一种促进水合物合成的装置的制作方法

1.本发明涉及能源与环境技术领域，具体地涉及一种促进水合物合成的装置。


背景技术：

2.天然气水合物主要分布在海底的沉积物或者是陆地的永久冻土中。天然气化合物是由天然气和水在低温高压的条件下形成的类似冰状的结晶物质。它是一种有巨大储量，而且洁净的非常规能源，同时也是我国的战略资源之一。
3.由于天然气水合物钻井取样难度高、耗资大，所以目前对天然气水合物分析和研究的样品主要是由实验室内的人工合成所产生的。而在实验室内，只需满足特定的温度和压力的条件下即可使得天然气水合物的进行合成。
4.但是，由于天然气水合物的合成速度受到多方面的影响，在利用传统装置和工艺技术合成的天然气水合物明显合成速率缓慢，从而严重拖延了实验的进度。
5.因此，在本领域希望提供一种促进水合物合成的装置，从而有效地提高天然气水合物的合成速率，进而提高实验的工作效率。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提出一种促进水合物合成的装置，其能够通过通气组件生成的含有微纳气泡的混合液并将其排放至釜体中，从而起到有效地促进天然气水合物合成的作用。同时，本装置可以广泛的适用于各类型气体水合物样品的实验室合成工艺。
7.根据本发明，提供了一种促进水合物合成的装置，包括反应釜，所述反应釜包括限定了用于容纳液体的内腔的釜体、釜盖，以及贯穿所述釜体的壁而将釜体的内外连通的通气组件，所述通气组件包括与外部气源相连的进气单元、一端与所述进气单元连通而另一端与所述内腔连通的进液管，以及与所述内腔连通的排放单元，其中，所述进气单元构造成具有可变的气管截面面积，使得来自所述外部气源的气体在进入所述进气单元后能够通过所述进液管从所述内腔中抽吸液体，并与所述液体混合以产生微纳气泡，随后经所述排放单元回到所述内腔中。
8.在一个实施例中，所述进气单元与所述排放单元共线地布置，所述进液管垂直于所述进气单元与所述排放单元而连接在所述进气单元和所述排放单元的连接部处。
9.在一个实施例中，所述进气单元包括与所述外部气源相连的进气管，以及位于所述进气管内的喉管，其中，所述喉管延伸到所述连接部处。
10.在一个实施例中，所述进气管包括第一气管和第二气管，所述第一气管的一端与所述外部气源相连，另一端与所述第二气管连通。
11.在一个实施例中，所述第二气管构造成具有渐变的直径，包括直径较大的第一连接部和直径较小的第二连接部，其中所述喉管部分地布置在从所述第二连接部延伸到所述连接部处中。
12.在一个实施例中，所述排放单元包括扩散管，所述扩散管的内部截面面积逐渐增
大，其中面积较大的一端伸入到所述内腔中。
13.在一个实施例中，所述喉管构造成中空套筒，其中一端与所述第二连接部固定连接，另一端的开口朝向所述扩散管。
14.在一个实施例中，所述釜体包括三个沿周向均匀布置的通气组件。
15.在一个实施例中，其特征在于，所述釜盖的上表面还设置有连接杆，所述连接杆包括排气管，以及安装在所述排气管上的球阀，其中，所述排气管的远离所述连接杆的一端设置有放气口。
16.在一个实施例中，在所述釜体的外表面上还设置有传感组件。
附图说明
17.下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：
18.图1示意性显示了根据本发明的促进水合物合成的装置的结构示意图；
19.图2示意性显示了根据本发明的促进水合物合成的装置中釜体的横向截面图，显示了通气组件与釜体之间的具体连接关系。
20.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明做进一步说明。
