天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统及方法。系统包括全透明蓝宝石反应釜。反应釜、压模仓置于恒温室内，压模仓外壁安装控温夹套，控温夹套上安装仓体温度传感器。配有电动搅拌器的反应釜上安装釜体压力传感器和上、下温度传感器。反应釜外的相对两侧设有冷光源、高速相机。压模仓包括柱状仓体，仓体一端口安装密封盖，仓体另一端口活动安装活塞，仓体与密封盖、活塞一起形成密封腔体，活塞伸出仓体的端部与驱动电机连接，密封盖与反应釜之间连接有连通釜体内腔与密封腔体的管道且管道上安装开关控制阀。本发明专利技术实现了对天然气水合物合成与分解的原位模拟和可视化监测，并可实现对原位模拟的天然气水合物样品的制备。

Integrated system and method of gas hydrate in-situ simulation and pressing moulding

【技术实现步骤摘要】
天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统及方法
本专利技术涉及一种对天然气水合物进行原位模拟以及压模成型的一体化系统及方法，属于天然气水合物合成分解与制备

技术介绍
天然气水合物(又称为可燃冰)在自然界中分布广泛，不仅分布在北极地区的陆地沉积物中，也分布在世界大洋的大陆架和大陆坡以下的海洋沉积物中。在地球上大约有27％的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区，而在海洋中约有90％的面积也属于潜在区域。根据美国能源部发布的可燃冰资源潜力研究报告，预测全球可燃冰资源量为20万亿吨油当量，与“Kvenvolden公认值”大致相当。天然气水合物作为未来潜在的高效清洁能源，具有分布广、储量大、密度高、热值高等特点，有望打破传统能源结构，成为未来理想的替代能源。尽管天然气水合物作为未来能源潜力巨大，但是因地质条件和赋存形式的特殊性以及潜在的安全和环境问题等，天然气水合物的勘探开采和运输不同于常规的天然气资源。目前天然气水合物因其低温高压的存储特性，需要存储在液氮中或者高压低温存储装置中。天然气水合物含气量的准确测试、运输存储及其相应的经济效应评价是目前研究的热点。目前，用于天然气水合物分解、合成的装置种类较多，例如，专利号为ZL201310364274.4的中国专利技术专利“天然气水合物模拟实验装置”，该装置包括纵向反应设备和横向反应设备，新增了蓝宝石可视反应釜，可以直观观察天然气水合物的生成，以及有效模拟天然气水合物的合成和分解。但是，该装置与已有的天然气水合物分解、合成装置相似的，在模拟完合成、分解过程，并且获得一系列温度、压力分布、水合物饱和度变化等参数后，没有对模拟的天然气水合物进行保留，从而也就不能进一步地对此天然气水合物进行更深入的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统及方法，其实现了对天然气水合物合成与分解的原位模拟和可视化监测，并可通过压模仓实现对原位模拟的天然气水合物样品的制备。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统，其特征在于：它包括全透明蓝宝石反应釜以及与全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔连通的压模仓、供气设备、供液设备、气体采样设备和液体采样设备，其中：全透明蓝宝石反应釜、压模仓置于恒温室内，压模仓外壁安装有控温夹套，控温夹套上安装有仓体温度传感器；配设有电动搅拌器的全透明蓝宝石反应釜上安装有釜体压力传感器和上、下温度传感器，在全透明蓝宝石反应釜外的相对两侧分别设有冷光源、高速相机；压模仓包括柱状仓体，仓体的一端口安装有密封盖，仓体的另一端口活动安装有活塞，仓体与密封盖、活塞一起形成一个密封腔体，活塞伸出仓体的端部与驱动电机连接，密封盖与全透明蓝宝石反应釜之间连接有用于连通全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔与压模仓内形成的密封腔体的管道且管道上安装有开关控制阀。