一种多功能气体水合物实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多功能气体水合物实验系统，包括反应釜单元、温度控制单元、压力控制单元、数据采集单元和监测单元。反应釜单元包括核心设备高压可视反应釜；温度控制单元由恒温水浴控制反应釜内的温度；压力控制单元向反应釜通入/排出气体或溶液并控制反应釜内的压力；数据采集单元采集以上各单元的数据并进行分析；监测单元通过多种不同的测试手段如气相色谱和拉曼光谱等对实验进行监测。该系统可实现气体水合物的快速、高效生成，并在线实时检测；可完成多种不同类型的实验(如：合成/分解/分离/置换)，具有较好的综合性和灵活性；可实现气体水合物研究的可视化和微观化，便于对气体水合物的相关机理进行研究。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能气体水合物实验系统
本专利技术涉及水合物实验领域，具体涉及到一种可用于气体水合物生成/分解/分离/置换的实验测试系统。
技术介绍
气体水合物是由水和小分子气体在高压低温环境下生成的非化学计量笼形晶体物质，主体分子通过氢键相连形成一些多面体的笼孔，从而尺寸合适的客体分子可填充在这些笼孔中，使其具有较好的热力学稳定性。其中，天然气水合物是指由水分子和碳氢气体分子组成的结晶化合物，由于在资源环境中的重要意义而引起世界上许多国家和研究机构的高度重视，已成为当代地球科学和能源领域的热点，其研究主要涉及能源开采、油气管道安全、海底地质灾害等方面。此外，气体水合物技术应用前景广阔，可用于混合气体分离(如CO2捕集)、天然气储运、海水淡化、蓄冷等领域，因此水合物技术的研究受到越来越多的关注。对气体水合物的研究离不开实验研究，而合理有效的实验系统是水合物实验研究的基础和关键。现有关于水合物实验系统的专利：公开号为CN101458245A的中国专利提出了一种便携式高压及气水合物实验装置，能够精确测量温度和压力并方便携带。授权公告号为CN201322747Y的中国专利提出了一种天然气水合物模拟实验用高压控制装置，具有结构简单、防爆、输出压力可调、升压速度可控、操作方便、性能可靠等特点，能实现天然气税额毫无模拟实验的快速进行。授权公告号为CN201603545U的中国专利提出了一种水合物实验装置，便于研究水合物相平衡及形成、分解动力学，具有压力高，控压精度高的特点，可进行恒压、恒容实验，读取、采集并保存温度、压力、电阻等实验数据，可直接观察反应状态。申请公布号为CN102141560A的中国专利提出了一种可视化气体水合物实验装置，不仅可以实现气体水合物快速高效生成，还能实现在线实时观测形成/分解过程中水合物的晶体结构。为天然气水合物的开采提供指导。申请公布号为CN105136626A的中国专利提出一种天然气水合物分解螺旋测试装置，可以全面模拟天然气水合物颗粒在不同流速、温度、压力、粒径条件下的分解情况。申请公布号为CN106442930A的中国专利提出了一种精确观测气体水合物诱导时间的装置和方法，可以克服通过温度压力变化得到诱导时间之后的不足，装置简单，便于操作，直观准确。以上关于气体水合物实验系统的专利大多是针对某一具体问题进行改进，取得了一定的突破，如便于携带、便于观察和精确测量等，但是随着水合物实验研究的发展，为了更好地满足研究要求，水合物实验系统需要具有更强的综合性和一定的灵活性，并实现实验研究的微观化和可视化，故现有实验系统有待发展与完善，亟需开发一种多功能气体水合物实验系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是适应水合物实验研究的发展趋势，提供一种多功能气体水合物实验系统。可实现气体水合物的快速、高效生成，并在线实时检测；可完成多种不同类型的实验(如：合成/分解/分离/置换)，具有较好的综合性和灵活性；可实现气体水合物研究的可视化和微观化，便于对气体水合物的相关机理进行研究。