本发明涉及水合物生成领域，更具体地，涉及一种丙烷水合物的生成系统以及生成方法。
背景技术：
水合物主要是在一定温度和压力下利用较易生成水合物的气体分子或液体与海水中的纯水生成水合物晶体。丙烷水合物的生成是比较温和的，近几年来对于丙烷水合物机理的研究也越来越受到重视。丙烷可以把水从多孔介质-沙子中提取出来，并在沙子上部生成丙烷水合物。
但影响水合物生成的因素很多，目前国内外研究者普遍做法是通过加入水合剂或者加入多孔介质来促进水合物的生成。然而，自然状态下的气体水合物的生成条件比较苛刻，生成速率缓慢，现实生活中并没有相应的生产装置或系统，并且水合物生成过程是个放热过程，需要外界提供冷量来降低温度维持水合物生成，所以水合物人工合成生时的能耗非常巨大。
因此，需要一种新型的丙烷水合物的生成系统或生成方法，能够解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种丙烷水合物的生成的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种丙烷水合物的生成系统，包括生成装置以及制冷装置，所述生成装置包括反应釜与丙烷气罐，所述丙烷气罐通过输送泵连通至所述反应釜，所述丙烷气罐与输送泵之间设置有减压阀以及气体流量计，所述输送泵连通至所述反应釜顶部，所述反应釜底部铺设有硅砂层，所述硅砂层浸没至环戊烷混合溶液中；所述制冷装置包括依次连接的lng储罐、lng泵、热交换器以及回收瓶，所述热交换器用于对lng进行气化变成天然气回收到所述回收瓶中。
通过本方案，利用lng本身的冷能对反应釜进行提供制冷量，大大降低了传统制冷过程中的能耗，降低了丙烷水合物的生成成本，适合工业生产使用。
优选地，所述反应釜顶部连通有集气瓶，所述集气瓶与所述反应釜之间设置有气体流量计。
通过本方案，集气瓶能够对反应釜中多余的丙烷气体进行回收，保持反应釜中的压力平衡。
优选地，所述反应釜内壁的底部设置有微肋结构，所述微肋结构的高度不低于所述硅砂层的厚度。
通过本方案，微肋结构能够成倍增加与硅砂层的接触面积，增大气液两相的接触面积，增加气体与硅砂层间的传热与传质，形成有利的成核结构，加速水合物成核，缩短诱导时间。
优选地，所述热交换器包括制冷箱，所述lng泵的输出管连通至所述制冷箱的制冷管中，所述制冷管盘绕至所述制冷箱中，所述制冷管连通至所述回收瓶，所述反应釜位于所述制冷箱中。
通过本方案，利用lng自身的大量冷能对制冷箱提供制冷量，从而达到对反应釜进行制冷的效果，制冷后通入回收瓶中进行回收。
优选地，所述反应釜上设置有监测装置，所述监测装置至少包括压力传感器以及温度传感器。
根据本发明的第二方面，提供一种采用上述丙烷水合物的生成系统的丙烷水合物的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将环戊烷与盐溶液混合形成环戊烷混合溶液，所述环戊烷混合溶液中环戊烷的摩尔质量百分比为1.0mol-5.0mol％；
步骤二：将所述环戊烷混合溶液注入反应釜中并使所述环戊烷混合溶液浸没反应釜的硅砂层，所述硅砂层的厚度为1.5-5.0cm，硅砂层中硅砂的粒径为100μm-500μm；
步骤三：打开减压阀和输送泵，使丙烷气体注入到反应釜内，直至反应釜内压力达到设定压力，该设定压力为0.5-2mpa；
步骤四：打开lng泵使lng通过制冷箱对反应釜提供制冷量，并实时监测反应釜内温度与压力，直至反应釜中温度与压力处于稳定范围内。
优选地，所述环戊烷混合溶液经过调配后，环戊烷的摩尔质量百分比为3.0mol％.
