专利摘要

本申请公开一种爆炸式液态水雾化形成水合物设备。爆炸式液态水雾化形成水合物设备包括反应器、持水组件以及高压气体释放组件。反应器内部呈高压环境，且形成有互通的高温区和低温区。持水组件设于反应器内且连通高温区中。高压气体释放组件与持水组件连接，向持水组件释放出高压气体，以使得的持水组件中的液态水被雾化为液滴，且由高温区进入低温区。其中，高温区内的温度高于零摄氏度，低温区内的温度低于零摄氏度。

权利要求

1.一种爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，包括：

反应器，内部呈高压环境，且形成有互通的高温区和低温区；

持水组件，设于所述反应器内且连通所述高温区中；以及

高压气体释放组件，与所述持水组件连接，向所述持水组件释放出高压气体，以使得的所述持水组件中的液态水被雾化为液滴，且由所述高温区进入所述低温区；

其中，所述高温区内的温度高于零摄氏度，所述低温区内的温度低于零摄氏度。

2.根据权利要求1所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述反应器的壁面间隔配置有第一外部控温水夹套、第二外部控温水夹套以及第三外部控温水夹套；

所述第一外部控温水夹套的温度配置为高于零摄氏度，所述第二外部控温水夹套的温度配置为零摄氏度，所述第三外部控温水夹套的温度配置为低于零摄氏度；

所述第一外部控温水夹套和所述第二外部控温水夹套之间限定所述高温区，所述第三外部控温水夹套和所述第二外部控温水夹套之间限定所述低温区。

3.根据权利要求1所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述持水组件包括筒状结构、第一滤网、持水介质和第二滤网；

所述筒状结构设于所述反应器内，所述第一滤网、所述持水介质和所述第二滤网设于所述反应器内，且所述持水介质处于所述第一滤网和所述第二滤网之间；

所述筒状结构的一端与所述高压气体释放组件连接，所述筒状结构的另一端连通所述反应器的内部。

4.根据权利要求3所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述第一滤网位置可调地设于所述筒状结构中。

5.根据权利要求1所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述高压气体释放组件包括储气罐和电磁阀；

所述储气罐通过电磁阀连接所述持水组件。

6.根据权利要求1所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述反应器内配置有多个温度传感器，以测量高温区和所述低温区的温度。

7.根据权利要求1所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述反应器内配置有压力传感器。

8.根据权利要求1所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述反应器配置有透明观察视窗以及补光窗口。

9.根据权利要求8所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述爆炸式液态水雾化形成水合物设备还包括摄像机，对应所述透明观察视窗。

10.根据权利要求1所述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其特征在于，

所述爆炸式液态水雾化形成水合物设备还包括恒温箱；

所述反应器和高压气体释放组件设于所述恒温箱中。

说明书

技术领域

本申请涉及水合物技术领域，具体而言，涉及一种爆炸式液态水雾化形成水合物设备。

背景技术

天然气具有很高的能量密度，在经济发展及日常生活中广泛应用。目前，全世界范围内天然气区域性不均匀消耗正在迅速上升，因此急需高效的天然气储存及运输技术。液化天然气(LNG)是目前天然气运输中广泛采用的形式，但LNG需高压(20MPa)及低温(-162℃)条件，这意味着巨大能量消耗以及一些潜在的安全风险。近十年来，以水合物技术为基础的天然气运输及储存技术成为研究者关注的热点问题。

气体水合物是一种由水分子及气体分子在高压、低温条件下构成的化合物。在适当低温度及高压条件下，水分子经氢键键合作用形成具不同形状、尺寸的笼性结构，不同种类的气体分子被圈闭于此结构中，便形成气体水合物。天然气的大部分组分气体均可形成水合物，包括甲烷、二氧化碳、氢及其它具类似分子尺寸的气体，另外一些小分子烃类气体如新己烷(NH)、四氢呋喃(THF)及其它具类似分子尺寸的烃类气体也可形成水合物。

