[發明專利]甲烷滲漏條件下生物地球化學作用模擬實驗系統

有效

• 申請號: 201710227439.1
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106935120B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 許天福;貝科奇;黃桂海;田海龍;曹玉清
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G09B23/24
• 分類號: G09B23/24;G09B23/40
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王立文

1.一種甲烷滲漏條件下生物地球化學作用模擬實驗系統，其特征在于，是由甲烷氣源(1)通過管線、閥和法蘭經靜音空氣壓縮機(2)、氣體增壓泵(3)、儲氣容器(4)、閥控流量計(5)和單流閥(6)與設在恒溫箱(17)內的反應釜(10)底部設有的進氣口(24)連接，恒溫箱(17)內側壁上部裝有甲烷泄漏報警器(8)，儲氣容器(4)通過管線、閥和法蘭經回壓閥(14)和緩沖罐(15)與手搖泵(16)連接，平流泵(13)通過管線、閥和法蘭分別與帶活塞的微生物容器(11)和帶活塞的海水容器(12)連接，帶活塞的微生物容器(11)和帶活塞的海水容器(12)分別通過管線、閥和法蘭與進氣口(24)連接，真空泵(18)通過管線、閥和法蘭與與反應釜(10)上部抽真空孔(27)連接，靜音空氣壓縮機(2)、氣體增壓泵(3)、閥控流量計(5)、單流閥(6)、溫度測定傳感器(7)、甲烷泄漏報警器(8)、電阻率測定儀(9)、平流泵(13)、回壓閥(14)、恒溫箱(17)、真空泵(18)、所設調壓閥、控制閥和壓力傳感器分別與控制及顯示(19)連接構成。

2.按照權利要求1所述的甲烷滲漏條件下生物地球化學作用模擬實驗系統，其特征在于，反應釜(10)上部設有溫度測定口(22)、傘形氣液分離器(23)、進出氣口(25)、抽真空口(27)和壓力測定口，右側壁設有三個液體取樣口(20)，左側壁設有電阻率測定口(21)，反應釜(10)內部設有濾網壓板(26)構成。

3.按照權利要求2所述的甲烷滲漏條件下生物地球化學作用模擬實驗系統其特征在于，反應釜(10)上部設有的進出氣口(25)通過三通與控制閥(F3)與回壓閥(14)間的管線連接，當給反應釜(10)增壓時進出氣口(25)是進氣口，當反應釜(10)內壓力大于回壓時進出氣口(25)是出氣口。

4.按照權利要求1所述的甲烷滲漏條件下生物地球化學作用模擬實驗系統的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、依照研究區的海水組分，配置模擬海水樣品，培育相關微生物溶液，蒸餾水若干，研究區沉積物樣品，充足的CH₄氣源；

b、將靜音空氣壓縮機(2)、氣體增壓泵(3)、閥控流量計(5)、單流閥(6)、溫度測定傳感器(7)、甲烷泄漏報警器(8)、電阻率測定儀(9)、平流泵(13)、回壓閥(14)、恒溫箱(17)、真空泵(18)、所設調壓閥、控制閥和壓力傳感器分別與控制及顯示(19)連接；并將溫度測定傳感器(7)置于溫度測定口(22)內，電阻率測定儀(9)置于電阻率測定口(21)內；

c、打開電源開關，檢查電路及傳感器是否正常，檢查是否有泄漏；

d、將帶活塞的微生物容器(11)和帶活塞的海水容器(12)的活塞置于底部；

e、打開反應釜(10)的上蓋，加入約1/3體積的沉積物樣品，蓋上濾網壓板26，然后蓋上反應釜(10)的上蓋，連接與反應釜(10)相連的各管線；

f、打開控制閥(F3)、控制閥(F4)、控制閥(F7)、控制閥(F11)和真空泵(18)的開關，進行反應釜(10)及管路抽真空，待壓力傳感器(P5)的壓力為-0.1Pa時關閉真空泵(18)、控制閥(F3)、控制閥(F4)、控制閥(F7)和控制閥(F11)；

g、打開控制閥(F11)、控制閥(F13)、控制閥(F15)、控制閥(F17)，啟動平流泵(13)，將模擬海水注入反應釜，待反應釜內液體達到3/4反應釜體積時關閉平流泵(13)、控制閥(F11)、控制閥(F13)、控制閥(F15)和控制閥(F17)；

h、打開控制閥(F14)、控制閥(F17)，啟動平流泵(13)，將微生物容器(11)中的壓力增加到壓力傳感器(P6)的讀數大于壓力傳感器(P3)時，打開控制閥(F11)、控制閥(F12)，微生物溶液在壓力差驅動下注入反應釜，注入完成后，關閉平流泵(13)控制閥(F11)、控制閥(F12)、控制閥(F14)和控制閥(F17)；

i、啟動恒溫箱，使恒溫箱中反應釜(10)達到設定的溫度0～20℃；

j、利用手搖泵(16)和緩沖罐(15)，為回壓閥(14)設定初始回壓為3～30MPa，轉動手搖泵(16)手柄至壓力傳感器(P4)讀數為3～30MPa；

k、打開甲烷氣源1的控制閥(F1)，調壓閥(V1)，啟動靜音空氣壓縮機(2)和氣體增壓泵(3)，將甲烷增壓儲存到儲氣容器(4)中，壓力傳感器(P1)讀數比設定的3～30MPa回壓大2MPa，關閉控制閥(F1)、調壓閥(V1)、靜音空氣壓縮機(2)和氣體增壓泵(3)；

l、打開控制閥(F2)、控制閥(F3)和調壓閥(V2)，給反應釜(10)增壓至壓力傳感器(P3)的讀數與壓力傳感器(P4)設定的回壓一致時，關閉控制閥(F3)和調壓閥(V2)；

m、通過閥控流量計(5)設定甲烷氣體流量5-100scc/min，調節調壓閥(V2)使進氣壓力傳感器(P2)讀數略大于反應釜壓力0.5～0.8MPa，打開控制閥(F4)、控制閥(F6)，甲烷氣體向反應釜(10)移動，實現流動甲烷的注入；

n、打開控制及顯示(19)中計算機的數據采集系統，設置采集項目及參數，如壓力、溫度、流量、電阻率，采集時間間隔，數據保存路徑，開啟數據實時顯示；

o、通過液體取樣口K1～K3、氣體取樣口K4采集水樣和氣樣，檢測水樣、氣樣中的化學成分；

p、水樣和氣樣采集完畢，關閉控制閥(F2)、控制閥(F4)，調壓閥(V2)，轉動手搖泵(16)卸掉回壓閥(14)中的壓力，使壓力傳感器(P4)讀數顯示0，將甲烷氣排放到安全通風處后關閉控制閥(F6)；

q、保存數據，關閉監測與控制系統、關閉電源開關；

r、采集反應釜中水樣，分析實驗結束時水化學成分特征，分析其中的微生物特征；

s、采集反應釜中泥樣，通過X射線衍射、掃描電鏡等手段，分析樣品礦物變化；

t、清洗干凈反應釜(10)、帶活塞的微生物容器(11)和帶活塞的海水容器(12)的內腔體，用蒸餾水清洗海水和微生物樣品經過的管線，以防銹蝕。