一种基于所述的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统实现的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化方法，其特征在于，它包括步骤：1)气密性检测，令所有阀门关闭；2)所述开关控制阀打开，令所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔与所述压模仓内的密封腔体连通，通过所述供气设备的出气装置对所述全透明蓝宝石反应釜和所述压模仓进行抽真空；3)开启所述供液设备，通过所述供液设备将反应溶液注入所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔内；4)通过所述供气设备的进气装置将天然气注入所述全透明蓝宝石反应釜并使所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔压力达到指定压力，其中：在注入天然气的同时，通过所述气体采样设备的进气采样装置采集合成前的初始天然气样本；5)启动所述电动搅拌器开始搅拌，当所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔压力不再降低后，停止所述电动搅拌器，通过所述液体采样设备采集釜体内腔中形成的天然气过饱和水溶液样本，然后启动所述恒温室，将所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔温度降至指定温度时，启动所述高速相机和所述冷光源，拍摄天然气水合物合成过程，其中：在天然气水合物合成的过程中，通过所述上、下温度传感器实时检测记录温度变化，以及通过所述釜体压力传感器实时检测记录压力变化，同时进行小剂量水样和小剂量气样采集；6)天然气水合物完成合成后，将所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔温度提升至预设分解温度时，再次启动所述高速相机和所述冷光源，拍摄天然气水合物分解过程，其中：在天然气水合物分解的过程中，通过所述上、下温度传感器实时检测记录温度变化，以及通过所述釜体压力传感器实时检测记录压力变化，同时进行小剂量水样和小剂量气样采集；7)天然气水合物完成分解后，启动所述电动搅拌器，当所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔压力不再降低后，停止所述电动搅拌器，釜体内腔中制备出天然气过饱和水溶液；8)打开所述开关控制阀，将天然气过饱和水溶液注入所述压模仓的密封腔体内，开启所述控温夹套，将所述压模仓内的温度降至指定温度后保持一段时间，然后启动所述驱动电机，令所述驱动电机带动所述活塞运动而使密封腔体体积减小，直至所述压模仓的密封腔体内压力升至指定压力时停止所述驱动电机，于是天然气水合物开始在所述压模仓内进行合成；9)天然气水合物完成合成后，继续缓慢推动所述活塞，将合成的天然气水合物压实，从而压制出柱状天然气水合物样品，泄压打开所述压模仓，将柱状天然气水合物样品取出放置在液氮中冷冻备用。本专利技术的优点是：本专利技术一方面借由促进剂或抑制剂的反应溶液设计，在原位模拟并可视化监测天然气水合物合成与分解过程的基础上，可获得温度、压力随时间的变化趋势以及通过多参数结合计算饱和度等一系列物化参数，为研究天然气水合物“记忆效应”的实效性提供了可靠的数据支持，另一方面，借由压模仓实现了对原位模拟的天然气水合物样品的制备，从而在充分了解原位模拟的天然气水合物样品的基础上，为天然气水合物存储及室内分析提供人工合成天然气水合物样品，并可继续对此天然气水合物样品进行更深入的研究与分析。附图说明图1是本专利技术天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统的组成示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统包括全透明蓝宝石反应釜10以及与全透明蓝宝石反应釜10的釜体内腔连通的压模仓70、供气设备、供液设备、气体采样设备和液体采样设备，供气设备用于向全透明蓝宝石反应釜10提供天然气并对釜体内腔压力进行控制，供液设备用于将反应溶液注入全透明蓝宝石反应釜10，其中：全透明蓝宝石反应釜10、压模仓70置于具有温度控制能力的恒温室60内，压模仓70外壁安装有对压模仓70内温度进行控制的控温夹套80，控温夹套80上安装有仓体温度传感器(图中未示出)，仓体温度传感器可置于控温夹套80与压模仓70外壁之间；配设有电动搅拌器11的全透明蓝宝石反应釜10上安装有用于采集天然气水合物合成与分解过程中的压力参数的釜体压力传感器12和用于采集天然气水合物合成与分解过程中的温度参数的上、下温度传感器13、14，上温度传感器13安装在釜体内腔上部，下温度传感器14安装在釜体内腔下部，另外，全透明蓝宝石反应釜10上还可安装有安全阀15，在全透明蓝宝石反应釜10外的相对两侧分别设有为拍摄提供照明光的冷光源22、用于宏观监测天然气水合物合成与分解全过程的高速相机21；压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统，其特征在于：它包括全透明蓝宝石反应釜以及与全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔连通的压模仓、供气设备、供液设备、气体采样设备和液体采样设备，其中：全透明蓝宝石反应釜、压模仓置于恒温室内，压模仓外壁安装有控温夹套，控温夹套上安装有仓体温度传感器；配设有电动搅拌器的全透明蓝宝石反应釜上安装有釜体压力传感器和上、下温度传感器，在全透明蓝宝石反应釜外的相对两侧分别设有冷光源、高速相机；压模仓包括柱状仓体，仓体的一端口安装有密封盖，仓体的另一端口活动安装有活塞，仓体与密封盖、活塞一起形成一个密封腔体，活塞伸出仓体的端部与驱动电机连接，密封盖与全透明蓝宝石反应釜之间连接有用于连通全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔与压模仓内形成的密封腔体的管道且管道上安装有开关控制阀。

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统，其特征在于：它包括全透明蓝宝石反应釜以及与全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔连通的压模仓、供气设备、供液设备、气体采样设备和液体采样设备，其中：全透明蓝宝石反应釜、压模仓置于恒温室内，压模仓外壁安装有控温夹套，控温夹套上安装有仓体温度传感器；配设有电动搅拌器的全透明蓝宝石反应釜上安装有釜体压力传感器和上、下温度传感器，在全透明蓝宝石反应釜外的相对两侧分别设有冷光源、高速相机；压模仓包括柱状仓体，仓体的一端口安装有密封盖，仓体的另一端口活动安装有活塞，仓体与密封盖、活塞一起形成一个密封腔体，活塞伸出仓体的端部与驱动电机连接，密封盖与全透明蓝宝石反应釜之间连接有用于连通全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔与压模仓内形成的密封腔体的管道且管道上安装有开关控制阀。2.如权利要求1所述的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统，其特征在于：所述供气设备包括进气装置和出气装置，其中：进气装置包括提供天然气的天然气钢瓶，天然气钢瓶经由管道依次通过第一闸阀、第二闸阀与气体增压泵的第一进气口连通，空气压缩机经由管道与气体增压泵的第二进气口连通，气体增压泵的出气口经由管道依次通过减压阀、进气开关阀与所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔连通；出气装置包括真空泵，真空泵经由管道依次通过真空缓冲容器、出气开关阀与所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔连通。3.如权利要求2所述的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统，其特征在于：所述气体采样设备包括进气采样装置和出气采样装置，其中：进气采样装置包括在所述气体增压泵的第一进气口处安装的进气压力传感器，以及所述第二闸阀与所述气体增压泵的第一进气口之间的管道所连通的进气采集阀；出气采样装置包括在所述出气开关阀的进气口处安装的出气压力传感器，以及与所述出气开关阀的进气口相连的管道所连通的出气采集阀。4.如权利要求1所述的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统，其特征在于：所述供液设备包括提供反应溶液的注液泵。5.如权利要求4所述的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统，其特征在于：所述液体采样设备包括与所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔连通的采液阀。6.如权利要求1至5中任一项所述的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统，其特征在于：所述全透明蓝宝石反应釜上安装有与釜体内腔连通的放空阀。7.一种基于权利要求1至6中任一项所述的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化系统实现的天然气水合物原位模拟和压模成型一体化方法，其特征在于，它包括步骤：1)气密性检测，令所有阀门关闭；2)所述开关控制阀打开，令所述全透明蓝宝石反应釜的釜体内腔与所述压模仓内的密封腔体连通，通过所述供气设备的出气装置对所述全透明蓝宝石反应釜和所述压模仓进行抽真空；3)开启所述供液...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄春华，沈斌，张小涛，许智超，杨佳佳，
申请(专利权)人：国家地质实验测试中心，
类型：发明
国别省市：北京,11