一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于水合物测定技术领域，针对现有技术中水合物相平衡条件测定中的问题，本发明专利技术提出一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置及方法，装置包括反应腔以及分别和反应腔连接的气体注入系统、循环制冷系统、出口压力控制系统、数据采集系统，利用低场核磁共振技术对沉积物中水分含量进行探测，在恒温压力搜索过程中对水分含量变化时时监测，以判断水合物是否生成，同时可以达到对水合物在沉积物不同孔隙中生成状态进行时时监测。本发明专利技术可以快速准确判断水合物生成及分解的临界温度、压力条件，操作简单可靠。适用于沉积物等复杂多孔介质中气体水合物相平衡条件测定。

【技术实现步骤摘要】
一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置及方法
本专利技术属于水合物测定
，具体涉及一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置及方法。
技术介绍
气体水合物是指在一定温度、压力条件下，气体与水形成的类冰状结晶化合物。水合物生成过程是水合物-水-气体之间达到平衡状态的过程，这个过程会受到温度、压力变化的影响而发生变化。水合物相平衡是指气体水合物在一定的温度和压力条件下生成，并达到相态体系动态平衡。记录此时系统的温度和压力，即为水合物相平衡温度、压力条件。任何能影响相平衡的因素都能影响气体水合物的生成或分解过程。因此，对气体水合物相平衡的测定是研究气体水合物的基础。对气体水合物的相平衡测定发展过程也从简单的纯水体系逐渐延伸到复杂的多孔介质体系。目前纯水体系的水合物相平衡相对比较成熟,而复杂体系中水合物相平衡尚需完善。对气体水合物相平衡的测定方法主要有直接观察法和图形法。直接观察法是利用反应釜的可视窗观察水合物的生成，从而判断水合物的生成。适合用于清晰可辨的系统，同时反应釜视窗造价昂贵，并且对于一些沉积物清晰度及分辨率较低，尤其是在沉积物微孔内生成水合物更是难以区分。图形法适用于可视性差不易于观察的体系，其反应釜为盲釜，无可视窗。可分为定压、定容和定温3种方法。该方法保持3个参数(温度、压力、容积)中某一参数不变，改变其余两个参数，使水合物形成/分解。记录参数变化，当水合物生成/分解时可见明显的压力、温度或者容积变化。对于图形法对温度压力测量可能会由于水合物生成量过小而温度压力变化较小，测量不准确，同时温度压力的滞后将会影响数据的精度，同时为了增大可信度，需要多次反复实验测定。
技术实现思路
针对现有技术中水合物相平衡条件测定中的问题，本专利技术提出一种结合低场核磁共振技术(NMR)测定沉积物中气体水合物相平衡条件的装置及方法，此方法操作简单，可以精确快速判断水合物的生成与分解。本专利技术采取的技术方案为：一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置，包括反应腔以及分别和反应腔连接的气体注入系统、循环制冷系统、出口压力控制系统。所述气体注入系统包括依次连接的气源罐、气体增压泵、气体高压存储罐，气体高压存储罐通过气体冷却仪和反应腔连接，通过气体增压泵及气体高压存储罐向实验提供高压气体，通过气体冷却仪将进入反应腔之前的气体冷却；减少由于气体温度过高带来的样品水分蒸发和水合物生成速度过慢等问题。所述循环制冷系统包括依次连接的液体冷却仪、冷却液循环泵、冷却液注入泵，液体冷却仪和冷却液注入泵分别和反应腔连接，将反应腔内的冷却液循环制冷；给水合物生成提供稳定的低温条件。液体冷却仪一端和反应腔连接，液体冷却仪另一端和冷却液循环泵连接，冷却液循环泵通过冷却液注入泵和反应腔连接；所述出口压力控制系统包括气体阀门以及气体流量控制器，通过气体流量控制器控制反应腔内气体压力缓慢降低；控制实验测定精度。进一步的，还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括核磁线圈、设置在反应腔内部的温度传感器和压力传感器，所述核磁线圈、温度传感器、压力传感器分别通过数据采集器和计算机连接，通过数据采集器采集核磁信号、温度、压力信息并传输至计算机，通过计算机中的显示模块显示实际测量值。进一步的，所述反应腔设置在低场核磁共振仪的核磁线圈中，进行反应腔中水分的定量监测而不产生干扰信号量。