一种模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，包括反应系统，分别为反应系统提供气体、反应液的气体供应子系统、反应溶液供应子系统，从反应系统采集样品的样品采集子系统，设置于反应系统出口气液收集系统；气液收集系统与反应系统之间设置回压系统，回压系统为气液收集系统与反应系统之间提供压强差，控制反应后的气液收集。本装置可以同时模拟多种条件影响下的海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应，通过室内模拟甲烷在微生物作用下与水体中的阴阳离子发生系列地球化学反应过程及其产物对冷泉区环境改变控制因子有重要意义。便于更直观的了解不同环境条件对自生矿物生成速率的影响。

A Reaction Device for Simulating Autogenous Mineral Precipitation Caused by Anaerobic Oxidation of Methane in Seabed Cold Spring Area

The utility model discloses a reaction device which simulates the precipitation of authigenic minerals caused by the anaerobic oxidation of methane in the cold spring area on the sea floor, including a reaction system, which provides gas and liquid for the reaction system, a gas supply subsystem for the reaction system and a reaction solution supply subsystem, and a sample collection subsystem for collecting samples from the reaction system, which is set in the gas and liquid collection system at the outlet of the reaction system. A back pressure system is set up between the collection system and the reaction system. The back pressure system provides a pressure difference between the gas-liquid collection system and the reaction system to control the gas-liquid collection after the reaction. The device can simultaneously simulate the reaction of anaerobic oxidation of methane to precipitate authigenic minerals in the cold spring area under various conditions. The indoor simulation of a series of geochemical reactions of methane with anions and cations in water under the action of microorganisms and their products is of great significance to the control factors of environmental change in the cold spring area. It is convenient to understand the influence of different environmental conditions on the formation rate of authigenic minerals more intuitively.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置
本技术涉及海洋油气地球化学勘查
、海洋生物地球化学领域，尤其涉及模拟海底冷泉区生物地球化学过程导致自生碳酸盐岩形成的研究领域。
技术介绍
随着社会的不断进步，能源的紧缺和污染引起的气候变化与社会发展之间的矛盾不断升级，寻找一种新的清洁高效的能源迫在眉睫。天然气水合物是一种清洁高效的能源，被认为是21世纪的替代能源，受到各国高度关注。2017年在我国在南海开展天然气水合物试采并取得突破性成功，向天然气水合物商业化开发迈出重要一步。冷泉是一种由于海底沉积物中的甲烷从较深的层位迁移到沉积物表层，并排放到水体中的现象。通常，这种富含甲烷(偶尔伴随有其他烃类)和其他高浓度硫化氢的流体向海底渗出。当流体高度富集甲烷气体时，流体会因为压力和温度条件改变而沉淀形成天然气水合物。渗漏的甲烷在穿透岩层/沉积层缓慢地、持续地向海底表面渗漏过程中，与沉积物孔隙水中的硫酸根离子、硝酸根离子以及铁、锰等电子受体在微生物的作用下发生氧化还原反应。由于硫酸根离子是海底分布最广的电子受体，所以冷泉活动中最常见的反应是硫酸根还原-甲烷厌氧氧化作用(AOM)：CH4+SO42-→HCO3-+HS-+H2O该反应生成的碳酸氢根与孔隙水中的钙、镁离子结合生成自生碳酸盐岩。甲烷渗漏发生的系列生物地球化学过程将导致沉积物、孔隙水地球化学异常，这些异常正是我们识别下伏油气藏/天然气水合物地球化学勘查的理论基础，也可作为区域海洋生态环境(海洋酸化、缺氧)研究的参考，追溯古气候、古环境信息。甲烷是一种强烈的温室气体，其温室效应是二氧化碳的二十多倍，但是全球海洋每年只有极少量的甲烷气体排放到大气中，绝大部分都被甲烷厌氧氧化过程所消耗，形成冷泉自生碳酸盐岩从而固定下来，所以该过程对研究全球气候变化有重要意义。海底甲烷厌氧氧化过程导冷泉自生碳酸盐岩生成的十分漫长，可达数千年到几百万年，并且位于深海海底，难以对该过程进行完整的原位观测。甲烷厌氧氧化过程是一个复杂的生物地球化学过程，影响因素十分复杂，目前对其认识十分有限，有必要开展相关的室内实验模拟研究。
技术实现思路
鉴于以上问题，本技术提供一种模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，可以同时模拟多种条件影响下的海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应。为达到上述目的，采用以下技术方案：一种模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，包括反应系统；与所述反应系统连接，为所述反应系统提供气体的气体供应子系统；与所述反应系统连接，为所述反应系统提供反应溶液供给的反应溶液供应子系统；与所述反应系统取样口连接，从所述反应系统采集样品的样品采集子系统；还包括气液收集系统，所述气液收集系统连接于所述反应系统的出口端，所述气液收集系统与所述反应系统之间设置回压系统，所述回压系统为气液收集系统与所述反应系统之间提供压强差，控制反应后的气液收集。所述反应气体供应子系统包括甲烷、氮气、二氧化碳气源和它们各自的气体质量流量控制器及气体储罐，所述甲烷、氮气、二氧化碳气源及气体储罐通过带有控制阀的管线依次连通，所述气体储罐与所述反应系统通过带有气体质量流量控制器、单向阀及若干控制阀的管线连接。所述反应溶液供液子系统包括液体容器，所述液体容器为一端通过管线连接于蠕动泵，另一端通过管线连接于所述反应系统。所述反应系统包括放置在三个独立的高低温恒温箱内的三个完全相同的平行反应釜，所述每个反应釜上设置有前后两个可视窗口，所述反应釜侧面设置有若干液体取样口，所述若干液体取样口平均分布在不同高度上，所述反应釜侧面还设置有温度计及若干电导率传感器，所述气体供应子系统与所述反应溶液供液子系统分别通过带有控制阀的管线连通反应釜的上下两端。所述反应釜顶部还设置有安全阀及气体缓冲罐，所述气体缓冲罐通过带控制阀的管线分别连通于所述三个反应釜的顶部，可通过真空泵对反应釜8抽真空。所述反应釜为三个平行的可视化哈氏合金反应釜。所述气液收集系统包括气液分离器，所述气液分离器顶部通过带控制阀的管线连接气体流量计，所述气液分离器底部通过带控制阀的管线连接采出液计量系统。与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，1、可以同时模拟多种条件影响下的海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应，通过室内模拟甲烷在微生物作用下与水体中的阴阳离子发生系列地球化学反应过程及其产物对冷泉区环境改变控制因子有重要意义。2、采用将温度控制、流体压力控制、气体流量计量、水化学及微生物条件控制相结合，便于更直观的了解不同环境条件(如甲烷流速/微生物种类等)对自生矿物生成速率的影响。此外，该实验装置开展的实验研究，可以更好的认识生物地球化学反应过程、成岩作用及其在全球碳循环中的作用。附图说明图1为本技术模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置示意图。附图标记：A.1-真空泵，2-缓冲罐，3-安全阀，4-入口压力控制器，5、6、7-高低温恒温箱，8、9、10、15、16、17-调压阀，11-甲烷气瓶、12-氮气气瓶、13-二氧化碳气瓶，14、15、16-气体储罐，20、21、22-单向阀，23、24、25-液体储罐，26、27、28-蠕动泵，29、30、31-电导率传感器，32、33、34-哈氏合金可视反应釜，35、36、37-气体质量流量控制器，37、38、39-回压阀，38、39、40-气体流量计，41、42、43-气液分离器，44、45、46-采出液计量系统，47、48、49-甲烷报警器；B.压力表P1-P13；C.控制阀K1-K42。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术的内容做进一步详细说明。如图1所示，一种模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，包括气体供应子系统、反应溶液供液子系统、反应系统、回压系统及气液收集系统。气体供应子系统包括：甲烷气源、氮气气源、二氧化碳气源，每种气源各有4个压力表,分别为:甲烷气源设置压力表P2、P3、P4和P5，氮气气源设置压力表P6、P7、P8和P9,二氧化碳气源设置压力表P10、P11、P12和P13；每种气源各有4个控制阀门:甲烷气瓶高压进口阀k8，驱动气体进口控制阀k11、高压气体出口控制阀k14和减压阀出口控制阀k5；氮气气瓶高压进口控制阀k9，驱动气体进口控制阀k12、高压气体出口控制阀k15和减压阀出口控制阀k6；二氧化碳气瓶高压进口控制阀k7，驱动气体进口控制阀k7、高压气体出口控制阀k8和减压阀出口控制阀k5、每个气源各有2个调压阀:甲烷气瓶为调压阀8和17；氮气气瓶为调压阀9和18；二氧化碳气瓶为调压阀10和19。气瓶压力:压力表量程16MPa，精度为1.6％FS(满量程的1.6％)，出口压力即气体储罐压力:压力表量程60MPa，精度为1.6％FS(满量程的1.6％)；调压压力即调压阀出口压力:压力表量程60MPa，精度为1.6％FS(满量程的1.6％)；其中驱动气体与最终打出压力的气体的换算关系为：60×驱动气压＝最终打出来的压力。气体供应具体操作：打开甲烷、氮气、二氧化碳气源11、12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，其特征在于：包括反应系统；与所述反应系统连接，为所述反应系统提供气体的气体供应子系统；与所述反应系统连接，为所述反应系统提供反应溶液供给的反应溶液供应子系统；与所述反应系统取样口连接，从所述反应系统采集样品的样品采集子系统；还包括气液收集系统，所述气液收集系统连接于所述反应系统的出口端，所述气液收集系统与所述反应系统之间设置回压系统，所述回压系统为气液收集系统与所述反应系统之间提供压强差，控制反应后的气液收集。

