )、离心泵(7 )、液体流量计(8)、压缩机(9)、气体流量计(10)、分离器(21)和缓冲罐(22);冷却系统包括冷却箱(4 )、排泄口二( 5 )、冷水浴一(6 )和冷水浴二( 20 );水合物管道生成系统包括加药口( 11)、微气泡发生器(12)、连接法兰(18)、扭带式螺旋流发生器(19)、温度传感器(13)、压力传感器(14)、压差计(15)、观察视窗(16)和实验管段(17)，其特征在于:所述储气罐(I)上设有排泄口一(3)，且分别与气瓶(2)、分离器(21)和压缩机(9)相连；所述冷却箱(4)上设有排泄口二(5)，且与离心泵(7)相连；所述冷水浴一(6)上所设的管道经过冷却箱(4)并循环到冷水浴一(6);所述离心泵(7)与液体流量计(8)相连；所述微气泡发生器(12)与液体流量计(8)通过管道连接，且在管道上设有加药口(11)，并通过连接法兰(18)与纽带式螺旋流发生器(19)连接，且与压缩机(9)通过气体流量计(10)相连；所述实验管段(17)上方设有温度传感器(13)、压力传感器(14)和压差计(15)，左侧与纽带式螺旋流发生器(19)相连，下方及右侧分别与分离器(21)通过管道相连；所述冷水浴二(20)的一端与实验管段(17)连接，另一端在与分离器(21)连接的同时还与实验管段(17)和分离器(21)连接的管道相连；所述缓冲罐(22)的一端与冷却箱(4)连接，另一端与分离器(21)连接。
2.按权利要求1所述的一种管道式气体水合物生成实验装置，其特征在于:所述储气罐(I)与压缩机(9 )相连接的管道通过冷却箱(4 )。
3.按权利要求1所述的一种管道式气体水合物生成实验装置，其特征在于:所述微气泡发生器(12)主要由金属微孔管构成。
4.按权利要求1所述的一种管道式气体水合物生成实验装置，其特征在于:所述实验管段(17)上设有观察视窗(16)。
5.按权利要求1所述的一种管道式气体水合物生成实验装置，其特征在于:所述所有部件间均是通过管道来连接，且均设有控制阀或开关。
【文档编号】B01J10/00GK103611478SQ201310561102
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】饶永超, 李建敏, 王淼, 王树立, 周诗岽, 李恩田, 王蕾, 刘墨夫 申请人:常州大学