[发明专利]一种可视化气体水合物实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体水合物实验装置，尤其涉及一种可用于多组分混合气体水合物形成/分解动力学、水合物晶体结构、形貌测定的实验装置。

背景技术

气体水合物(以下简称水合物)是由水与CH₄、C₂H₆、CO₂或H₂S等小分子气体在高压低温环境下生成的非化学计量性笼状晶体物质，又称作笼形水合物(clathrate hydrate)。主体水分子通过氢键相连形成一些多面体的笼孔，尺寸合适的客体分子可填充在这些笼孔中，使其具有热力学稳定性。气体水合物具有很强的储气能力，每立方米可储存160～180m³气体，且呈固态，便于运输。气体水合物技术应用前景广阔，除了可用于天然气储运还可应用于污水处理、海水淡化、混合气体分离、水溶液浓缩以及水合物蓄冷等领域，因此水合物技术的研究受到越来越多的关注。

目前，实验室多采用机械搅拌的方式来研究气体水合物的形成/分解动力学，但是，现有的实验装置存在反应器容积小、可视范围有限、取样难等缺点，无法观测到整个气体水合物形成过程晶体结构和形貌的变化；同时，连续搅拌虽然提高了气体的扩散系数，加速了气体在液相中的溶解，提高了反应速率，但是为了防止反应器内高压气体泄漏，必须克服搅拌轴的密封问题，并且伴随着反应的不断进行，已生成的水合物可能会由于搅拌产生的机械运动热能而分解。

因此，现有技术有待于完善和发展。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种克服现有水合物形成实验装置反应容积小、可视范围小等上述缺点的可视化气体水合物实验装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种可视化气体水合物实验装置，包括可视化水合物反应器、稳流供气系统、稳流供液系统、温度控制系统、稳压排气系统、取样分析系统和数据采集与处理系统，其中：

反应器，分为数段，每段带有视窗，并且未带视窗的外壁上设置有水夹套，底部设有进料口；

稳流供气系统、稳流供液系统，分别向反应器以恒定速度通入气体和溶液；

温度控制系统，控制通入反应器前的气体、溶液，以及每段水夹套的温度；

稳压排气系统，用于反应器排气，控制反应器中的压力恒定；

取样分析系统，从反应器中取样并进行成分分析；

数据采集与处理系统，采集稳流供气系统、稳流供液系统、反应器、温度控制系统的各项数据并进行分析。

所述的可视化气体水合物实验装置，所述反应器分为4段。

所述的可视化气体水合物实验装置，所述反应器底部设有用于增加气液接触的分布器。

所述的可视化气体水合物实验装置，所述反应器的每段水夹套均带有冷却介质进水口和出水口，且进水口和出水口上装有阀门。

所述的可视化气体水合物实验装置，所述稳流供气系统提供的气体与所述稳流供液系统提供的溶液在静态混合器中混合，并在进入反应器前预冷却至反应温度。

所述的可视化气体水合物实验装置，所述冷却介质进水口和出水口与恒温水箱相连，所述静态混合器置于恒温水箱中。

所述的可视化气体水合物实验装置，所述稳压排气系统通过PID压力调节阀的开合向集气瓶中排气。

所述的可视化气体水合物实验装置，所述取样分析系统与PID压力调节阀相连，经由气液分离器分离出气体再由气体自动取样器取样，并通过气相色谱仪分析气体组分。

所述的可视化气体水合物实验装置，所述数据采集与处理系统在线实时采集反应器内气泡上浮、气体水合物生成过程图像。

采用上述方案，本发明的可视化气体水合物实验装置主要具有如下优点：利用分布器产生微气泡，增大了气液接触面积，增加了气体溶解度，缩短诱导时间提高水合物形成速率，克服了现有的实验装置气泡行程短的弊端，使气泡在上浮过程中就形成水合物，省却了气体循环设备。水夹套的设计，可通过调节每段的进水管和出水管的阀门实现对反应器分段控温。在反应器前端添加混合单元静态混合器，使气-液两相组分在相界面连续更新和充分接触，增大了流体的接触面积强化传质传热，并且将静态混合器放置在恒温水箱中，使反应气体和液体在进入反应器前预冷却。本发明的大范围可视化窗口的设计实现了对混合流体和反应过程的观察，可通过图像采集与处理软件分析水合物晶体结构、形貌和气泡大小对反应速率的影响。

附图说明

图1是本发明的可视化气体水合物实验装置一种实施方式的示意图。

具体实施方式