二氧化碳水合物可视化实验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种二氧化碳水合物可视化实验装置及其实验方法，反应釜内设有磁力搅拌，侧壁设有可视镜；反应釜的夹套通过循环泵连接有恒温水浴系统，反应釜的进气口连接供气单元，供气单元包括储气瓶、缓冲罐，反应釜的第一出气口连接真空泵，第二出气口连接气液分离器，气液分离器连接空压机，空压机连接缓冲罐；反应釜的进水口连接储水槽；反应釜内的压力传感器和温度传感器分别与数据采集系统连接。本发明专利技术用于对进行不同强化条件下的生成基础数据和机理分析，为CO

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳水合物可视化实验装置及其实验方法
本专利技术属于气体水合物实验
，具体涉及一种二氧化碳水合物可视化实验装置及其实验方法。
技术介绍
气体水合物是一种或多种气体(客体分子)在高压低温条件下和水作用形成的类似冰的、笼型结晶化合物。CO2作为一种温室气体，是全球气候变暖的重要影响因素之一。据统计，与20世纪90年代相比，21世纪初全球CO2排放速率增长了2倍，中国的CO2排放也呈现逐年增长的趋势，为此，CO2的减排和处理受到了广泛的关注，CO2的分离、捕捉与封存被认为是一种缓解气候变化的重要技术选择，近年来，水合物法捕获二氧化碳因具有储气量高(每体积水合物理论上可以存储180倍体积气体)和稳定性好等优点而受到广泛关注。海底高压低温的天然环境为水合物法捕获和封存二氧化碳提供了有利的条件。以固态CO2气体水合物形式储存CO2于深海底部被认为是一种比较安全的方法，对环境保护和经济社会的可持续发展具有重大的现实意义。此外，国外已经开展了CO2置换甲烷水合物的研究和实践，利用CO2水合物形成过程产生的热量，促使甲烷水合物发生分解，一方面实现了CO2的地下封存并维持水合物层地质结构的稳定，另一方面又实现了甲烷水合物的开采，为人类提供丰富的天然气能源。因此为了进一步了解CO2水合物生成过程中相变特性、生成速率、生成量等方面特征，通过CO2水合物实验装置来分析了CO2水合物的相态变化、生成速度及诱导时间等特性以及相关影响因素，以期能更深入认识CO2地下固态封存和CO2置换甲烷水合物。目前，气体水合物技术在国内外的研究应用还不成熟，如何缩短诱导时间、提高水合物的反应速率和储气量及气体工艺的经济实用价值是实现水合物工艺技术应用的关键所在。气体水合物的生成包括溶解、成核和生长3个过程，其微观机理非常复杂。由于CO2水合物自然形成速率极为缓慢，极大制约了CO2水合物技术的广泛应用，因此提高其生成速率是关键性问题。CO2水合物的生成是一个传质传热的藕合过程，增加气液接触面积与强化传热传质是提高CO2水合物生成速率的主要途径。目前实验室最常见的促进水合物快速生成的方法可分为化学强化法和机械强化法。化学强化法是加入化学添加剂来改变溶液的表面张力、液体的微观结构等。VysmauskasA等研究和分析了水合物生成动力学，认为晶核的产生与气液的过冷度、气-液接触面积等参数有关。JamaluddinAKM等最早报道了表面活性剂能强化甲烷水合物形成的实验结果，并研究了阴、阳离子型及非离子型等表面活性剂对气体水合物形成过程的影响，提高了甲烷水合物的生成速率。十二烷基硫酸钠(SDS)一种人工合成的化学物质，溶解于水时具有阴离子性质的表面活性剂，可以促进碳氢气体在水中的溶解。DingT在CO2水合物的生成实验中加入适量SDS，测得CO2水合物平均生长速率是无任何添加剂的1.84倍。然而，在各种气体(二氧化碳、天然气等)水合物生成中机械强化法占主导地位。机械强化法主要是通过增大气-液接触面积来促进CO2水合物的生成。其中，搅拌法是通过搅拌叶片的旋转，使原本水平圆面的溶液表面成为锥形面，增大了接触面积，晶体迅速生长，大大缩短诱导时间；鼓泡法是使气体与水溶液充分接触，鼓入微泡时可以达到较好的加强效果，快速形成水合物。TakahashiM等通过水力作用产生非常细微的气泡，在水合物形成温度下，微泡的存在有助于形成水合物；喷雾法是将水以喷雾的形式送入气体来形成水合物，实现水颗粒与气体的良好接触。ZhongY等采用超声波喷雾器把水喷入加压低温的反应器来形成水合物，喷入反应器中的水雾具有很小的下落速率。由于喷雾制备水合物技术的难点是如何快速移除生成的水合热，FukumotoK等通过将水喷淋到置于客体气相中的恒低温平板上来移除热量。为提高水合物的生成效率，还有一些其他的强化方法，如利用外场来促进水合物结晶，在磁场作用下，水合物的生成方向和生长区域会发生改变，诱导时间缩短，水合物生成量增多；超重力技术，能大大提高质量传递速率,其利用旋转造成一种稳定或可控的离心力场，使超重力场内的流体在剪切和撞击作用下拉伸为极薄的膜，细小的丝和极微小的滴，提高了反应物料间的接触面积和表面更新速率，强化了反应物料间的微观混合，促进了反应物料间的质量传递。以上研究为CO2气体水合物的快速生成和技术应用提供了进一步理论和实验基础。
技术实现思路
本专利技术提供一种二氧化碳水合物可视化实验装置及其实验方法，通过该装置，分别研究了搅拌速率、温度和压力对CO2水合物生成过程的影响，并从热力学和动力学角度对实验现象进行解释；并针对当前CO2水合物生成速率慢、气体储藏量低等问题开展促进CO2水合物快速生成的实验研究，进一步系统深入地研究不同强化手段对CO2水合物生成的影响规律及水合物的生成机理。具体技术方案为：二氧化碳水合物可视化实验装置，包括反应釜，所述的反应釜内设有磁力搅拌，侧壁设有可视镜；反应釜的夹套通过循环泵连接有恒温水浴系统，反应釜的进气口连接供气单元，供气单元包括储气瓶、缓冲罐，储气瓶和缓冲罐连接的管路上设置有压力表、温度表以及减压阀；缓冲罐还通过单向阀连接加湿器；缓冲罐通过增压泵、压力表、单向阀、流量计连接反应釜的进气口；反应釜的第一出气口依次连接阀门、压力表和真空泵；反应釜的第二出气口依次连接阀门、流量计、压力表、温度计、气液分离器，气液分离器连接空压机，空压机连接缓冲罐；第二出气口和进气口之间连接有压力传感器；反应釜的进水口通过流量计、进水阀、平流泵、压力表、温度表连接储水槽；反应釜内的压力传感器和温度传感器分别与数据采集系统连接。该二氧化碳水合物可视化实验装置的实验方法，包括以下步骤：1)打开恒温水浴系统；在开启恒温水浴系统前，首先检查恒温水浴系统系统的状态和液位，打开恒温水浴系统冷却液进出口阀，开启冷却液循环水泵，开始预冷反应釜；打开恒温水浴系统的加热器、温度控制器，控制反应釜夹套内的液体温度。2)清洗反应釜和充注反应物；清洗反应釜主要是清除反应釜内的杂质，先使用自来水清洗，直到反应釜壁上没有成股的水流，再使用实验用蒸馏水清洗两遍，然后根据具体实验从储水槽加注反应所需的水量至可视镜处，停止加注并测量加注的水量，关闭进水阀。3)注入CO2；在加注气体前首先打开数据采集系统并设定实验温度，监控反应釜内的压力和温度；开启真空泵，抽吸反应釜内水相和气相的空气，等气相温度达到设定温度后停止真空泵，开始通过供气单元进气，记录反应前的进气总量；4)当反应釜内压力和温度达到实验要求后，将磁力搅拌转速调至实验值，开始计时并采集数据；实验过程中温度和压力由数据采集系统监控，CO2气体瞬时及累计流量由气体流量计记录，同时在可视镜中可观察水合物形成过程中的形态变化；5)反应完成后，结束实验；停止数据采集，关闭磁力搅拌、供气单元和恒温水浴系统的循环泵。本专利技术提供的二氧化碳水合物可视化实验装置及其实验方法，用于对进行不同强化条件下的生成基础数据和机理分析，为CO2水合物生成的进一步研究提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二氧化碳水合物可视化实验装置，其特征在于，包括反应釜，所述的反应釜内设有磁力搅拌，侧壁设有可视镜；反应釜的夹套通过循环泵连接有恒温水浴系统，反应釜的进气口连接供气单元，供气单元包括储气瓶、缓冲罐，储气瓶和缓冲罐连接的管路上设置有压力表、温度表以及减压阀；缓冲罐还通过单向阀连接加湿器；缓冲罐通过增压泵、压力表、单向阀、流量计连接反应釜的进气口；/n反应釜的第一出气口依次连接阀门、压力表和真空泵；/n反应釜的第二出气口依次连接阀门、流量计、压力表、温度计、气液分离器，气液分离器连接空压机，空压机连接缓冲罐；第二出气口和进气口之间连接有压力传感器；/n反应釜的进水口通过流量计、进水阀、平流泵、压力表、温度表连接储水槽；/n反应釜内的压力传感器和温度传感器分别与数据采集系统连接。/n

