用于研究气体水合物相变规律的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及天然气水合物应用领域，公开了一种用于研究气体水合物相变规律的系统及方法，该系统包括供应机构、水合物生成机构和传感分析机构，所述供应机构连接所述水合物生成机构以向所述水合物生成机构供应用于生成水合物的气体和液体，所述水合物生成机构配置为其用于容纳所述气体和所述液体的场所的压力和温度可调，以使所述气体和所述液体能够发生反应生成水合物，所述传感分析机构连接所述水合物生成机构以对所述水合物生成机构中所发生的反应过程进行监测。本申请提供的系统能够对水合物的相变过程进行监测，从而研究水合物的相变规律，为安全、高效地开展涉及水合物相变的生产作业提供理论支持与优化设计依据。

System and Method for Studying Phase Transition Law of Gas Hydrate

【技术实现步骤摘要】
用于研究气体水合物相变规律的系统及方法
本专利技术涉及天然气水合物应用领域，具体地涉及一种用于研究气体水合物相变规律的系统及其使用方法。
技术介绍
天然气水合物是一种重要的可替代清洁能源，具有能量密度高、储量巨大、燃烧后污染小等特点，广泛分布于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。同常规化石能源相比，天然气水合物的稳定赋存需要低温、高压条件，且其在有限的孔隙空间内会发生气-液-固之间的相态转化，使对应的多相流动更加复杂，严重时会引发包括井筒堵塞、井喷井涌、地层坍塌、海底滑坡等灾害。因此，有必要对水合物在不同工况下的相平衡及多相流动规律展开深入了解。目前已有的研究主要以单组分气体为研究对象，且多采用宏观尺度的实验模拟方法。由于真实赋存于自然界的天然气水合物并不是某种纯净的单一组分气体，各种气体组分之间会由于气体分子的极性、尺寸等属性而具备不同的水合物相变特征，且可能随着气体组分、比例的不同，各组分之间相互影响的规律也会发生变化。同时，宏观尺度的实验模拟方法通常适用于宏观规律探索与拟合，但难以解释宏观规律背后起到诱发作用的微观机理。因此，有必要设计一种针对多组分气体为研究对象的装置，研究不同条件下多组分气体的水合物生成/分解优先性、不同气体组分分布规律、不同气体水合物颗粒分布规律、气体组分相互之间对各自水合物相变的促进/妨碍规律，为安全、高效地开展涉及水合物相变的生产作业提供理论支持与优化设计依据。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的没有适当的系统或者装置研究水合物的相变规律的问题，提供一种用于研究气体水合物相变规律的系统。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种用于研究气体水合物相变规律的系统，该系统包括供应机构、水合物生成机构和传感分析机构，所述供应机构连接所述水合物生成机构以向所述水合物生成机构供应用于生成水合物的气体和液体，所述水合物生成机构配置为其用于容纳所述气体和所述液体的场所的压力和温度可调，以使所述气体和所述液体能够发生反应生成水合物，所述传感分析机构连接所述水合物生成机构以对所述水合物生成机构中所发生的反应过程进行监测。优选地，所述水合物生成机构包括透明的反应容器和位于所述反应容器中的活塞，所述反应容器和所述活塞构成反应腔室，所述反应腔室连通所述供应机构，所述活塞能够在所述反应容器中移动以改变所述反应腔室的容积和压力，所述反应容器中设置有磁力旋转搅拌球，所述水合物生成机构包括用于支撑并带动所述反应容器发生旋转的旋转单元，以使所述磁力旋转搅拌球在所述反应腔室中运动。优选地，所述传感分析机构包括力学传感器、压力传感器和温度传感器，所述力学传感器设置在所述活塞的活塞面上以及所述反应容器的与所述活塞面相对的端面上，所述压力传感器用于监测所述反应腔室中的压力，所述温度传感器用于监测所述反应腔室中的温度。