喷雾制取天然气水合物特性的实验研究.pdf

工程热物理年会 多相流 学术会议论文 编号：056077 喷雾制取天然气水合物特性的实验研究 潘云仙，刘道平，周文铸，胡汉华，徐新亚，杨群芳 上海理工大学动力工程学院，上海，200093 联系电话：021 dpliu@usst．edu∞ 摘要；本文通过实验研究揭示了喷雾制取天然气水合物所制各的水合物形态特征，以及 形成过程中系统压力的变化特征，以及系统初始压力和初始水温度对诱导时间的影响。 实验证明，喷雾强化方式可以制取天然气水合物浆液，并能非常有效的缩短水合物形成 的诱号时间，在先进气后喷雾运行方式下，喷雾可以引起系统压力有短暂的升高。 关键词t喷雾天然气水台物实验研究 中图法分类号：TK02 1．引言 天然气水合物(NGH)是由～种或几种烃类气体在在一定的温度和压力条件下和水 作用生成的一种非固定化学计量的笼型结晶化合物。以水合物方式对天然气进行储存有 以下优点：蓄能密度大，在标准状态下1m3 NGH可储存150～180m3的天然气；制备 各技术上避免了超低温的环节；水合物的热物理性比较稳定，储存安全：可有效地进行 NGH的再气化，采用简单的加热手段就可将固体状水台物直接转化成可使用的气态天 然气”’。因此，国内外学者普遍认为，天然气水合物储运技术有可能替代液化天然气技 术成为未来天然气大规模储运手段之一。 目前可以用于工业化应用的制备天然气水合物方式主要有三种：连续搅拌式，鼓泡 式和喷淋式口’1I，见图1。搅拌式是通过搅拌来扩大气液接触面积并加强散热；鼓泡法是 将气体分布到水中；喷雾法是将水分散到气体中，目的都是为了获得单位反应釜体积内 具有较大的气一水接触面积，提高水合反应速率。 囊 连续搅拌式 鼓泡式 喷淋式 图1用于制备气体水合物的三种方式 国家自然科学基金项上海市教委重点学科资助项目 134 气体水合物的形成由气体溶解、气体溶解、晶核生成和晶体生长等阶段，且伴随着 放热效应。为了明确水雾化与气体水合物形成气进行气一液直接接触水合过程的特点和 特性，本文利用自行设计的雾流强化水合物制备试验系统，以天然气作为气源，研究了 喷雾强化措施下的水合物制备所形成水合物的形态特征，考察在不同初始压力和温度条 件下水合物形成过程的压力变化特性和初始压力对水合物形成过程的影响，以及在该措 施下水合物形成的诱导时间等问题。 2．实验装置和试验步骤 2．1实验系统装置 雾流强化水合物制备试验系统装置由供气系统、喷雾水合物反应釜系统、控温系统、 测量装置(布置在反应釜4上，图中未标出)四个部分组成。如图2所示。 j 1天然气瓶2硅压阀3喷嘴4反应釜5柱塞泵6电加热罂 7循环水泵 8蒸发删蓄挎罐 9{}I冷系统10真空泵 图2实验系统示意图}4j 喷雾水合物反应釜系统：由反应釜，柱塞泵、喷嘴和连接管路组成。反应釜壳体材 实际采用泵流量为10L／h。反应釜为自行设计并委托专业厂生产制造。喷嘴位于反应釜 的顶盏上，可以根据试验需要进行更换。喷嘴采用hago产品，市场上采购。 供气系统：气瓶容器和天然气由上海隆申气体制造总厂提供；减压阀(上海减压器 总厂定制)，进口压力：15MPa，出口压力：O一6h但a可调。 控温系统：由制冷系统，冷媒水循环系统和加热器组成。冷媒水在套筒间流动，形 成包围反应釜内壁，构成恒温水浴。通过控制冷媒水温度来控制可以实现的反应釜温度。 铂热电阻Ptl00，精度1％，套筒材料为不锈钢，布置在反应