本發明專利技術公開了一種可視化氣體水合物實驗裝置，包括：反應器，分為數段，每段帶有視窗，并且未帶視窗的外壁上設置有水夾套，底部設有進料口；穩流供氣系統、穩流供液系統，分別向反應器以恒定速度通入氣體和溶液；溫度控制系統，控制通入反應器前的氣體、溶液，以及每段水夾套的溫度；穩壓排氣系統，用于反應器排氣，控制反應器中的壓力恒定；取樣分析系統，從反應器中取樣并進行成分分析；數據采集與處理系統，采集穩流供氣系統、穩流供液系統、反應器、溫度控制系統的各項數據并進行分析。采用本方案，不僅可實現氣體水合物快速、高效生成，還能實現在線實時觀測水合物形成/分解過程中水合物晶體結構、形貌，并通過圖像處理軟件進行分析。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種氣體水合物實驗裝置，尤其涉及一種可用于多組分混合氣體水合 物形成/分解動力學、水合物晶體結構、形貌測定的實驗裝置。
技術介紹
氣體水合物(以下簡稱水合物)是由水與CH4、C2H6、CO2或H2S等小分子氣體在高壓 低溫環境下生成的非化學計量性籠狀晶體物質，又稱作籠形水合物(clathrate hydrate) 0 主體水分子通過氫鍵相連形成一些多面體的籠孔，尺寸合適的客體分子可填充在這些籠孔 中，使其具有熱力學穩定性。氣體水合物具有很強的儲氣能力，每立方米可儲存160 180m3 氣體，且呈固態，便于運輸。氣體水合物技術應用前景廣闊，除了可用于天然氣儲運還可應 用于污水處理、海水淡化、混合氣體分離、水溶液濃縮以及水合物蓄冷等領域，因此水合物 技術的研究受到越來越多的關注。目前，實驗室多采用機械攪拌的方式來研究氣體水合物的形成/分解動力學，但 是，現有的實驗裝置存在反應器容積小、可視范圍有限、取樣難等缺點，無法觀測到整個氣 體水合物形成過程晶體結構和形貌的變化；同時，連續攪拌雖然提高了氣體的擴散系數，加 速了氣體在液相中的溶解，提高了反應速率，但是為了防止反應器內高壓氣體泄漏，必須克 服攪拌軸的密封問題，并且伴隨著反應的不斷進行，已生成的水合物可能會由于攪拌產生 的機械運動熱能而分解。因此，現有技術有待于完善和發展。
技術實現思路
本專利技術所要解決的問題在于提供一種克服現有水合物形成實驗裝置反應容積小、 可視范圍小等上述缺點的可視化氣體水合物實驗裝置。為了解決上述技術問題，本專利技術的技術方案如下—種可視化氣體水合物實驗裝置，包括可視化水合物反應器、穩流供氣系統、穩流 供液系統、溫度控制系統、穩壓排氣系統、取樣分析系統和數據采集與處理系統，其中反應器，分為數段，每段帶有視窗，并且未帶視窗的外壁上設置有水夾套，底部設 有進料口 ；穩流供氣系統、穩流供液系統，分別向反應器以恒定速度通入氣體和溶液；溫度控制系統，控制通入反應器前的氣體、溶液，以及每段水夾套的溫度；穩壓排氣系統，用于反應器排氣，控制反應器中的壓力恒定；取樣分析系統，從反應器中取樣并進行成分分析；數據采集與處理系統，采集穩流供氣系統、穩流供液系統、反應器、溫度控制系統 的各項數據并進行分析。所述的可視化氣體水合物實驗裝置，所述反應器分為4段。所述的可視化氣體水合物實驗裝置，所述反應器底部設有用于增加氣液接觸的分布器。所述的可視化氣體水合物實驗裝置，所述反應器的每段水夾套均帶有冷卻介質進 水口和出水口，且進水口和出水口上裝有閥門。所述的可視化氣體水合物實驗裝置，所述穩流供氣系統提供的氣體與所述穩流供 液系統提供的溶液在靜態混合器中混合，并在進入反應器前預冷卻至反應溫度。所述的可視化氣體水合物實驗裝置，所述冷卻介質進水口和出水口與恒溫水箱相 連，所述靜態混合器置于恒溫水箱中。所述的可視化氣體水合物實驗裝置，所述穩壓排氣系統通過PID壓力調節閥的開 合向集氣瓶中排氣。所述的可視化氣體水合物實驗裝置，所述取樣分析系統與PID壓力調節閥相連， 經由氣液分離器分離出氣體再由氣體自動取樣器取樣，并通過氣相色譜儀分析氣體組分。所述的可視化氣體水合物實驗裝置，所述數據采集與處理系統在線實時采集反應 器內氣泡上浮、氣體水合物生成過程圖像。采用上述方案，本專利技術的可視化氣體水合物實驗裝置主要具有如下優點利用分 布器產生微氣泡，增大了氣液接觸面積，增加了氣體溶解度，縮短誘導時間提高水合物形成 速率，克服了現有的實驗裝置氣泡行程短的弊端，使氣泡在上浮過程中就形成水合物，省卻 了氣體循環設備。水夾套的設計，可通過調節每段的進水管和出水管的閥門實現對反應器 分段控溫。在反應器前端添加混合單元靜態混合器，使氣-液兩相組分在相界面連續更新 和充分接觸，增大了流體的接觸面積強化傳質傳熱，并且將靜態混合器放置在恒溫水箱中， 使反應氣體和液體在進入反應器前預冷卻。