22.图1示意性显示了根据本发明的促进水合物合成的装置的结构示意图。图2示意性显示了根据本发明的促进水合物合成的装置中釜体的横向截面图，显示了通气组件与釜体之间的具体连接关系。如图1和图2所示，根据本发明的促进水合物合成的装置100主要包括反应釜10，所述反应釜10包括限定了用于容纳液体的内腔14的釜体12、釜盖11，以及贯穿釜体12的壁而将釜体12的的内外连通的通气组件20。其中，反应釜10利用通气组件20从外部气源(例如高压气瓶90)内抽吸高压气体，并将高压气体排放至釜体12的内腔14中。
23.根据本发明中，反应釜10可以采用304不锈钢材质或316不锈钢材质制成。同时，釜体12的最大承受压力应大于30mpa，从而有效地降低水合物在合成过程中的安全隐患。而且在反应釜10中，釜盖11与釜体12为分体式结构，这样设计利于实验前期向釜体12的内腔14中填充原料。此外，釜体12与釜盖11之间还设置有垫圈(未示出)，以保证反应釜10具有良好的密封性。
24.如图1所示，釜体12包括依次设置的上部121、中部122和下部123。釜体12的上部121的上方设置有釜盖11，其中，釜盖11通过螺钉与釜体12的上部121形成螺纹连接。釜体12的中部122构造成中空柱体，其外表面设置有传感组件80。该传感组件80与未示出的温度采集模块相连。而温度采集模块可以采用pt100热敏电阻，其精度满足
±
0.1℃，用于监测釜体12的内腔14中温度的变化情况。釜体12的下部123安装有底座13，底座13的横向截面积大于釜体12的下部123的横向截面积，从而使得反应釜10在水合物合成的过程中保持稳定的工作状态。
25.如图2所示，在本发明的一个实施例中，反应釜10包括三个沿周向均匀布置的通气组件20。通气组件20在釜体12内部的一端均与釜体12的内壁连通。尽管在本发明的实施例中设置了三个沿周向均匀布置的通气组件20。然而本领域技术人员容易理解，在反应釜10
上也可以设置其它数量的通气组件20。
26.如图1和图2所示，通气组件20大体上构造成t字形，包括三个连接端。其中，t字形的一个横向端穿过釜体12的壁与外部的高压气瓶90相连，用于接收高压气瓶90中的高压气体。t字形的纵向端穿过釜体12的壁与内腔14连通，用于抽吸内腔14中的液体。t字形的另一个横向端也与内腔14连通，用于将高压气体与液体组成的混合液排放回釜体12的内腔14中。
27.具体地说，通气组件20包括与外部的高压气瓶90相连的进气单元21、一端与进气单元21连通而另一端与釜体12的内腔14连通的进液管22，以及与釜体12的内腔14连通的排放单元。其中，进气单元21与排放单元共线地布置，进液管22垂直于进气单元21与排放单元而连接在进气单元21和排放单元的连接部处。
28.如图1所示，进气单元21与釜体12的外部的高压气瓶90相连，用于接收高压气瓶90中的高压气体。进气单元21包括进气管30，以及位于进气管30内的喉管40。其中，喉管40延伸到连接部处。
29.如图1所示，进气管30包括第一气管31和第二气管32。如上所述，第一气管31的一端与外部的高压气瓶90相连，用于接收高压气瓶90中的高压气体；另一端与第二气管32连通，用于引导高压气体向喉管40处流动。
30.第二气管32包括直径较大的第一连接部321和直径较小的第二连接部322。也就是说，第二气管32具有逐渐缩小的直径。其中，第一连接部321的一端与第一气管31连通，另一端与第二连接部322相连。此外，喉管40部分地设置在第二连接部322中。
31.如图2所示，进液管22嵌入在釜体12的壁面内，并与内腔14连通，从而可以通过进气单元21的作用而使釜体12内的液体被吸入至进液管22中。进液管22的另一端设置在排放单元和进气单元21的连接部处。
32.如上所述，进气单元21通过直径逐渐缩小的第二气管32而具有可变的气管截面面积。这样，随着高压气体的向内深入，气管的截面面积变小，高压气体的流速将变大、压强也将随之变小，因此在进液管22、排放单元和进气单元21这三者的连接部处形成了一个真空区域。该真空区域能够使进液管22产生具有吸附液体的能力，从而使得进液管22将釜体12内的液体吸入至排放单元和进气单元21的连接部处。