优选地，所述传感分析机构包括红外单元、热导单元和核磁共振单元，所述红外单元包括用于照射所述反应腔室的红外光源和连接所述红外光源的红外气体分析仪，所述活塞上设置有用于配合所述红外光源的发射板；所述热导单元包括伸入所述反应腔室中的热敏探头和连接所述热敏探头的热导式气体分析仪；所述核磁共振单元包括包覆所述反应容器的核磁共振监测容器和连接所述核磁共振监测容器的核磁共振元素分析仪，所述核磁共振监测容器用于监测所述反应腔体中利用同位素标记法所标记的同位素，所述核磁共振元素分析仪用于分析所述核磁共振监测容器的监测结果。优选地，所述供应机构包括气体储存容器、气体混合容器、溶液储存容器和泵件，多个所述气体储存容器连接所述气体混合容器且每个所述气体储存容器仅储存同种气体，以使不同的气体能够在所述气体混合容器中呈比例地混合，所述气体混合容器和所述溶液储存容器分别连接所述泵件以通过所述泵件向所述水合物生成机构分别供应气体和液体。优选地，所述系统包括微观观察机构，所述微观观察机构连接所述水合物生成机构以使所述水合物生成机构中反应生成的混合流体进入所述微观观察机构，其中，所述微观观察机构包括用于进行微观观察的显微镜和连接所述水合物生成机构的透明的装载片，所述装载片用于容纳所述混合流体。优选地，所述微观观察机构的下游依次连接有气液分离装置和气相色谱仪，所述气相色谱仪用于接收所述气液分离装置分离出的气体并对所述气体进行分析。本专利技术第二方面提供一种用于研究气体水合物相变规律的方法，该方法利用如上所述的用于研究多组分气体水合物相变规律的系统，该方法包括：S1：利用所述供应机构向所述水合物生成机构供应液体和气体；S2：调节所述水合物生成机构的压力和温度，以使得所述液体和所述气体在所述水合物生成机构中发生形成水合物的反应，利用所述传感分析机构监测形成水合物的反应过程，并对监测数据进行分析。优选地，步骤S1包括以下步骤：S11：通过控制所述供应机构的各个气体储存容器向所述供应机构的气体混合容器通入气体的量，来控制所述气体混合容器中各组分气体的比例，通过泵件将所述供应机构的溶液池中的溶液充满所述水合物生成机构中的反应腔室以排出所述反应腔室中的气体；S12：通过所述泵件将所述气体混合容器中的气体通入所述反应腔室，从而排出所述反应腔室中的部分液体；步骤S2中，封闭所述水合物生成机构中的反应腔室，通过压力传感器监测所述反应腔室的压力，并通过移动所述水合物生成机构的反应容器中的活塞使得所述反应腔室中的压力保持恒定，以使所述反应腔室中的气体和液体能够发生反应形成水合物。优选地，在步骤S11中，对所述气体储存容器中的气体和/或所述溶液池中的液体进行同位素标记；在步骤S2中，利用所述传感分析机构的核磁共振监测容器监测所述反应腔室中的被同位素标记法所标记的同位素，并通过所述传感分析机构的核磁共振元素分析仪对所述核磁共振监测容器得到的监测结果进行分析。通过上述技术方案，利用本申请提供的用于研究气体水合物相变规律的系统，首先通过供应机构向水合物生成机构供应用于生成水合物的气体和液体，然后封闭水合物生成机构并调节水合物生成机构的压力和温度，使得水合物生成机构的压力和温度适于液体和气体发生反应形成水合物，通过传感分析机构监测在发生反应的过程中水合物生成机构中的各项参数，从而能够利用传感分析机构得到的各项参数研究水合物的相变规律。附图说明图1是根据本专利技术优选实施方式的用于研究气体水合物相变规律的系统的示意图。