[發(fā)明專利]一種氣體水合物柱體快速制備裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011382968.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN112546962B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周雪冰;梁德青;李棟梁;盧靜生;龍臻;劉嬋娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號(hào): B01J3/04
• 分類號(hào): B01J3/04;G01N1/28;C10L3/10
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 周友元;莫瑤江

本發(fā)明公開了一種氣體水合物柱體快速制備裝置及方法，包括耐高壓釜、壓力控制裝置、補(bǔ)液裝置、排液裝置、溫度測(cè)控裝置、液壓控制裝置和電加熱裝置。本發(fā)明在水合物生成過程中，耐高壓釜的頂部活塞通過小幅度的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使耐高壓釜內(nèi)的氣相壓力產(chǎn)生震蕩進(jìn)而溶解的氣體在液相中形成大量鼓泡，以提高耐高壓釜內(nèi)的氣液接觸面積，加速水合物的生成。在耐高壓釜內(nèi)的溶液轉(zhuǎn)變成固態(tài)水合物后，耐高壓釜的頂部活塞通過壓縮形成的水合物粉體以獲得塊狀水合物。本發(fā)明能夠提供具有規(guī)則幾何形狀的水合物樣品，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，能耗較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水合物制備領(lǐng)域，具體涉及一種氣體水合物柱體快速制備裝置及方法。

背景技術(shù)

氣體水合物是一種以甲烷、二氧化碳、氮?dú)鉃橹饕煞值男》肿託怏w和水分子組成的具有籠狀結(jié)構(gòu)的類冰狀結(jié)晶化合物。在低溫和高壓條件下，天然氣水合物能夠穩(wěn)定存在。在常溫常壓下，天然氣水合物會(huì)快速分解形成游離的天然氣和水。自然形成的氣體水合物廣泛分布于深海沉積物或者大陸永久凍土層中。近年來隨著天然氣水合物在全球范圍內(nèi)的大量發(fā)現(xiàn)，使其成為一種極具開發(fā)潛力的可替代能源。目前，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)探明的天然氣水合物儲(chǔ)量高達(dá)2.1×10¹⁶ m³，是傳統(tǒng)化石能源總量的兩倍以上。與此同時(shí)，氣體水合物的儲(chǔ)氣密度大，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體積的氣體水合物可以存儲(chǔ)高達(dá)160標(biāo)準(zhǔn)體積的氣體。相比于液化天然氣，天然氣水合物存儲(chǔ)所需的溫度和壓力條件比較溫和，可以應(yīng)用于天然氣儲(chǔ)運(yùn)。我國(guó)擁有豐富的天然氣水合物資源。因此，研發(fā)天然氣水合物快速制備裝置對(duì)于研究天然氣水合物的動(dòng)力學(xué)特性和機(jī)理，開發(fā)以水合物為儲(chǔ)能材料的天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)以及水合物法海水淡化技術(shù)等具有十分重要的意義。

由于氣體水合物通常在低于20℃的高壓環(huán)境下生成，且生成的水合物通常為多孔蓬松堆積的類似雪狀的晶體，這對(duì)于研究水合物比表面積對(duì)水合物的生成、分解和置換過程的影響形成了巨大阻礙。同時(shí)，疏松多孔的形貌會(huì)使水合物對(duì)周圍環(huán)境的更加敏感，加速水合物分解，不利于對(duì)水合物樣品的轉(zhuǎn)運(yùn)和處理。因此，將自然形成的水合物壓縮成具有規(guī)則形狀的塊體，將對(duì)水合物研究和相關(guān)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起到推動(dòng)作用。目前，水合物樣品的后處理方法較為復(fù)雜。常用的水合物方法是將水合物樣品冷凍至液氮溫度以降低水合物在常壓下的分解速率，然后在常壓下對(duì)水合物樣品進(jìn)行研磨、定形，或者先把用于水合物合成的水溶液冷凍成冰，將冰粉研磨定形后再生成水合物。以上兩種方式均需要對(duì)水合物樣品在液氮環(huán)境下進(jìn)行處理，也會(huì)對(duì)水合物樣品的飽和度產(chǎn)生影響。將水合物在其生成環(huán)境下進(jìn)行壓縮定形將會(huì)極大的簡(jiǎn)化樣品后處理方法。

綜上所述，研發(fā)一套可以快速制備具有規(guī)則形狀的天然氣水合物的裝置，對(duì)于定量研究天然氣水合物的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程，確定水合物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)，同時(shí)，豐富和拓展水合物法氣體儲(chǔ)運(yùn)方法，推廣和普及天然氣水合物開采和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，都具有十分重要的價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)在水合物生成條件下的制備和成形，同時(shí)簡(jiǎn)化耐高壓設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，本發(fā)明利用活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械方式，提供了一種適用于制備氣體水合物柱體的實(shí)驗(yàn)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種氣體水合物柱體快速制備裝置，包括耐高壓釜、壓力控制裝置、補(bǔ)液裝置、排液裝置、溫度測(cè)控裝置、液壓控制裝置和電加熱裝置；

所述的耐高壓釜中的水合物合成腔體為圓柱形，軸線與水平面垂直，頂部設(shè)有液壓驅(qū)動(dòng)的用于改變水合物合成腔體容積的活塞，底部設(shè)有排液孔，活塞與耐高壓釜上端蓋構(gòu)成密閉的液壓腔體，用于盛放耐高壓的液壓油，活塞頂面設(shè)有穿出耐高壓釜上端蓋的活塞桿，活塞桿和活塞內(nèi)部設(shè)有與水合物合成腔體連通的高壓氣體管路和補(bǔ)給液管路，耐高壓釜側(cè)壁上部設(shè)有液壓油孔；

所述的壓力控制裝置與活塞桿的高壓氣體管路相連，用于向耐高壓釜中的水合物合成腔體補(bǔ)給氣體；

所述的補(bǔ)液裝置與活塞桿的補(bǔ)給液管路相連，用于向耐高壓釜中的水合物合成腔體補(bǔ)給水溶液；