一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于氣體水合物應(yīng)用及儲(chǔ)運(yùn)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，更確切地說(shuō)是一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置，它包括氣液輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和水合物管道生成系統(tǒng)，其中，氣液輸送系統(tǒng)包括氣瓶、儲(chǔ)氣罐、排泄口一、離心泵、液體流量計(jì)、壓縮機(jī)、氣體流量計(jì)、分離器和緩沖罐；冷卻系統(tǒng)包括冷卻箱、排泄口二、冷水浴一和冷水浴二；水合物管道生成系統(tǒng)包括加藥口、微氣泡發(fā)生器、連接法蘭、扭帶式螺旋流發(fā)生器、溫度傳感器、壓力傳感器、壓差計(jì)、觀察視窗和實(shí)驗(yàn)管段。整套實(shí)驗(yàn)裝置操作方便，運(yùn)行費(fèi)用較低，滿(mǎn)足水合物漿體生成和流動(dòng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)的要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體水合物應(yīng)用及儲(chǔ)運(yùn)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，更確切地說(shuō)是一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體水合物是指輕質(zhì)氣體，如:甲烷、乙烷、丙烷、CO2, H2S等和水在一定溫度和壓力(一般為低溫高壓)下生成的非化學(xué)計(jì)量的固體結(jié)晶物質(zhì)。隨著氣體水合物研究的日益深入，特別是氣體水合物生成促進(jìn)方面的研究的發(fā)展，氣體水合物技術(shù)在天然氣儲(chǔ)運(yùn)、混合氣體分離等方面的應(yīng)用前景日益顯現(xiàn)。但水合物在這些領(lǐng)域的應(yīng)用跟氣體水合物的促進(jìn)作用密切相關(guān)。受儲(chǔ)氣密度低、生成速度慢以及誘導(dǎo)時(shí)間長(zhǎng)等因素的阻礙，尤其當(dāng)前水合物應(yīng)用技術(shù)面臨的最大技術(shù)障礙就是如何提高水合物的生成速率及效率。例如，甲烷在靜止純水體系中壓力為5.76MPa、溫度為4.3°C時(shí)，形成水合物的誘導(dǎo)時(shí)間在28小時(shí)以上，水合物晶體的生長(zhǎng)速度慢，直接影響水合物利用技術(shù)的推廣。在氣體水合物的實(shí)驗(yàn)中，氣體水合物的形成過(guò)程特點(diǎn)、水合物漿體流動(dòng)規(guī)律等特點(diǎn)的模擬實(shí)驗(yàn)研究是研究水合物生成機(jī)理及氣體水合物在其他領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提條件。為解決這些問(wèn)題，多種方法促進(jìn)水合物的形成的技術(shù)被研究出來(lái):通過(guò)攪拌可以提高水合物的生長(zhǎng)速度，但是攪拌又帶來(lái)了一些其他不利因素:能量消耗增大、水合物儲(chǔ)氣密度降低等；采用超聲波霧化，增大氣液接觸面積，可以提高水合物生成速度，但是系統(tǒng)添加的超聲波霧化器不僅投資費(fèi)用增加，而且運(yùn)行費(fèi)用也增大；在水合物形成體系中添加一些添加劑可以促進(jìn)水合物生成，提高水合物生長(zhǎng)速度，國(guó)內(nèi)外研究較多的是在水中添加陰離子表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉(SDS)、四氫呋喃等，可使水合物形成誘導(dǎo)時(shí)間縮短到1-1.5小時(shí)，壓力較純水體系降低l_2MPa。然而，這類(lèi)表面活性劑盡管能夠使水合物生成速度加快，但是還是不能令人滿(mǎn)意。