附图标记说明101-反应容器102-旋转单元103-电机104-螺旋丝扣压缩泵105-活塞106-磁力旋转搅拌球107-装载片201-红外光源202-热敏探头203-核磁共振监测容器204-力学传感器205-压力传感器206-温度传感器207-显微镜208-光源301-红外气体分析仪302-热导气体分析仪303-核磁共振元素分析仪304-气相色谱仪401-气体储存容器402-气体混合容器403-溶液池404-泵件405-第一回压阀406-第二回压阀407-气液分离装置408-气体回收气囊具体实施方式本申请提供一种用于研究气体水合物相变规律的系统，该系统包括供应机构、水合物生成机构和传感分析机构，所述供应机构连接所述水合物生成机构以向所述水合物生成机构供应用于生成水合物的气体和液体，所述水合物生成机构配置为其用于容纳所述气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于研究气体水合物相变规律的系统，其特征在于，该系统包括供应机构、水合物生成机构和传感分析机构，所述供应机构连接所述水合物生成机构以向所述水合物生成机构供应用于生成水合物的气体和液体，所述水合物生成机构配置为其用于容纳所述气体和所述液体的场所的压力和温度可调，以使所述气体和所述液体能够发生反应生成水合物，所述传感分析机构连接所述水合物生成机构以对所述水合物生成机构中所发生的反应过程进行监测。

【技术特征摘要】
1.一种用于研究气体水合物相变规律的系统，其特征在于，该系统包括供应机构、水合物生成机构和传感分析机构，所述供应机构连接所述水合物生成机构以向所述水合物生成机构供应用于生成水合物的气体和液体，所述水合物生成机构配置为其用于容纳所述气体和所述液体的场所的压力和温度可调，以使所述气体和所述液体能够发生反应生成水合物，所述传感分析机构连接所述水合物生成机构以对所述水合物生成机构中所发生的反应过程进行监测。2.根据权利要求1所述的用于研究气体水合物相变规律的系统，其特征在于，所述水合物生成机构包括透明的反应容器(101)和位于所述反应容器(101)中的活塞(105)，所述反应容器(101)和所述活塞(105)构成反应腔室，所述反应腔室连通所述供应机构，所述活塞(105)能够在所述反应容器(101)中移动以改变所述反应腔室的容积和压力，所述反应容器(101)中设置有磁力旋转搅拌球(106)，所述水合物生成机构包括用于支撑并带动所述反应容器发生旋转的旋转单元(102)，以使所述磁力旋转搅拌球(106)在所述反应腔室中运动。3.根据权利要求2所述的用于研究气体水合物相变规律的系统，其特征在于，所述传感分析机构包括力学传感器(204)、压力传感器(204)和温度传感器(206)，所述力学传感器(204)设置在所述活塞(105)的活塞面上以及所述反应容器(101)的与所述活塞面相对的端面上，所述压力传感器(205)用于监测所述反应腔室中的压力，所述温度传感器(206)用于监测所述反应腔室中的温度。4.根据权利要求2所述的用于研究气体水合物相变规律的系统，其特征在于，所述传感分析机构包括红外单元、热导单元和核磁共振单元，所述红外单元包括用于照射所述反应腔室的红外光源(201)和连接所述红外光源(201)的红外气体分析仪(301)，所述活塞(105)上设置有用于配合所述红外光源(201)的发射板；所述热导单元包括伸入所述反应腔室中的热敏探头(202)和连接所述热敏探头(202)的热导式气体分析仪(302)；所述核磁共振单元包括包覆所述反应容器(101)的核磁共振监测容器(203)和连接所述核磁共振监测容器的核磁共振元素分析仪(303)，所述核磁共振监测容器(203)用于监测所述反应腔体中利用同位素标记法所标记的同位素，所述核磁共振元素分析仪(303)用于分析所述核磁共振监测容器(203)的监测结果。5.根据权利要求1所述的用于研究气体水合物相变规律的系统，其特征在于，所述供应机构包括气体储存容器(401)、气体混合容器(402)、溶液储存容器(403)和泵件(404)，多个所述气体储存容器(403)连接所述气体混合容器(402)且每个所述气体储存容器(403)仅储存同种气...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永海，辛桂振，孙宝江，陈野，刘凯，高冬至，赵欣欣，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37