33.在本发明中，如图2所示，喉管40构造成中空柱体，其中一端与第二连接部322固定连接，另一端的开口朝向排放单元。
34.当进液管22将液体吸收至排放单元和进气单元21的连接部处后，由于高速流动的液体与高压气体发生碰撞，因此在喉管40朝向排放单元的一端的开口处形成了一个湍流剪切场。同时，涡流剪切场则将通过喉管40的高压气体破碎形成微纳级别的气泡。这时在排放单元中，微纳气泡与液体融合形成混合液，其最终通过排放单元排放回釜体12的内腔14中。
35.如图2所示，排放单元包括扩散管50。扩散管50的内部截面面积逐渐增大，其中面积较大的一端伸入到内腔14中，用于将含有微纳气泡的混合液排放回釜体12的内腔14中。这样，含有微纳气泡的混合液加强了釜体12内水合物合成的能力，使得合成的速率得到有效地提高。
36.根据本发明的一个实施例中，如图1所示，釜盖11的上表面还设置有连接杆60，连接杆60包括压力表61，用于实时监测釜体12内的压力情况。
37.根据本发明的一个优选的实施例，如图1所示，连接杆60还包括排气管71，以及安装在排气管71上的球阀70，其中，排气管71远离连接杆60的一端还设置有放气口72。如上所述，通过观测压力表61的数值，待需要调节釜体12内的气体压力时，即可打开球阀70泄气，降低釜体12内部的气体压力，从而有效地保障水合物在合成过程中的安全。
38.根据本发明一个优选的实施例，根据水合物类型的不同，高压气瓶90包括但不限于是甲烷气瓶、乙烷气瓶、丙烷气瓶、二氧化碳气瓶或上述物质的混合气气瓶。
39.根据本发明一个优选的实施例，如图1所示，反应釜10的外部采用水浴控温的方式，为水合物的合成提供特定的温度环境。水浴控温中采用的循环介质包括但不限于是水、乙醇、乙二醇、汽车防冻液。此外，水合物合成所需的温度范围应控制在在-25℃～+100℃之间。
40.在根据本发明的一个具体实施例中，促进水合物的合成装置100的具体操作包括如下步骤。
41.首先，对反应釜10进行密封性测试。
42.一、将反应釜10密封后，通入氮气，釜体12内的压力应该控制在15mpa～30mpa之间。
43.二、将反应釜10静置24小时，同时通过压力表61实时监测釜体12内的压力数值。
44.三、24小时过后，若釜体12内的压力降低量小于0.1mpa，则密封性良好；反之，密封性不好，则需要对装置各处分别进行密封性检测，找到问题并维修后再次进行密封性测试，直至密封良好。
45.密封性检测完成后，根据实验的需要，向反应釜10中注入纯水或水溶液，将反应釜10密封。
46.之后，打开球阀70，将釜体12的内腔14抽真空。待内腔14中的空气完全排出后，关闭球阀7。
47.之后，根据水合物的不同类型需求，选择合适的高压气瓶90，高压气瓶90包括但不限于是甲烷气瓶、乙烷气瓶、丙烷气瓶、二氧化碳气瓶或上述物质的混合气气瓶。高压气瓶90与通气组件20连通，并向釜体12内通入高压气体。
48.之后，将反应釜10放置在控温水浴中，进行温度的控制，并通过温度采集模块(未示出)对釜体12的内腔14温度进行实时监测，使之温度始终处于特定的温度范围内。
49.最后，对反应过程中的数据进行实时记录，记录包括但不限于釜体12内的温度和压力的数值变化。
50.通过实时的温度和压力数值的变化情况，不难看出在本发明的促进水合物合成的装置100中产生的含有微纳气泡的混合液在水合物的合成过程中确实起到重要的作用。
51.在本发明中，进气单元21接收高压气瓶90中的高压气体。高压气体通过喉管40产生微纳气泡，并与从内腔14中吸取至进液管22的液体混合形成含有微纳气泡的混合液。含有微纳气泡的混合液通过扩散管50流回至内腔14，并与内腔14中液体充分混合、细化，从而使得水合物合成的速率得到明显提升。
52.以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员在本发明的公开范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。