[0003]氣體水合物的形成一般經(jīng)歷成核-微晶-結(jié)晶-聚集四個(gè)主要過(guò)程。水合物成核是指在被水合物形成氣過(guò)飽和的溶液中形成一種具有臨界尺寸的、穩(wěn)定的晶核的過(guò)程。當(dāng)溶液處于過(guò)冷狀態(tài)或者過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，就可能發(fā)生成核現(xiàn)象。水合物形成特點(diǎn)是一直是水合物研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。隨著海洋天然氣開(kāi)發(fā)深度的增加，混輸管線的天然氣水合物堵塞問(wèn)題越來(lái)越受到重視，水合物漿液流動(dòng)技術(shù)是深水流動(dòng)保障技術(shù)的新工藝，而研究水合物漿液的流動(dòng)特性是實(shí)現(xiàn)海底管輸技術(shù)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。如今，如何進(jìn)行水合物漿液輸送管線的工藝設(shè)計(jì)在國(guó)際上仍處于前沿研究領(lǐng)域，而水合物漿體流動(dòng)規(guī)律的研究則是輸送管線工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，目前僅有少數(shù)學(xué)者開(kāi)展了一些定量的實(shí)驗(yàn)研究工作，但由于所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、介質(zhì)、條件均有不同，在理論上還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)，關(guān)于氣體水合物漿液兩相流動(dòng)的文獻(xiàn)則更少，因此這方面研究工作急待深入。
[0004]基于以上情況，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室條件下的水合物快速生成，研究水合物生成的特點(diǎn)，更重要的是能夠觀察水合物漿體的流動(dòng)特點(diǎn)，總結(jié)研究水合物漿體的流動(dòng)規(guī)律，為實(shí)際的天然氣管道運(yùn)輸提供指導(dǎo)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006]本發(fā)明為達(dá)到上述目的，采用以下技術(shù)措施:一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置，它包括氣液輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和水合物管道生成系統(tǒng)，其中，氣液輸送系統(tǒng)包括氣瓶、儲(chǔ)氣罐、排泄口一、離心泵、液體流量計(jì)、壓縮機(jī)、氣體流量計(jì)、分離器和緩沖罐；冷卻系統(tǒng)包括冷卻箱、排泄口二、冷水浴一和冷水浴二；水合物管道生成系統(tǒng)包括加藥口、微氣泡發(fā)生器、連接法蘭、扭帶式螺旋流發(fā)生器、溫度傳感器、壓力傳感器、壓差計(jì)、觀察視窗和實(shí)驗(yàn)管段；所述儲(chǔ)氣罐上設(shè)有排泄口一，且分別與氣瓶、分離器和壓縮機(jī)相連；所述冷卻箱上設(shè)有排泄口二，且與離心泵相連，冷卻箱的水作為液相，液相經(jīng)過(guò)離心泵進(jìn)入實(shí)驗(yàn)管段，其中液體流量計(jì)對(duì)液相速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；所述冷水浴一上所設(shè)的管道經(jīng)過(guò)冷卻箱并循環(huán)到冷水浴一，冷水浴一對(duì)冷卻箱進(jìn)行降溫，使溫度降為I?5°c;所述離心泵與液體流量計(jì)相連；所述微氣泡發(fā)生器與液體流量計(jì)通過(guò)管道連接，且在管道上設(shè)有加藥口，防止微氣泡發(fā)生器產(chǎn)生氣泡發(fā)生聚并現(xiàn)象，并通過(guò)連接法蘭與紐帶式螺旋流發(fā)生器連接，且與壓縮機(jī)通過(guò)氣體流量計(jì)相連，微氣泡發(fā)生器主要是由金屬微孔管構(gòu)成，金屬微孔管的直徑為20?40mm，長(zhǎng)度100?300mm，最小孔徑0.3um,開(kāi)孔率40_70%，其是由金屬粉末燒結(jié)而成的多孔材料，孔徑分布均勻、透氣好，機(jī)械強(qiáng)度高；所述實(shí)驗(yàn)管段上方設(shè)有溫度傳感器、壓力傳感器和壓差計(jì)，左側(cè)與紐帶式螺旋流發(fā)生器相連，下方及右側(cè)分別與分離器通過(guò)管道相連，實(shí)驗(yàn)管段是由高硼硅玻璃管構(gòu)成的水平管段，長(zhǎng)度為2000-10000mm，內(nèi)徑為20_100mm。