优选地，所述硅砂层的装填厚度为1.5cm，所述硅砂层所用硅砂的粒径大小为100μm。
根据本公开的一个实施例，使用本丙烷水合物的生成系统或生成方法，能够大大缩短丙烷水合物的诱导时间，提高气体吸收率，在一定时间内增加水合物的生成量；
本发明采用lng冷能作为冷源对反应釜提供制冷量，对比于传统的制冷方式，能够大大降低能耗，降低丙烷水合物的生成成本。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例一的丙烷水合物的生成系统结构示意图。
图2是图1的丙烷水合物的生成系统的反应釜中微肋结构的位置示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
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讨论。
实施例一
如图1至图2所示，本实施例中的丙烷水合物的生成系统，包括生成装置以及制冷装置，所述生成装置包括反应釜1与丙烷气罐111，所述丙烷气罐111通过输送泵114连通至所述反应釜1，所述丙烷气罐111与输送泵114之间设置有减压阀112以及气体流量计113，所述输送泵114连通至所述反应釜1顶部，所述反应釜1底部铺设有硅砂层12，所述硅砂层12浸没至环戊烷混合溶液中；所述制冷装置包括依次连接的lng储罐131、lng泵132、热交换器133以及回收瓶134，所述热交换器133用于对lng进行气化变成天然气回收到所述回收瓶134。
通过本实施例该方案，利用lng自身冷能作为冷源对反应釜提供制冷量，大大降低了传统制冷过程中的能耗，降低了丙烷水合物的生成成本，适合工业生产使用。
在本实施例或其他实施例中，所述反应釜1顶部连通有集气瓶121，所述集气瓶121与所述反应釜1之间设置有气体流量计122。集气瓶121能够对反应釜1中多余的丙烷气体进行回收，保持反应釜1中的压力平衡。
在本实施例或其他实施例中，所述反应釜1内壁的底部设置有微肋结构11，所述微肋结构11的高度不低于所述硅砂层12的厚度。微肋结构11能够成倍增加与硅砂层12的接触面积，增大气液两相的接触面积，增加气体与硅砂层间的传热与传质，形成有利的成核结构，加速水合物成核，缩短诱导时间。
该实施例中的微肋结构11环绕反应釜1的内壁并布满反应釜1的内壁布置，微肋结构11的横截面为波浪形状，即在反应釜1的内壁均匀交替布置有若干环状的凸起和凹槽，其中凸起和凹槽的宽度均大于硅砂层12中硅砂的粒径。
在本实施例或其他实施例中，所述热交换器133包括制冷箱135，所述lng泵132的输出管连通至所述制冷箱135的制冷管(图中未示出)中，所述制冷管盘绕至所述制冷箱135中，所述制冷管连通至所述回收瓶134，所述反应釜1位于所述制冷箱135中。利用lng自身的大量冷能对制冷箱135提供制冷量，从而达到对反应釜1进行制冷的效果，制冷后通入回收瓶134中进行回收。该制冷箱135例如是水浴箱或者水浴夹套，利用水作为媒介进行制冷，由于水的比热容较大，能够大大提高对冷能的利用率，且有助于保持温度的恒定。
在其他实施例中，所述热交换器133包括汽化器与制冷箱，所述汽化器的两端分别连通至所述lng泵132与所述回收瓶134，所述汽化器连接至所述制冷箱，利用汽化器气化lng变成天然气回收至回收瓶中，将反应釜1放置于所述制冷箱中，从而达到对反应釜制冷的效果。通入lng能够释放大量的冷能，从而达到更佳的制冷效果。
在其他实施例中，该制冷箱还可以是水浴夹套，在反应釜1外围加上水浴夹套，通过lng泵通入lng，利用lng冷能对反应釜提供制冷量，从而达到对反应釜1进行制冷的效果。