相对于天然气液化(LNG)，水合物形成所需的条件温和得多，如275.15K时，甲烷水合物形成所需压力为3.2MPa。因此，水合物技术对于天然气的运输与储存，更加经济且环境友好。另外，气体水合物的能量密度很高，1体积的水合物在标准条件下可以释放约170体积气体。但是，水合物成核过程具有随机性特征，且成核前会伴随一个长时间的诱导期。这意味着，一般情况下水合物的形成效率较低。当水合物形成后，水-气界面处形成的水合物会明显降低气体的渗透性，因此在水合物成核后的生长阶段，气体的物质传输能力会逐渐显著下降。这意味着，一般情况下水合物最终的能量存储能力较低。因此，虽然气体水合物在天然气存储与运输方面具有巨大潜力，但是采用一般方法形成水合物的过程中，存在的较慢形成效率及较低的最终能量存储能力等问题，限制了水合物技术的商业应用规模。

实用新型内容

本申请提供了一种爆炸式液态水雾化形成水合物设备，其能够提高水合物形成效率及液态水-水合物转化效率。

第一方面，本实用新型实施例提供一种爆炸式液态水雾化形成水合物设备，包括：

反应器，内部呈高压环境，且形成有互通的高温区和低温区；

持水组件，设于反应器内且连通高温区中；以及

高压气体释放组件，与持水组件连接，向持水组件释放出高压气体，以使得的持水组件中的液态水被雾化为液滴，且由高温区进入低温区；

其中，高温区内的温度高于零摄氏度，低温区内的温度低于零摄氏度。

上述实现的过程中，高压气体释放组件工作，向持水组件瞬间释放出高压气体，其爆炸式地将持水组件中的液体水雾化为液滴；被瞬间激发的液滴继续向前飞行，依次通过高温区和低温区；由于反应器内部为高压环境，液滴在经过高温区时，会瞬间完成水合物的成核过程；随后，飞行进入低温区，由于水合物已成核，故在低温区只会出现水合物生长现象而不出现液态水到冰的转化过程，因此水合物在低温区内会急速生长。同时，由于爆炸式雾化液态水的过程中，会形成数量巨大、尺寸微小的液滴，气/水接触面积大幅提升，水合物成核时的核子数量也随之大幅增加，最终水合物形成反应可在极短的时间(数秒或分钟)内完成，且保证了极高的液态水-水合物转化效率。进一步地，反应器内部形成有高、低两个温度区间，使反应器内部温度场沿轴线方向呈梯度式降低，这样可在反应器内部形成强烈的高压对流气体，将水合物成核、生长过程中释放的热量迅速扩散，大大提升转化速率。

在可选的实施方式中，反应器的壁面间隔配置有第一外部控温水夹套、第二外部控温水夹套以及第三外部控温水夹套；

第一外部控温水夹套的温度配置为高于零摄氏度，第二外部控温水夹套的温度配置为零摄氏度，第三外部控温水夹套的温度配置为低于零摄氏度；

第一外部控温水夹套和第二外部控温水夹套之间限定高温区，第三外部控温水夹套和第二外部控温水夹套之间限定低温区。

上述实现的过程中，通过在反应器的外壁设置第一外部控温水夹套、第二外部控温水夹套以及第三外部控温水夹套，以使得反应器的内部形成相互连通且各自独立的高温区域和低温区域，以为水合物的成核和生长提供温度条件；同时，第一外部控温水夹套、第二外部控温水夹套以及第三外部控温水夹套各自温度可调，能够适应于不同的水合物。

在可选的实施方式中，持水组件包括筒状结构、第一滤网、持水介质和第二滤网；

筒状结构设于反应器内，第一滤网、持水介质和第二滤网设于反应器内，且持水介质处于第一滤网和第二滤网之间；

筒状结构的一端与高压气体释放组件连接，筒状结构的另一端连通反应器的内部。

上述实现的过程中，持水介质用于储存液态水，其包括但不限于海绵、石英砂、玻璃珠、陶瓷粉等吸水性好的材料；第一滤网和第二滤网将持水介质固定，避免瞬间充入的高压气体将持水介质冲入反应器中，保证水合物反应的正常进行；同时瞬间充入的高压气体会因第一滤网和第二滤网的整流，利于持水介质中的液体水的雾化，利于数量巨大、尺寸微小的液滴的形成，提高了液态水-水合物转化效率。

