[发明专利]一种制备气体水合物的喷射式反应器

说明书

技术领域

本发明涉及合成气体水合物的气液分散装置，具体涉及一种制备气体水合物的喷射式反应器。

背景技术

气体水合物是由某些气体(或易挥发液体)和水在低温高压条件下形成的一类笼型包络状晶体。不同气体生成气体水合物所需温度和压力条件不同，形成气体水合物的种类也不同。气体水合物具有储气量大、运输方便、使用安全的特点，但目前合成气体水合物的技术还不太成熟，尤其是对于难以形成水合物的气体，温度和压力条件不易控制，水合速率也很难提高，因此该技术的应用急需一种高效制备气体水合物的装置。

目前，用于制备气体水合物的技术主要有四种：静止接触法、多孔介质填充法、气泡扰动法和机械搅拌法。(1)静止接触法是在无扰动的情况下，使气液两相在相界面处直接接触，气体通过相界面扩散至水中，经过结晶成核、生长，最终形成气体水合物。(2)多孔介质填充法是一种采用多孔介质加速气体水合物生成的技术，将气体通入多孔介质中，增大气液接触面积，快速生成气体水合物。(3)气泡扰动法是使气体通过反应器内的孔板而产生气泡，气泡在水中不断上升、破碎，增大气体在水中的溶解度，缩短水合诱导时间，从而加快水合物成核、生长。(4)机械搅拌法是在反应器内设置一个搅拌器，通过搅拌可加速气体在水中的溶解，促使气体和水充分接触，缩短水合诱导时间，增加水合速率。还有将气泡扰动法和机械搅拌法相结合的方法，是在反应器内同时设置孔板和搅拌器，可进一步增大气体和水的接触面积，加速气体水合物的生成。

但以上方法存在缺点：①气体与水的接触面积都很有限，很大程度上影响了气体水合物的生成速率；②气体水合物的合成不是连续的，不断生成的水合物阻止了气体在水中的扩散，增加了吹气动力和搅拌动力，这在经济上是不提倡的；③机械搅拌时产生的热效应，也会不可避免地影响水合条件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种制备气体水合物的喷射式反应器，通过对混合后的气液混合物同时喷射雾化，形成雾状流或者泡沫流，增大了气体在水中溶解度，增加了气液接触面积，缩短了水合诱导时间，可实现气-水混合物高度雾化，气体水合物高效、快速地生成。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种制备气体水合物的喷射式反应器，包括：喷嘴1、卷吸室2、喉管3和扩散管4，在反应器进水管道中设有调节喷嘴1面积的针阀6，通过旋转针阀6的阀柄使针阀6向前旋进，针头和喷嘴1之间的空隙逐渐减小；调整针头与喷嘴1之间的空隙大小进而控制进水的流量，可完全切断由反应水进口7进入的水流，反应器设有与卷吸室2相通的气体进口8，卷吸室2与喉管3以及喉管3与扩散管4通过焊接连为一体，密封性和耐压性好；喉管3末端装有流控器12，扩散管4处开有椭圆形玻璃视窗5。

所述反应器上设有反应水进口7、气体进口8和气液出口11。

连接所述气液出口11的管路上装有气阀9和阀门10。

所述喉管3末端和流控器12通过螺纹连接，通过更换流控器12来改变喉管3末端的孔径。

所述卷吸室2、喉管3和扩散管4处均安装有温度传感器(13、14、15)和压力传感器(16、17、18)。

气体被所述喷嘴1喷出的高压反应水卷吸入卷吸室2。

所述扩散管4处开有视窗5以观察反应器内雾化效果及水合情况。

本发明的一种制备气体水合物的喷射式反应器，采用高压反应水引射低压(相对于反应水压力)气体，高速喷射雾化的方法合成气体水合物。气液混合物高速射出形成雾状流或者泡沫流，从而达到气体与反应水雾滴充分接触的效果，这可以在很大程度上增加气液接触面积，缩短水合诱导时间，实现气体水合物高效、快速的生成。

本发明一种制备气体水合物的喷射式反应器，是一种具有可视化窗口的喷射式反应器。反应器的喷射雾化过程是：高压预冷后的反应水由反应水进口注入，在喷嘴1处高速射出，将由气体进口8进入的气体卷吸入卷吸室2。气体和反应水初步混合后，在反应器喉管3处进行能量和质量的交换(包括温差引起的热量交换)，最后在扩散管4处喷射雾化，雾化后的雾滴和气体充分接触后，在高压低温条件下，短时间内就可以在视窗中看到有水合物晶体生成。反应器上的针阀6可以控制喷嘴面积，进而控制反应水的进入量。反应器喉管3末端装有流控器12，可进行喉管3末端孔径的更改，从而可对喷射后雾滴大小进行控制。  本发明所述的一种新型快速制备气体水合物的反应器，有如下特点：

(1)反应器喷嘴1处设有针阀6用以调节喷嘴面积，进而控制反应水进入量；