本專利技術的大范圍可視化窗口的設計實現了對混 合流體和反應過程的觀察，可通過圖像采集與處理軟件分析水合物晶體結構、形貌和氣泡 大小對反應速率的影響。附圖說明圖1是本專利技術的可視化氣體水合物實驗裝置一種實施方式的示意圖。 具體實施例方式下面結合附圖，對本專利技術的較佳實施例作進一步詳細說明。附圖1中各標記為1、氣瓶，2、液罐，3、質量流量控制器與積分儀，4、計量泵，5、制 冷系統，6、換熱器，7、恒溫水箱，8、靜態混合器，9、水夾套，10、分布器，11、反應器，12、加壓 水泵，13、安全閥，14、真空泵，15,PID壓力調節閥，16、氣液分離器，17、氣相色譜儀，18、氣體 自動取樣器，19、集氣瓶，20、計算機，21、數據采集卡，22、減壓閥，23、視窗。Vl M9為各閥 門，除止回閥V24、止回閥V25，其余均為截止閥。如圖1所示，本專利技術的可視化氣體水合物實驗裝置，包括可視化水合物反應器、穩 流供氣、供液系統、溫度控制系統、穩壓排氣系統、取樣分析系統和數據采集與處理系統，其 中所述穩流供氣系統由氣瓶1、減壓閥22、截止閥VI、V2、V3、V4、氣體質量流量控制 器和積分儀3、止回閥VM組成。氣體質量流量控制器和積分儀3進口通過管道、截止閥V3、 減壓閥22與氣源連接；出口通過管道、截止閥V4和止回閥VM相連。通過質量流量控制器調節進氣流速。所述穩流供液系統由液罐2、截止閥V5、計量泵4、止回閥V25組成。計量泵4進口 通過管道、截止閥V5和液罐2相連；出口通過管道和止回閥V25相連。計量泵4用于向反 應器內注入定量的水溶液或化學藥劑。所述穩流供氣和穩流供液系統通過管道相連，共同連接到靜態混合器8的一端， 靜態混合器8的另一端和反應器11進口處的分布器10相連，靜態混合器8置于恒溫水箱 7中，使氣液充分混合并在進入反應器11前預冷卻至反應溫度。所述反應器11底部設有用于增加氣液接觸的分布器10，該分布器10可根據實驗 需要進行拆換。反應器11釜體共分為四段，每段均開設兩段視窗23、溫度傳感器、電極以及 液體取樣口，在線實時采集反應器11內鼓泡狀態和水合物生成/分解過程中水合物晶體結 構、形貌圖像，并用圖像處理軟件分析。未設視窗的釜體外側設有水夾套9，反應器11底部 有排液口，反應器11頂端裝有壓力表、真空泵14、PID壓力調節閥15，放空管路上裝有安全 閥13。PID壓力調節閥15的末端接有氣液分離器16、集氣瓶19。氣液分離器16上連有氣 體自動取樣器18、氣相色譜儀17。反應器11底的分布器10入口端連有靜態混合器8，包含 有氣源1、減壓閥22、截止閥V2、V3、V4、質量流量控制器和積分儀3、止回閥V24的穩流供 氣系統與包含液罐2、截止閥V5、計量泵4、止回閥V25的穩流供液系統并聯與靜態混合器8 的入口端相連。所述溫度控制系統由制冷系統5、換熱器6、恒溫水箱7、加壓水泵12組成，恒溫水 箱7中的冷卻介質由加壓水泵12進入循環管路中，該循環管路與所述反應器11水夾套9 連通。通過循環管路輸入的冷卻介質輸入到反應器11水夾套9中，完成熱交換的冷卻介質 再由出水管道流回到恒溫水箱7中，通過控制恒溫水箱7中冷卻介質的溫度和調節進水管 和出水管的閥門來控制反應器的溫度。所述穩壓排氣系統由PID壓力調節閥15、氣液分離本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．一種可視化氣體水合物實驗裝置，其特征在于，包括可視化水合物反應器、穩流供氣系統、穩流供液系統、溫度控制系統、穩壓排氣系統、取樣分析系統和數據采集與處理系統，其中：反應器，分為數段，每段帶有視窗，并且未帶視窗的外壁上設置有水夾套，底部設有進料口；穩流供氣系統、穩流供液系統，分別向反應器以恒定速度通入氣體和溶液；溫度控制系統，控制通入反應器前的氣體、溶液，以及每段水夾套的溫度；穩壓排氣系統，用于反應器排氣，控制反應器中的壓力恒定；取樣分析系統，從反應器中取樣并進行成分分析；數據采集與處理系統，采集穩流供氣系統、穩流供液系統、反應器、溫度控制系統的各項數據并進行分析。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李小森，呂秋楠，陳朝陽，李剛，曾志勇，張郁，顏克鳳，
申請(專利權)人：中國科學院廣州能源研究所，
類型：發明
國別省市：81
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