[發(fā)明專利]一種中子衍射水合物高壓生成裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811583815.1
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109758976B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 李小森;余益松;陳朝陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: B01J3/04
• 分類號: B01J3/04;B01J3/00;B01J3/03;B01J19/00;B01J19/02;B01J19/28;G01N23/2005;G01N23/207
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 周友元;莫瑤江

本發(fā)明公開了一種中子衍射水合物高壓生成裝置，包括溫度加載系統(tǒng)、壓力加載裝置、旋轉機構、水合物反應器、入射窗口、進氣管線、出射窗口和水合物樣品腔；水合物反應器包括從里向外同軸套設的同心圓柱體一、同心圓柱體二和同心圓柱體三，同心圓柱體一軸心具有活塞室；壓力加載裝置包括壓力機、活塞、以及壓力傳遞介質，壓力傳遞介質填充在同心圓柱體一的活塞室內，水合物樣品腔由柔性材料制成，浸入在壓力傳遞介質中，并通過進氣管線與進氣系統(tǒng)連接，活塞一端與壓力機連接，另一端伸入活塞室內且能夠軸向移動，旋轉機構與水合物反應器連接。本發(fā)明能夠方便的采用中子衍射研究氣體水合物的生成和分解過程。

技術領域

本發(fā)明涉及高壓氣體水合物生成裝置領域，具體涉及一種適用于中子衍射的水合物高壓生成裝置。

背景技術

氣體水合物是一種由氣體分子和水分子在低溫、高壓條件下形成的一種籠型絡合物，對其的研究具有重要的理論和實用價值，一方面，天然氣水合物的巨大資源儲量及在世界范圍內的廣泛分布已引起了各國政府的廣泛關注，相關的開采工藝和相關技術方案的確定需要建立在對水合物的結構及基礎物性等了解的基礎上；另一方面，基于水合物的優(yōu)異的理化性質所開發(fā)出來的水合物應用技術—水合物法二氧化碳分離、儲能、海水淡化等技術在各自的領域具有非常光明的應該前景。然而，這些技術的進一步工業(yè)化應用均需要對氣體水合物的微觀結構及理化性質有著深入的了解。

當前，對水合物結構及相關理化性質的微觀測試手段主要包括拉曼光譜、X射線衍射、固體核磁等等。盡管應用這些測試已經取得了豐富的水合物微觀信息，但與這些測試手段相比，中子衍射對氫和其它輕元素更為敏感且具有更強的穿透力，所以它對特殊環(huán)境下的水合物生成和分解的研究非常有利。這些特殊環(huán)境包括超高壓、磁場、低溫裝置等。然而，有關適用于中子衍射的水合物高壓生成反應腔的開發(fā)與設計目前在國內仍舊是空白。專利“一種用于產生超高壓的裝置”(申請?zhí)朇N201710701394.7)提出了一種適用于中子衍射的超高壓裝置實現(xiàn)方式，其主要是通過采用二面頂壓機驅動的二個碳化鎢一級壓砧和八個二級壓砧來實現(xiàn)所構建腔體的超高壓目標。專利“一種基于單軸加載的二級增壓裝置”(申請?zhí)朇N2011710341551.8)設計了一種用于原位中子衍射實驗的基于單軸加載式的二級增壓裝置，其同樣采用壓砧并配合增壓片及增壓環(huán)來實現(xiàn)所構建腔體的加壓過程?？梢钥闯?，盡管這些技術均提供了超高壓的實現(xiàn)方式，但可以看出其大多采用對頂砧的高壓裝置，該裝置最大的缺點就是樣品腔尺寸空間有限，從而對中子束流的強度要求非常高，而且也不適用于水合物的生成反應和原位觀察。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對當前超高壓條件下氣體水合物的生成、分解機理及晶相轉變的研究不足，借鑒先進的中子衍射技術，提供一種適用于中子衍射的水合物高壓生成裝置，其能夠適用于現(xiàn)今國內的散裂中子源(CSNS)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種中子衍射水合物高壓生成裝置，包括溫度加載系統(tǒng)、壓力加載裝置、旋轉機構、水合物反應器、入射窗口、進氣管線、出射窗口和水合物樣品腔；

水合物反應器置于溫度加載系統(tǒng)的溫控倉中，通過溫度加載系統(tǒng)控制水合物反應器的環(huán)境溫度，入射窗口和出射窗口呈一條直線的方式水平設置在溫控倉的兩側，且二者連線通過水合物反應器軸心；

水合物反應器包括從里向外同軸套設的同心圓柱體一、同心圓柱體二和同心圓柱體三，同心圓柱體一軸心具有活塞室；

壓力加載裝置包括壓力機、活塞、以及壓力傳遞介質，壓力傳遞介質填充在同心圓柱體一的活塞室內，水合物樣品腔由柔性材料制成，浸入在壓力傳遞介質中，并通過進氣管線與進氣系統(tǒng)連接，活塞一端與壓力機連接，另一端伸入活塞室內且能夠軸向移動，活塞外壁與活塞室內壁氣密接觸，通過壓力機將壓力傳遞介質壓縮到所需的壓力值；

旋轉機構與水合物反應器連接，用于帶動水合物反應器繞其軸心轉動。