该实施例中的回收瓶134用于收集气化后的天然气，也可以将气化后的天然气直接连接至民用天然气管道中。
在本实施例或其他实施例中，所述反应釜1上设置有监测装置151，所述监测装置151至少包括压力传感器以及温度传感器(图中均为示出)。
该事实中的监测装置151还包括数据处理装置(图中未示出)，该数据处理装置将压力传感器以及温度传感器所采集的数据进行处理，以转换成可读数据并将之显示。该数据处理装置例如是微型计算机、手机或者工控机等具备数据处理能力的设备。
根据本实施例，使用本丙烷水合物的生成系统或生成方法，能够大大缩短丙烷水合物的诱导时间，提高气体吸收率，在一定时间内增加水合物的生成量。
实施例二
根据本发明的第二方面，提供一种采用上述丙烷水合物的生成系统的丙烷水合物的生成方法，包括如下步骤：
步骤一：将环戊烷与盐溶液混合形成环戊烷混合溶液，所述环戊烷混合溶液中环戊烷的摩尔质量百分比为1.0mol-5.0mol％；
步骤二：将所述环戊烷混合溶液注入反应釜中并使所述环戊烷混合溶液刚好浸没反应釜的硅砂层，即环戊烷混合溶液的高度与硅砂层的厚度一致，所述硅砂层的厚度为1.5-5.0cm，硅砂层中硅砂的粒径为100μm-500μm；
在该步骤中，需要将反应釜预先抽空，再将环戊烷混合溶液注入至反应釜内，避免反应釜中其他气体杂质的存在影响水合物的形成。
步骤三：打开减压阀和输送泵，使丙烷气体注入到反应釜内，直至反应釜内压力达到设定压力，该设定压力为0.5-2mpa；
步骤四：打开lng泵使lng通过制冷箱对反应釜进行制冷处理，并实时监测反应釜内温度与压力，保持温度范围在2-5℃，直至反应釜中温度与压力稳定至生成范围内，丙烷水合物生成完成。
其中，步骤一种的盐溶液为氯化钠溶液，在调配过程中，将环戊烷加入到3wt％的盐溶液中进行充分混合，得到环戊烷的摩尔质量百分比为1.0mol-5.0mol％的环戊烷混合溶液。
在该实施例中，环戊烷是一种很好的水合物促进剂，不溶于水，可以在冰点以上的大气压下生成水合物，所需的生成条件容易到达，并且丙烷水合物生成过程加入环戊烷使水合物相平衡条件向低压和高温方向移动。硅砂的存在，增大了气体和水分子的接触，在水合物生成中水分子分散在硅砂颗粒孔隙之间，从而促进水在硅砂中的迁移和毛细运动，加快水合物的成核。由于硅砂颗粒的孔隙直径较小，较小的颗粒具有较大的边缘和表面，因此将提供更多的位置进一步促进水合物成核，缩短诱导时间。
实施例三
在本实施例中，所述硅砂层的装填厚度为1.5cm，所述硅砂层所用硅砂的粒径大小为100μm。所述环戊烷混合溶液经过调配后，环戊烷的摩尔质量百分比为1.0mol％、3.0mol％、5.0mol％，通过实验对比，环戊烷的摩尔质量百分比对丙烷水合物的形成影响如下表所示：
表1：环戊烷的摩尔质量百分比对丙烷水合物的形成影响
由表1可见：在保持其他参数不变的情况下，当环戊烷的摩尔质量百分比在3.0mol％时，诱导时间最短，气体吸收率最佳。环戊烷的摩尔质量1mol％时，水合物诱导时间较长，气体的吸收率较低，无法得到适合实验的水合物晶体，生成的水合物晶体不够多。当环戊烷摩尔质量5mol％时，水合物晶体会集聚，形成近似固相的浆液，阻碍了水合物的进一步生成，水合物生成量有所下降。
实施例四
在本实施例中，所述环戊烷混合溶液经过调配后，环戊烷的摩尔质量百分比为3.0mol％，所述硅砂层所用硅砂的粒径大小为6μm。在所述硅砂层的装填厚度为分别为1.5cm、3.5cm、5cm时，对丙烷水合物的形成影响如下表所示：
表2：硅砂层的装填厚度对丙烷水合物的形成影响