在可选的实施方式中，第一滤网位置可调地设于筒状结构中。

上述实现的过程中，第一滤网位置可调，则调整与第二滤网的相对位置，从而能够适应不同尺寸的持水介质。

在可选的实施方式中，高压气体释放组件包括储气罐和电磁阀；

储气罐通过电磁阀连接持水组件。

上述实现的过程中，电磁阀瞬间开启，会将储气罐内的高压气体瞬间释放至持水组件中，即反应器内，爆炸式地将持水组件中的液体水雾化为数量巨大、尺寸微小的液滴，且使得液滴具有足够的动能，以飞入低温区中，保证水合物反应的正常进行。

在可选的实施方式中，反应器内配置有多个温度传感器，以测量高温区和低温区的温度。

上述实现的过程中，在反应器内配置多个温度传感器，及时地测量高温区和低温区的温度，保证反应器内水合物反应的正常进行；避免因温度不符合要求，而导致水合物反应失败的事情发生。

在可选的实施方式中，反应器内配置有压力传感器。

上述实现的过程中，压力传感器能够实时地监测反应器内的压力值，保证反应器中压力的正常，保证反应器内水合物反应的正常进行。

在可选的实施方式中，反应器配置有透明观察视窗以及补光窗口。

上述实现的过程中，操作人员可通过透明观察视窗监测反应器内水合物的形成过程，保证反应器内水合物反应的正常进行；同时补光窗口可将可见光引入反应器内，提高操作人员的观察范围和提高反应器内的可见度。

在可选的实施方式中，爆炸式液态水雾化形成水合物设备还包括摄像机，对应透明观察视窗。

上述实现的过程中，反应器的外部可架设摄像机，透过透明观察视窗，以全方位、多视角记录液态水爆炸式雾化及向水合物转化的全过程。

在可选的实施方式中，爆炸式液态水雾化形成水合物设备还包括恒温箱；

反应器和高压气体释放组件设于恒温箱中。

上述实现的过程中，将反应器和高压气体释放组件设于恒温箱中，确保水合物反应过程中反应系统的环境温度恒定，保证水合物反应的正常进行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实施例中爆炸式液态水雾化形成水合物设备的原理图；

图2为本实施例中反应器的剖视图；

图3为本实施例中持水组件的示意图；

图4为本实施例中反应器的俯视图。

图标：10-爆炸式液态水雾化形成水合物设备；11-反应器；12-持水组件；13-高压气体释放组件；14-高温区；15-低温区；16-第一外部控温水夹套；17-第二外部控温水夹套；18-第三外部控温水夹套；19-筒状结构；20-第一滤网；21-持水介质；22-第二滤网；23-储气罐；24-电磁阀；25-管线管径扩大器；26-温度传感器；27-压力传感器；28-透明观察视窗；29-补光窗口；30-恒温箱；31-排气口；32-手动排气阀。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

本实施例提供一种爆炸式液态水雾化形成水合物设备10，其能够提高水合物形成效率及液态水-水合物转化效率。

请参见图1-图4，图1为本实施例中爆炸式液态水雾化形成水合物设备10的原理图，图2为本实施例中反应器11的剖视图，图3为本实施例中持水组件12的示意图，图4为本实施例中反应器11的俯视图。

爆炸式液态水雾化形成水合物设备10包括反应器11、持水组件12以及高压气体释放组件13。反应器11内部呈高压环境，且形成有互通的高温区14和低温区15。持水组件12设于反应器11内且连通高温区14中。高压气体释放组件13与持水组件12连接，向持水组件12释放出高压气体，以使得的持水组件12中的液态水被雾化为液滴，且由高温区14进入低温区15。

其中，高温区14内的温度高于零摄氏度，低温区15内的温度低于零摄氏度。

上述实现的过程中，高压气体释放组件13工作，向持水组件12瞬间释放出高压气体，其爆炸式地将持水组件12中的液体水雾化为液滴；被瞬间激发的液滴继续向前飞行，依次通过高温区14和低温区15。由于反应器11内部为高压环境，液滴在经过高温区14时，会瞬间完成水合物的成核过程；随后，飞行进入低温区15，由于水合物已成核，故在低温区15只会出现水合物生长现象而不出现液态水到冰的转化过程，因此水合物在低温区15内会急速生长。同时，由于爆炸式雾化液态水的过程中，会形成数量巨大、尺寸微小的液滴(参见图1，图1以10a指示了液滴的范围)，气/水接触面积大幅提升，水合物成核时的核子数量也随之大幅增加，最终水合物形成反应可在极短的时间(数秒或分钟)内完成，且保证了极高的液态水-水合物转化效率。进一步地，反应器11内部形成有高、低两个温度区间，使反应器11内部温度场沿轴线方向呈梯度式降低，这样可在反应器11内部形成强烈的高压对流气体，将水合物成核、生长过程中释放的热量迅速扩散，大大提升转化速率。需要说明的是，反应器11的内部可提前冲入高压气体，形成高压环境，同时利于水合物的成核。