【技术特征摘要】
1.一种模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，其特征在于：包括反应系统；与所述反应系统连接，为所述反应系统提供气体的气体供应子系统；与所述反应系统连接，为所述反应系统提供反应溶液供给的反应溶液供应子系统；与所述反应系统取样口连接，从所述反应系统采集样品的样品采集子系统；还包括气液收集系统，所述气液收集系统连接于所述反应系统的出口端，所述气液收集系统与所述反应系统之间设置回压系统，所述回压系统为气液收集系统与所述反应系统之间提供压强差，控制反应后的气液收集。2.根据权利要求1所述的模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，其特征在于：所述气体供应子系统包括甲烷、氮气、二氧化碳气源及各自对应的气体质量流量控制器及气体储罐，所述甲烷、氮气、二氧化碳气源分别与对应的气体储罐通过带有控制阀的管线依次连通，所述气体储罐与所述反应系统通过带有气体质量流量控制器、单向阀及控制阀的管线连接。3.根据权利要求1所述的模拟海底冷泉区甲烷厌氧氧化过程导致自生矿物沉淀的反应装置，其特征在于：所述反应溶液供液子系统包括液体容器，所述液体容器为一端通过管线连接于蠕动泵，另一端通过管线连接于所述反应系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶涛，刘丽华，邬黛黛，金光荣，张峰，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：新型
国别省市：广东,44