【技术特征摘要】
1.二氧化碳水合物可视化实验装置，其特征在于，包括反应釜，所述的反应釜内设有磁力搅拌，侧壁设有可视镜；反应釜的夹套通过循环泵连接有恒温水浴系统，反应釜的进气口连接供气单元，供气单元包括储气瓶、缓冲罐，储气瓶和缓冲罐连接的管路上设置有压力表、温度表以及减压阀；缓冲罐还通过单向阀连接加湿器；缓冲罐通过增压泵、压力表、单向阀、流量计连接反应釜的进气口；
反应釜的第一出气口依次连接阀门、压力表和真空泵；
反应釜的第二出气口依次连接阀门、流量计、压力表、温度计、气液分离器，气液分离器连接空压机，空压机连接缓冲罐；第二出气口和进气口之间连接有压力传感器；
反应釜的进水口通过流量计、进水阀、平流泵、压力表、温度表连接储水槽；
反应釜内的压力传感器和温度传感器分别与数据采集系统连接。


2.根据权利要求1所述的二氧化碳水合物可视化实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)打开恒温水浴系统；
在开启恒温水浴系统前，首先检查恒温水浴系统系统的状态和液位，打开恒温...

【专利技术属性】
技术研发人员：白向武，李治平，邓丽爽，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11