进一步的，所述反应腔内部设置有供水合物生成的PEEK(PolyEtherEtherKetone，聚醚醚酮)管腔，PEEK材料制成的管腔既可以承受高压，同时在核磁仪器中不产生干扰信号。PEEK管腔设置为中空的圆柱管状腔体，腔体上设置有冷却液进口和冷却液出口，所述PEEK管腔的两端分别通过螺纹连接金属压帽，通过金属压帽封堵内部堵头。金属压帽设置为两个不锈钢材质的压帽，与腔体之间通过螺纹连接，主要是封堵内部堵头，防止冷却液渗漏。进一步的，所述反应腔中的PEEK管腔的中间部分设置为空心PEEK样品管，内置待测沉积物样品，PEEK样品管的两端通过螺纹连接PEEK堵头，PEEK堵头和金属堵头连接，金属堵头和PEEK管腔连接；所述金属堵头和PEEK堵头连接处设置有轴向密封圈，金属堵头和PEEK管腔连接处设置有径向密封圈。进一步的，所有连接冷却液的管线全部使用保温棉进行包裹，防止温度散失。一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定方法，具体包括如下步骤：(1)样品降温：将循环液降温至待测温度进行循环降温，利用温感监测样品管内温度，温度稳定后记录此时反应温度；(2)初始样品NMR信号量获取：装样后，采用CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)序列获取样品T2谱图；T2谱图反映样品中水含量多少；(3)注入气体：控制气体注入速度，以较低的速度将气体注入到样品管内，同时记录样品管内气体压力；(4)气体注入后，每隔60min对样品进行一次NMR测量，获取样品T2谱图，对样品中水量进行监测，样品T2谱图不再出现变化时，则认为样品中水合物生成反应完成；(5)利用气体流量控制器对样品管进行缓慢排压，气体排出速度1mL/min，同时对系统内压力进行监测；(6)气体压力每降低0.1MPa记做一个压力点，在每个压力点对样品进行NMR测试，当T2谱图发生增大时，水合物从稳定固体状态开始分解，则取这个点压力与上一个点压力平均值作为水合物生成、分解的平衡压力条件，记录此时的温度为水合物生成分解的平衡温度条件；(7)完成一个温度点的测试后，设定下一个测试温度，重复步骤(1)-步骤(6)过程。进一步的，所述沉积物包括：石英砂、海底沉积物、固结成岩岩石、土壤、硅藻土；含水沉积物中的水包括纯水、海水、含醇、表面活性剂或水合物抑制剂的溶液中的任意一种；所述气体包括二氧化碳、氮气、氙气等不含氢原子的气体中的一种或多种。进一步的，所述步骤(1)中初始样品NMR信号量获取前，装样后，进行系统密闭性测试，对系统抽真空，具体步骤如下：装样：将待测样品置入样品管中，将连接好的样品管装入PEEK腔体内，将两端不锈钢封盖装上，完成装样；系统密闭性测试：开启循环制冷系统，监测样品腔内温度，待温度恒定不变时，向系统内低速注入氦气，监测样品管内压力变化，压力保持4小时内变化幅度为±0.01MPa时则认为系统密闭性符合实验标准，将系统内氦气以10mL/min缓慢排出；系统抽真空：初始样品NMR信号量获取前，对系统抽真空，控制系统内不掺杂其他气体。进一步的，所述步骤(2)中水合物在沉积物中生成的条件设置为：注入气体压力设定在高于所设实验温度下对应的纯水体系水合物平衡压力1MPa以上(具体压力根据实验中水合物生成情况制定)。进一步的，所述步骤(4)中每当压力降低0.1MPa，则关闭出口阀门，稳定压力后进行NMR测试，对于气体排出速度的设定可以实际实验需求进行调整。本专利技术的有益效果为：本专利技术利用低场核磁共振技术对沉积物中水分含量进行快速探测，水合物生成消本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置，其特征在于，包括反应腔(10)以及分别和反应腔(10)连接的气体注入系统、循环制冷系统、出口压力控制系统，/n所述气体注入系统包括依次连接的气源罐(1)、气体增压泵(2)、气体高压存储罐(3)，气体高压存储罐(3)通过气体冷却仪(4)和反应腔(10)连接，通过气体增压泵(2)及气体高压存储罐(3)向实验提供高压气体，通过气体冷却仪(4)将进入反应腔(10)之前的气体冷却；/n所述循环制冷系统包括依次连接的液体冷却仪(5)、冷却液循环泵(6)、冷却液注入泵(7)，液体冷却仪(5)和冷却液注入泵(7)分别和反应腔(10)连接，将反应腔(10)内的冷却液循环制冷；/n所述出口压力控制系统包括气体阀门以及气体流量控制器(9)，通过气体流量控制器(9)控制反应腔(10)内气体压力缓慢降低。/n