需要说明的是，高温区14的具体温度和反应器11内的具体压力数值，可根据试验数据进行调整，例如需生产甲烷水合物时，在一种可能形成的环境中，高温区14的温度可以为2摄氏度，反应器11的压力可以为3.2MPa。

本公开中，反应器11的壁面间隔配置有第一外部控温水夹套16、第二外部控温水夹套17以及第三外部控温水夹套18。第一外部控温水夹套16的温度配置为高于零摄氏度，第二外部控温水夹套17的温度配置为零摄氏度，第三外部控温水夹套18的温度配置为低于零摄氏度。第一外部控温水夹套16和第二外部控温水夹套17之间限定高温区14，第三外部控温水夹套18和第二外部控温水夹套17之间限定低温区15。

上述实现的过程中，通过在反应器11的外壁设置第一外部控温水夹套16、第二外部控温水夹套17以及第三外部控温水夹套18，以使得反应器11的内部形成相互连通且各自独立的高温区14和低温区15，为水合物的成核和生长提供温度条件；同时，需要说明的是，第二外部控温水夹套17的温度配置为零摄氏度，利于保证高温区14和低温区15的温度界定，保证高温区14和低温区15不相互干扰；进一步地，第一外部控温水夹套16、第二外部控温水夹套17以及第三外部控温水夹套18各自温度可调，能够适应于不同的水合物。需要说明的是，第一外部控温水夹套16、第二外部控温水夹套17以及第三外部控温水夹套18为反应器11之外的独立的温控设备，方便维修，降低了维护成本。

请参见图1、图3以及图4，可得知本公开中高温区14的长度较低温区15的长度短。水合物的成核时间短，在较短的高温区14中，水合物也能够完成成核过程，在较长的低温区15中能够利于水合物生长的效率，保证生成的水合物具有较高的能力存储；同时，高温区14和低温区15的长度应适应液滴的初始动能所能达到的距离。

本公开中，持水组件12包括筒状结构19、第一滤网20、持水介质21和第二滤网22。筒状结构19设于反应器11内，第一滤网20、持水介质21和第二滤网22设于反应器11内，且持水介质21处于第一滤网20和第二滤网22之间。筒状结构19的一端与高压气体释放组件13连接，筒状结构19的另一端连通反应器11的内部。

上述实现的过程中，持水介质21用于储存液态水，其包括但不限于海绵、石英砂、玻璃珠、陶瓷粉等吸水性好的材料；第一滤网20和第二滤网22将持水介质21固定，避免瞬间充入的高压气体将持水介质21冲入反应器11中，保证水合物反应的正常进行；同时瞬间充入的高压气体会因第一滤网20和第二滤网22的整流，利于持水介质21中的液体水的雾化，利于数量巨大、尺寸微小的液滴的形成，提高了液态水-水合物转化效率。需要说明的是，本实施例中，筒状结构19的两端开放，一端连接高压气体释放组件13，另一端连接第二滤网22，通过第二滤网22连通高温区14。

本公开中，第一滤网20位置可调地设于筒状结构19中。

上述实现的过程中，第一滤网20位置可调，则调整与第二滤网22的相对位置，从而能够适应不同尺寸的持水介质21。需要说明的是，本公开中，第一滤网20可滑动地设于筒状结构19中，由于不同持水介质21的密度不同，或者说由于水合物所需的液体水的含量不同，所需的持水介质21的尺寸则不同，为适应不同尺寸的持水介质21，可滑动第一滤网20，以调整第一滤网20和第二滤网22之间的距离。需要说明的是，在一种可能实现的实施方式中，第一滤网20在滑动至合适的位置后，可通过螺栓等固定结构固定于筒状结构19中，以避免高压气体作用于第一滤网20后，由于第一滤网20的偏移，对第一滤网20和持水介质21造成破坏。

