[發明專利]一種用于水合物制備實驗裝置的混合供氣系統

在審

• 申請號: 201710783456.3
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107746735A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 韓懷志;王坤芳;楊龍濱;李彥軍;宋福元;邵亞洲;李思廣;崔運磊;胡怡然;李帥;車春文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;G01N30/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于水合物開采與利用技術領域，涉及一種用于水合物制備實驗裝置的混合供氣系統。

背景技術

水合物是指含水的化合物，涉及的范圍非常廣泛，其中以天然氣水合物最為典型。天然氣水合物是指由主體分子水和客體分子甲烷、乙烷、丙烷等烴類氣體，及二氧化碳、氮氣等非烴類氣體分子在低溫高壓條件下，通過范德華力相互作用，形成的結晶狀籠形固體絡合物，其中水分子借助氫鍵形成結晶網格，網格中的孔穴內充滿輕烴、重烴或非烴分子。天然氣水合物分布于深海沉積物或者永久凍土層中，并且儲量巨大，所含的有機碳資源總量相當于全球已知煤、石油和天然氣總量的兩倍。天然氣水合物具有極強的儲載氣體能力，一個單位體積中可儲載100～200倍于該體積的氣體量。它燃燒后僅產生少量的二氧化碳和水，污染相比于煤、石油和天然氣小很多，屬于清潔能源。因此，天然氣水合物被國際公認為常規油氣資源的接替能源。

近些年，對于天然氣水合物的形成逐漸成為研究熱點，因為對天然氣水合物形成的研究能夠為天然氣水合物的開采、儲存與運輸等提供技術支撐。首先，天然氣水合物的制備是進行開采試驗的前期工作。天然氣水合物的實際蘊藏環境的氣體組分和形成條件比較復雜，氣體組分包括甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳，氮氣等，并且不同的地理環境其各組分的含量也有所不同，其形成條件是海底沉積層或永久凍土層的高壓低溫環境。在這種條件下水形成籠狀晶體，氣體分子進入籠狀晶體最終形成了穩定的水合物結構。氣體分子的種類、配比以及沉積層的溫壓條件都會影響天然氣水合物的形成過程，包括形成的時間以及形成的最終狀態。其次，對開采出來的天然氣進行水合物合成是一種新的儲運方法。常規的海上天然氣儲運是采用液化天然氣技術，但是液化天然氣的形成及保存工藝需要超低溫環境-161.5℃，運輸設備的投資和運行維護成本很高，而如果生成水合物進行儲運，則只需要零上幾度的低溫環境即可，降低了投資和運行維護成本。但是天然氣水合物的生成過程需要一定時間來完成，降低合成時間，提高合成效率是水合物儲運方式的關鍵問題。基于上述原因，水合物形成制備技術的研究是開展天然氣水合物開采實驗、快速且經濟的儲存和運輸的關鍵點之一。

天然氣水合物制備的實驗模擬需要盡量反映出海底的成藏條件和蘊藏環境，比如沉積層骨架、海底的低溫高壓條件、多組分氣體條件等。需要突破上述可知天然氣水合物的合成過程漫長、合成氣體組分多樣、合成環境復雜等技術難題。這就需要一套完整的混合供氣系統，需要配備多種氣瓶、設計混合方案以及檢測混合氣體組分。因此本發明設計了一種水合物制備實驗裝置的混合供氣系統，用于提供實際成藏條件下天然氣水合物形成方案多樣化的功能需求。

發明內容

本發明目的是提供一種用于提供實際成藏條件下天然氣水合物形成方案多樣化的功能需求的用于水合物制備實驗裝置的混合供氣系統。

為達到以上目的，本發明采取了以下技術方案：

一種用于水合物制備實驗裝置的混合供氣系統，由配氣單元、增壓泵、空壓機、中間儲罐、流量計、調壓閥、水合物反應釜、氣相色譜儀、數據采集儀、工控機以及配套管路閥門組成，配氣單元的氣體首先由增壓泵進行加壓形成高壓氣體，之后進入中間儲罐穩壓后繼續供出；最終將高壓氣體通入水合物反應釜中；在供氣系統中，采用流量計監測供氣流量的瞬時值及累計值，通過調壓閥來控制反應釜的壓力；采用氣相色譜儀在線檢測反應釜混合氣體各組分的比例，獲得混合氣體的組成。

配氣單元由多種氣瓶并行組成，包括甲烷氣瓶、乙烷氣瓶、丙烷氣瓶、二氧化碳氣瓶、氮氣氣瓶和連接管路及閥門；每個氣瓶的連通管路都配有截止閥，向反應釜通入單組分氣體進行水合物的制備，向反應釜在不同時間段通入不同種類氣體進行多組分混合氣體水合物的制備。

每個氣瓶對應配有一個中間儲罐，如果開啟截止閥，關閉其他中間儲罐截止閥，則實現甲烷的穩壓供氣；如果開啟截止閥，關閉其他中間儲罐截止閥，則實現乙烷的穩壓供氣；如果開啟截止閥，關閉其他中間儲罐截止閥，則實現丙烷的穩壓供氣；如果開啟截止閥，關閉其他中間儲罐截止閥，則實現二氧化碳的穩壓供氣；如果開啟截止閥，關閉其他中間儲罐截止閥，則實現氮氣的穩壓供氣；每個中間儲罐均為立式壓力容器，容積為20L，實現最大1L/min的供氣量，最高耐壓能力為30MPa。

配備一個流量計監測供氣流量的瞬時值及累計值，數據采集儀采集流量信號傳遞給工控機進行記錄；通過調壓閥來控制反應釜的壓力，反應釜的壓力信號被數據采集儀采集傳遞至工控機記錄并反饋給調壓閥，通過調節調壓閥的開度來調控反應釜壓力；反應釜的壓力和流量計所測的流量用于反應釜內氣體總物質量的相互校核。