【技术特征摘要】
1.一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置，其特征在于，包括反应腔(10)以及分别和反应腔(10)连接的气体注入系统、循环制冷系统、出口压力控制系统，
所述气体注入系统包括依次连接的气源罐(1)、气体增压泵(2)、气体高压存储罐(3)，气体高压存储罐(3)通过气体冷却仪(4)和反应腔(10)连接，通过气体增压泵(2)及气体高压存储罐(3)向实验提供高压气体，通过气体冷却仪(4)将进入反应腔(10)之前的气体冷却；
所述循环制冷系统包括依次连接的液体冷却仪(5)、冷却液循环泵(6)、冷却液注入泵(7)，液体冷却仪(5)和冷却液注入泵(7)分别和反应腔(10)连接，将反应腔(10)内的冷却液循环制冷；
所述出口压力控制系统包括气体阀门以及气体流量控制器(9)，通过气体流量控制器(9)控制反应腔(10)内气体压力缓慢降低。


2.根据权利要求1所述一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置，其特征在于，还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括核磁线圈(11)以及设置在反应腔(10)内部的温度传感器(15)、压力传感器(18)，所述核磁线圈(11)、温度传感器(15)、压力传感器(18)分别通过数据采集器(13)和计算机(12)连接，通过数据采集器(13)采集核磁信号、温度、压力信息并传输至计算机(12)，通过计算机(12)中的显示模块显示实际测量值。


3.根据权利要求1所述一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置，其特征在于，所述反应腔(10)设置在低场核磁共振仪中，反应腔(10)的外部设置有核磁线圈(11)。


4.根据权利要求1所述一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置，其特征在于，所述反应腔(10)内部设置有供水合物生成的PEEK管腔(21)，PEEK管腔(21)设置为中空的圆柱管状腔体，腔体上设置有冷却液进口(16)和冷却液出口(17)；所述PEEK管腔(21)的两端分别通过螺纹连接金属压帽(20)，通过金属压帽(20)封堵内部堵头。


5.根据权利要求3或4所述一种沉积物中气体水合物相平衡条件测定装置，其特征在于，所述反应腔(10)中的PEEK管腔(21)的中间部分设置为空心样品管(26)，内置待测沉积物样品(27)，样品管(26)的两端通过螺纹连接PEEK堵头(23)，PEEK堵头(23)和金属堵头(22)连接，金属堵头(22)和PEEK管腔(21)连接；所述金属堵头(22)和PEEK堵头(23)连接处设置有轴向密封圈(25)，金属堵头(22)和PEEK管腔(21)连接处设置有径向密封圈(24)。


6.一种沉积物中气体水合物相平衡条...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓晓，姚艳斌，刘大锰，雷欣，闻志昂，
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