外部附有一層保溫層，并設(shè)置觀察視窗；所述冷水浴二的一端與實(shí)驗(yàn)管段連接，另一端在與分離器連接的同時(shí)還與實(shí)驗(yàn)管段和分離器連接的管道相連，冷水浴二對(duì)實(shí)驗(yàn)管段進(jìn)行降溫，使溫度控制在I?5°C，管內(nèi)溫度由溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；所述緩沖罐的一端與冷卻箱連接，另一端與分離器連接，管道內(nèi)的水合物經(jīng)過(guò)管道出口進(jìn)入分離器，分離器含有觀察視窗，并且由冷水浴二對(duì)其降溫，使其溫度控制在2?5°C，同時(shí)可觀測(cè)水合物的分解情況。水合物經(jīng)過(guò)分解之后變成氣體和水,氣體由氣相管路回到氣體儲(chǔ)存罐,分理出的液體首先經(jīng)過(guò)緩沖罐,最后進(jìn)入冷卻箱，冷卻箱配置有排泄口二。
[0007]所述儲(chǔ)氣罐與壓縮機(jī)相連接的管道通過(guò)冷卻箱。
[0008]所述微氣泡發(fā)生器主要由金屬微孔管構(gòu)成。
[0009]所述實(shí)驗(yàn)管段上設(shè)有觀察視窗。
[0010]所述所有部件間均是通過(guò)管道來(lái)連接，且均設(shè)有控制閥或開(kāi)關(guān)。
[0011]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為:
[0012]1.采用微氣泡式發(fā)生裝置，可提高水合物生成速度。
[0013]2.采用高硼硅玻璃管，實(shí)現(xiàn)管道的直觀觀測(cè)，可進(jìn)行水合物流動(dòng)的觀察。
[0014]3.設(shè)置加藥口，添加表面活性劑，防止微氣泡的聚并，保持氣液接觸面積。
[0015]4.投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0017]附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]附圖2為本發(fā)明中的微氣泡發(fā)生器示意圖。
[0019]圖中1.儲(chǔ)氣罐2.氣瓶3.排泄口一 4.冷卻箱5.排泄口二 6.冷水浴一 7.離心泵8.液體流量計(jì)9.壓縮機(jī)10.氣體流量計(jì)11.加藥口 12.微氣泡發(fā)生器13.溫度傳感器14.壓力傳感器15.壓差計(jì)16.觀察視窗17.實(shí)驗(yàn)管段18.連接法蘭19.紐帶式螺旋流發(fā)生器20.冷水浴二 21.分離器22.緩沖罐。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1、圖2所示的一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置，它包括氣液輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和水合物管道生成系統(tǒng)，其中，氣液輸送系統(tǒng)包括氣瓶2、儲(chǔ)氣罐1、排泄口一 3、離心泵7、液體流量計(jì)8、壓縮機(jī)9、氣體流量計(jì)10、分離器21和緩沖罐22 ;冷卻系統(tǒng)包括冷卻箱4、排泄口二 5、冷水浴一 6和冷水浴二 20 ;水合物管道生成系統(tǒng)包括加藥口 11、微氣泡發(fā)生器12、連接法蘭18、扭帶式螺旋流發(fā)生器19、溫度傳感器13、壓力傳感器14、壓差計(jì)15、觀察視窗16和實(shí)驗(yàn)管段17 ;所述儲(chǔ)氣罐I上設(shè)有排泄口一 3，且分別與氣瓶2、分離器21和壓縮機(jī)9相連；所述冷卻箱4上設(shè)有排泄口二 5，且與離心泵7相連；所述冷水浴一 6上所設(shè)的管道經(jīng)過(guò)冷卻箱4并循環(huán)到冷水浴一 6 ;所述離心泵7與液體流量計(jì)8相連；所述微氣泡發(fā)生器12與液體流量計(jì)8通過(guò)管道連接，且在管道上設(shè)有加藥口 11，并通過(guò)連接法蘭18與紐帶式螺旋流發(fā)生器19連接，且與壓縮機(jī)9通過(guò)氣體流量計(jì)10相連；所述實(shí)驗(yàn)管段17上方設(shè)有溫度傳感器13、壓力傳感器14和壓差計(jì)15，左側(cè)與紐帶式螺旋流發(fā)生器19相連，下方及右側(cè)分別與分離器21通過(guò)管道相連；所述冷水浴二 20的一端與實(shí)驗(yàn)管段17連接，另一端在與分離器21連接的同時(shí)還與實(shí)驗(yàn)管段17和分離器21連接的管道相連；所述緩沖罐22的一端與冷卻箱4連接，另一端與分離器21連接。