本专利技术提出的一种多功能气体水合物实验系统，包括由连接管路相连的反应釜单元、温度控制单元、压力控制单元、数据采集单元和监测单元，所述连接管路上设有阀门；所述反应釜单元包括反应釜和磁力搅拌器；所述温度控制单元包括与反应釜相连的恒温水浴，该单元控制反应釜内的温度；所述压力控制单元包括气体增压装置、液体增压装置、抽真空装置和排放装置，通过所述压力控制单元向反应釜内通入或排出气体或溶液，并控制反应釜内的压力；所述气体增压装置包括柱塞泵，所述柱塞泵的进口端通过管路依次连接有过滤器和第一水槽，所述柱塞泵的出口端通过一个三通与两条并联的管路相连，每条并联的管路上均依次连接第一活塞罐和第一缓冲罐，两个第一活塞罐还分别连接有一个气瓶，两个第一缓冲罐连接至一减压阀，所述减压阀通过第一流量传感器连接至所述反应釜；所述液体增压装置包括手动活塞泵，所述手动活塞泵连接有第二水槽，所述手动活塞泵还连接有第二活塞罐，所述第二活塞罐与所述反应釜相连；所述抽真空装置包括真空泵，所述真空泵连接有第二缓冲罐，所述第二缓冲罐连接至所述反应釜；所述排放装置包括设置在所述反应釜排出管路上的阀门；上述每个活塞罐、每个缓冲罐均设有压力表；所述数据采集单元包括数据采集仪、设置在所述反应釜上的温度传感器和压力传感器，与所述排放装置相连的第二流量传感器；所述温度传感器、压力传感器、第一流量传感器和第二流量传感器均连接至所述数据采集仪；所述数据采集单元采集所述温度控制单元和所述压力控制单元中的温度、压力和流量数据；所述监测单元包括与反应釜相连的气相色谱仪和拉曼光谱仪，所述监测单元用于监测反应釜内物质的微观结构或者动态的形态变化。与现有实验系统相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术实验系统可实现气体水合物的快速、高效生成，并在线实时监测；(2)本专利技术实验装置可完成多种不同类型的实验，如气体水合物合成/分解/分离/置换/实验等，具有较好的综合性和灵活性；(3)本专利技术实验系统可实现气体水合物研究的可视化和微观化，可直接观察气体水合物生长形貌的动态变化和晶体结构的变化等，便于对气体水合物机理进行研究。附图说明图1为本专利技术一种多功能气体水合物实验系统示意图。图中：1-反应釜2-磁力搅拌器3-恒温水浴4、5-气瓶6-柱塞泵7-过滤器8-第一水槽9-压力表10-安全阀11、12-第一活塞罐13、14-第一缓冲罐19-减压阀20-手动活塞泵21-第二水槽22-第二活塞罐24-真空泵25-第二缓冲罐54-数据采集仪55-温度传感器56-压力传感器57-第一流量传感器58-第二流量传感器59-气相色谱仪61-拉曼光谱仪具体实施方式下面结合附图1和具体实施例对本专利技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。如图1所示，本专利技术提出的一种多功能气体水合物实验系统，包括由连接管路相连的反应釜单元、温度控制单元、压力控制单元、数据采集单元和监测单元，所述连接管路上设有阀门。所述反应釜单元包括反应釜1和磁力搅拌器2。所述温度控制单元包括与反应釜1相连的恒温水浴3，该单元控制反应釜内的温度；所述压力控制单元包括气体增压装置、液体增压装置、抽真空装置和排放装置，通过所述压力控制单元向反应釜1内通入或排出气体或溶液，并控制反应釜1内的压力。所述气体增压装置包括柱塞泵6，所述柱塞泵6的进口端通过管路依次连接有过滤器7和第一水槽8，所述柱塞泵6的出口端通过一个三通与两条并联的管路相连，每条并联的管路上均依次连接第一活塞罐和第一缓冲罐，两个第一活塞罐还分别连接有一个气瓶，两个第一缓冲罐连接至一减压阀19，所述减压阀19通过第一流量传感器57连接至所述反应釜1，所述气体增压装置中设有多个控制阀门，如图1中附图标记27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42所示。