由表2可见：在保持其他参数不变的情况下，当硅砂层的厚度在1.5cm时，诱导时间最短，气体吸收率最佳，分散在硅砂间的水被吸入到气相到水合物生长区域，可以加速水合物成核，加快水合物的生长，有大量水合物生成。而装填厚度为3.0cm和5.0cm时，分散在较低深度硅砂中的水分子不参与水合物的生成，水合物生成量并没有很大幅度增加；而硅砂层的厚度小于1.5cm时，由于分散在硅砂间的水较少，水合物生成量较少，无法满足大规模生产所需。
实施例五
在本实施例中，所述环戊烷混合溶液经过调配后，环戊烷的摩尔质量百分比为3.0mol％，所述硅砂层的装填厚度为分别为1.5cm，在所述硅砂层所用硅砂的粒径大小为50μm、100μm、300μm、500μm时，对丙烷水合物的形成影响如下表所示：
表3：硅砂层所用硅砂的粒径对丙烷水合物的形成影响
由表3可见：在保持其他参数不变的情况下，当硅砂层中所用硅砂的粒径在100μm时，诱导时间最短，气体吸收率最佳，硅砂颗粒的孔隙直径较小，较小的颗粒具有较大的边缘和表面，进一步增加气相和液相的表面接触面积，因此将提供更多的位置进一步促进水合物成核，缩短诱导时间。
随着硅砂粒径的增大，气相和液相的表面接触面积减小，水合物成核所需位置减少，因此诱导时间变长。而随着粒径小于100μm，由于硅砂颗粒之间缝隙过小，气体及溶液无法有效完全渗透至硅砂层中，因此对诱导时间和气体吸收率均有所影响。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
1.一种丙烷水合物的生成系统，包括生成装置以及制冷装置，其特征在于，所述生成装置包括反应釜与丙烷气罐，所述丙烷气罐通过输送泵连通至所述反应釜，所述丙烷气罐与输送泵之间设置有减压阀以及气体流量计，所述输送泵连通至所述反应釜顶部，所述反应釜底部铺设有硅砂层，所述硅砂层浸没至环戊烷混合溶液中；所述制冷装置包括依次连接的lng储罐、lng泵、热交换器以及回收瓶，所述热交换器用于对lng进行气化变成天然气回收到所述回收瓶中。
2.根据权利要求1所述的丙烷水合物的生成系统，其特征在于，所述反应釜顶部连通有集气瓶，所述集气瓶与所述反应釜之间设置有气体流量计。
3.根据权利要求2所述的丙烷水合物的生成系统，其特征在于，所述反应釜内壁的底部设置有微肋结构，所述微肋结构的高度不低于所述硅砂层的厚度。
4.根据权利要求3所述的丙烷水合物的生成系统，其特征在于，所述热交换器包括制冷箱，所述lng泵的输出管连通至所述制冷箱的制冷管中，所述制冷管盘绕至所述制冷箱中，所述制冷管连通至所述回收瓶，所述反应釜位于所述制冷箱中。
5.根据权利要求1所述的丙烷水合物的生成系统，其特征在于，所述反应釜上设置有监测装置，所述监测装置至少包括压力传感器以及温度传感器。
6.一种采用权利要求1至5所述丙烷水合物的生成系统的丙烷水合物的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将环戊烷与盐溶液混合形成环戊烷混合溶液，所述环戊烷混合溶液中环戊烷的摩尔质量百分比为1.0mol-5.0mol％；
步骤二：将所述环戊烷混合溶液注入反应釜中并使所述环戊烷混合溶液刚好浸没在反应釜的硅砂层上，所述硅砂层的厚度为1.5-5.0cm，硅砂层中硅砂的粒径为100μm-500μm；
步骤三：打开减压阀和输送泵，使丙烷气体注入到反应釜内，直至反应釜内压力达到设定压力，该设定压力为0.5-2mpa；
步骤四：打开lng泵使lng通过制冷箱对反应釜提供制冷量，并实时监测反应釜内温度与压力，直至反应釜中温度与压力处于稳定范围内。
7.根据权利要求5所述的丙烷水合物的生成方法，其特征在于，所述环戊烷混合溶液经过调配后，环戊烷的摩尔质量百分比为3.0mol％。
8.根据权利要求5所述的丙烷水合物的生成方法，其特征在于，所述硅砂层的装填厚度为1.5cm，所述硅砂层所用硅砂的粒径大小为100μm。
技术总结