[0021]實(shí)驗(yàn)用氣首先儲(chǔ)存在氣瓶2中，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，將氣瓶2開(kāi)關(guān)打開(kāi)，氣體隨管路進(jìn)入儲(chǔ)氣罐I中，實(shí)驗(yàn)中冷水浴一 6對(duì)冷卻箱4進(jìn)行降溫，使溫度降為I?5°C，冷卻箱4的水作為液相，液相經(jīng)過(guò)離心泵7進(jìn)入實(shí)驗(yàn)管段17，其中液體流量計(jì)8對(duì)液相速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；從儲(chǔ)氣罐I中過(guò)來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)冷卻箱4進(jìn)行降溫，然后由壓縮機(jī)9輸入微氣泡發(fā)生器12，過(guò)程中，氣體流量由氣體流量計(jì)10進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；微氣泡發(fā)生器12主要是由金屬微孔管構(gòu)成，金屬微孔管的直徑為20?40mm，長(zhǎng)度100?300mm，最小孔徑0.3um,開(kāi)孔率40-70%，其是由金屬粉末燒結(jié)而成的多孔材料，孔徑分布均勻、透氣好，機(jī)械強(qiáng)度高；管內(nèi)由離心泵7輸入的液相流體流過(guò)的剪切流把產(chǎn)生的氣泡帶走，并且產(chǎn)生的微氣泡對(duì)氣液兩相之間的接觸面積有很大的提高；為防止微氣泡發(fā)生器12產(chǎn)生氣泡發(fā)生聚并現(xiàn)象，在液相管路上液體流量計(jì)8之后設(shè)置一加藥口 11，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由加藥口 11添加表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)或者兩者的按一定比例混合的溶液等，可以防止微氣泡的聚并，并保持微氣泡的尺寸。此時(shí)由微氣泡組成的氣液兩相螺旋流經(jīng)過(guò)扭帶式螺旋流發(fā)生器19而形成氣液兩相螺旋流，螺旋流的形成進(jìn)一步提高兩相之間的接觸面積，為水合物或者水合物漿體的形成提供充足的條件。冷水浴二 20對(duì)實(shí)驗(yàn)管段17進(jìn)行降溫，使溫度控制在I?5°C，管內(nèi)溫度由溫度傳感器13實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；實(shí)驗(yàn)管段17后的閥門(mén)控制管段內(nèi)壓力，維持在2?4MPa，管內(nèi)壓力由壓力傳感器14實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。管段壓降由壓差計(jì)15進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)管段是由高硼硅玻璃管構(gòu)成的水平管段，長(zhǎng)度為2000-10000mm，內(nèi)徑為20_100mm。外部附有一層保溫層，并設(shè)置觀察視窗16。當(dāng)含有微氣泡的氣液兩相螺旋流通過(guò)低溫高壓的實(shí)驗(yàn)管段17時(shí)，水合物迅速在管道內(nèi)形成，管道內(nèi)水合物以漿體或者粉狀等形式向前流動(dòng)，通過(guò)觀察視窗16觀察水合物漿體的流動(dòng)規(guī)律。管道內(nèi)的水合物經(jīng)過(guò)管道出口進(jìn)入分離器21，分離器21含有觀察視窗16，并且由冷水浴二 20對(duì)其降溫，使其溫度控制在2?5°C，同時(shí)可觀測(cè)水合物的分解情況。水合物經(jīng)過(guò)分解之后變成氣體和水,氣體由氣相管路回到氣體儲(chǔ)存罐I，分理出的液體首先經(jīng)過(guò)緩沖罐22，最后進(jìn)入冷卻箱4，冷卻箱4配置有排泄口二 5o