所述液体增压装置包括手动活塞泵20，所述手动活塞泵20连接有第二水槽21，所述手动活塞泵20还连接有第二活塞罐22，所述第二活塞罐22与所述反应釜1相连。所述抽真空装置包括真空泵24，所述真空泵24连接有第二缓冲罐25，所述第二缓冲罐25连接至所述反应釜1。所述排放装置包括设置在所述反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能气体水合物实验系统，包括由连接管路相连的反应釜单元、温度控制单元、压力控制单元、数据采集单元和监测单元，所述连接管路上设有阀门；所述反应釜单元包括反应釜(1)和磁力搅拌器(2)；所述温度控制单元包括与反应釜(1)相连的恒温水浴(3)，该单元控制反应釜内的温度；所述压力控制单元包括气体增压装置、液体增压装置、抽真空装置和排放装置，通过所述压力控制单元向反应釜(1)内通入或排出气体或溶液，并控制反应釜(1)内的压力；所述气体增压装置包括柱塞泵(6)，所述柱塞泵(6)的进口端通过管路依次连接有过滤器(7)和第一水槽(8)，所述柱塞泵(6)的出口端通过一个三通与两条并联的管路相连，每条并联的管路上均依次连接第一活塞罐和第一缓冲罐，两个第一活塞罐还分别连接有一个气瓶，两个第一缓冲罐连接至一减压阀(19)，所述减压阀(19)通过第一流量传感器(57)连接至所述反应釜(1)；所述液体增压装置包括手动活塞泵(20)，所述手动活塞泵(20)连接有第二水槽(21)，所述手动活塞泵(20)还连接有第二活塞罐(22)，所述第二活塞罐(22)与所述反应釜(1)相连；所述抽真空装置包括真空泵(24)，所述真空泵(24)连接有第二缓冲罐(25)，所述第二缓冲罐(25)连接至所述反应釜(1)；所述排放装置包括设置在所述反应釜(1)排出管路上的阀门；上述每个活塞罐、每个缓冲罐均设有压力表；所述数据采集单元包括数据采集仪(54)、设置在所述反应釜(1)上的温度传感器(55)和压力传感器(56)，与所述排放装置相连的第二流量传感器(58)；所述温度传感器(55)、压力传感器(56)、第一流量传感器(57)和第二流量传感器(58)均连接至所述数据采集仪(54)；所述数据采集单元采集所述温度控制单元和所述压力控制单元中的温度、压力和流量数据；所述监测单元包括与反应釜(1)相连的气相色谱仪(59)和拉曼光谱仪(61)，所述监测单元用于监测反应釜内物质的微观结构或者动态的形态变化。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能气体水合物实验系统，包括由连接管路相连的反应釜单元、温度控制单元、压力控制单元、数据采集单元和监测单元，所述连接管路上设有阀门；所述反应釜单元包括反应釜(1)和磁力搅拌器(2)；所述温度控制单元包括与反应釜(1)相连的恒温水浴(3)，该单元控制反应釜内的温度；所述压力控制单元包括气体增压装置、液体增压装置、抽真空装置和排放装置，通过所述压力控制单元向反应釜(1)内通入或排出气体或溶液，并控制反应釜(1)内的压力；所述气体增压装置包括柱塞泵(6)，所述柱塞泵(6)的进口端通过管路依次连接有过滤器(7)和第一水槽(8)，所述柱塞泵(6)的出口端通过一个三通与两条并联的管路相连，每条并联的管路上均依次连接第一活塞罐和第一缓冲罐，两个第一活塞罐还分别连接有一个气瓶，两个第一缓冲罐连接至一减压阀(19)，所述减压阀(19)通过第一流量传感器(57)连接至所述反应釜(1)；所述液体增压装置包括手动活塞泵(20)，所述手动活塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊南，邓帅，赵力，张月，赵睿恺，李双俊，刘一楠，王雪颖，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12