参见图1，本公开中，高压气体释放组件13包括储气罐23和电磁阀24。储气罐23通过电磁阀24连接持水组件12。

上述实现的过程中，电磁阀24通过PID控制器控制，电磁阀24瞬间开启，会将储气罐23内的高压气体瞬间释放至持水组件12中，即反应器11内，爆炸式地将持水组件12中的液体水雾化为数量巨大、尺寸微小的液滴，且液滴的分散轨迹呈爆炸式的，气/水接触面积大幅提升，利于水合物成核。同时使得液滴具有足够的动能，以飞入低温区15中，保证水合物生长的正常进行。需要说明的是，参见图1，筒状结构19的一端配置有管线管径扩大器25，以与储气罐23连接。

本公开中，反应器11内配置有多个温度传感器26，以测量高温区14和低温区15的温度。

参见图2。

温度传感器26有八支，每两支为一组，在第一外部控温水夹套16和第二外部控温水夹套17之间设有一组温度传感器26，在第三外部控温水夹套18和第二外部控温水夹套17之间均匀间隔设有三组温度传感器26。

上述实现的过程中，在反应器11内配置多个温度传感器26，及时地测量高温区14和低温区15的温度，保证反应器11内水合物反应的正常进行；避免因温度不符合要求，而导致水合物反应失败的事情发生；同时，可根据温度传感器26反馈的温度数据，及时调整第一外部控温水夹套16、第二外部控温水夹套17以及第三外部控温水夹套18。

本公开中，反应器11内配置有压力传感器27。

参见图2。

压力传感器27有三支，三支压力传感器27间隔均匀地布置于反应器11。

压力传感器27能够实时地监测反应器11内的压力值，保证反应器11中压力的正常，保证反应器11内水合物反应的正常进行。

本公开中，反应器11配置有透明观察视窗28以及补光窗口29。

上述实现的过程中，操作人员可通过透明观察视窗28监测反应器11内水合物的形成过程，保证反应器11内水合物反应的正常进行；同时补光窗口29可将可见光引入反应器11内，提高操作人员的观察范围和提高反应器11内的可见度。

其中，在高温区14布置有一个透明观察视窗28，以便于观察水合物的成核过程，在低温区15布置有两个透明观察视窗28，以便于观察水合物的生长过程。

需要说明的是，在一种可能实现的实施方式中，爆炸式液态水雾化形成水合物设备10还包括摄像机，对应透明观察视窗28。

上述实现的过程中，反应器11的外部可架设摄像机，透过透明观察视窗28，以全方位、多视角记录液态水爆炸式雾化及向水合物转化的全过程。

需要说明的是，本公开中，在反应器11的末端还配置有透明观察视窗28，以便于从反应器11的末端观察水合物的生长过程。

参见图1，本公开中，爆炸式液态水雾化形成水合物设备10还包括恒温箱30。反应器11和高压气体释放组件13设于恒温箱30中。

上述实现的过程中，将反应器11和高压气体释放组件13设于恒温箱30中，确保水合物反应过程中反应系统的环境温度恒定，保证水合物反应的正常进行。

需要说的是，请参见图1，反应器11还可以配置排气口31和手动排气阀32，通过开启手动排气阀32，可将反应器11内的气体由排气口31排出。

需要说明的是，本公开描述的爆炸式液态水雾化形成水合物设备10较现有的水合物生成设备至少具有以下区别：

1、液态水不再固定于多孔介质内而形成水合物，通过高压气体的瞬间冲击，将持水介质21内含的液态水激发为数量巨大且尺寸微小的雾化小液滴，最终在持水介质21的外部完成水合物形成过程。

2、反应器11内温度场不再均匀，而是设置成独立的高温区14、低温区15，高温区14(零度以上)仅用于水合物的成核过程，而低温区15(零度以下)仅用于水合物的生长。

3、反应器11内部温度场整体上沿轴线方向呈梯度式分布，引起反应器11内部高压气体的强对流现象，将成核、生长反应释放的热量迅速扩散，进一步大幅提升水合物形成反应效率及最终的转化率。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

爆炸式液态水雾化形成水合物设备专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。