[0022]在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)控制氣液兩相流速以及實(shí)驗(yàn)管段17的溫度和壓力，來(lái)控制和觀察氣體水合物的生成，微氣泡發(fā)生器12與表面活性劑共同促進(jìn)微氣泡的產(chǎn)生，并防止微氣泡的聚并，保證氣液兩相之間具有較大的接觸面積，使水合物漿體在管道內(nèi)快速生成。整套實(shí)驗(yàn)裝置操作方便，運(yùn)行費(fèi)用較低，滿(mǎn)足水合物漿體生成和流動(dòng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置，它包括氣液輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和水合物管道生成系統(tǒng)，其中，氣液輸送系統(tǒng)包括氣瓶(2 )、儲(chǔ)氣罐(I)、排泄口一( 3 )、離心泵(7 )、液體流量計(jì)(8)、壓縮機(jī)(9)、氣體流量計(jì)(10)、分離器(21)和緩沖罐(22);冷卻系統(tǒng)包括冷卻箱(4 )、排泄口二( 5 )、冷水浴一(6 )和冷水浴二( 20 );水合物管道生成系統(tǒng)包括加藥口( 11)、微氣泡發(fā)生器(12)、連接法蘭(18)、扭帶式螺旋流發(fā)生器(19)、溫度傳感器(13)、壓力傳感器(14)、壓差計(jì)(15)、觀察視窗(16)和實(shí)驗(yàn)管段(17)，其特征在于:所述儲(chǔ)氣罐(I)上設(shè)有排泄口一(3)，且分別與氣瓶(2)、分離器(21)和壓縮機(jī)(9)相連；所述冷卻箱(4)上設(shè)有排泄口二(5)，且與離心泵(7)相連；所述冷水浴一(6)上所設(shè)的管道經(jīng)過(guò)冷卻箱(4)并循環(huán)到冷水浴一(6);所述離心泵(7)與液體流量計(jì)(8)相連；所述微氣泡發(fā)生器(12)與液體流量計(jì)(8)通過(guò)管道連接，且在管道上設(shè)有加藥口(11)，并通過(guò)連接法蘭(18)與紐帶式螺旋流發(fā)生器(19)連接，且與壓縮機(jī)(9)通過(guò)氣體流量計(jì)(10)相連；所述實(shí)驗(yàn)管段(17)上方設(shè)有溫度傳感器(13)、壓力傳感器(14)和壓差計(jì)(15)，左側(cè)與紐帶式螺旋流發(fā)生器(19)相連，下方及右側(cè)分別與分離器(21)通過(guò)管道相連；所述冷水浴二(20)的一端與實(shí)驗(yàn)管段(17)連接，另一端在與分離器(21)連接的同時(shí)還與實(shí)驗(yàn)管段(17)和分離器(21)連接的管道相連；所述緩沖罐(22)的一端與冷卻箱(4)連接，另一端與分離器(21)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述儲(chǔ)氣罐(I)與壓縮機(jī)(9 )相連接的管道通過(guò)冷卻箱(4 )。
3.按權(quán)利要求1所述的一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述微氣泡發(fā)生器(12)主要由金屬微孔管構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求1所述的一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)管段(17)上設(shè)有觀察視窗(16)。
5.按權(quán)利要求1所述的一種管道式氣體水合物生成實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述所有部件間均是通過(guò)管道來(lái)連接，且均設(shè)有控制閥或開(kāi)關(guān)。
【文檔編號(hào)】B01J10/00GK103611478SQ201310561102
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】饒永超, 李建敏, 王淼, 王樹(shù)立, 周詩(shī)崠, 李恩田, 王蕾, 劉墨夫 申請(qǐng)人:常州大學(xué)