[發明專利]分子層面上在線紅外光譜儀原位監測氣體水合物生成與分解過程的裝置及其使用方法

在審

• 申請號: 202110776903.9
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113433069A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 公英華;李天鐸;崔敏;胡偉;李迎州;李智;弗拉基米爾.維諾庫羅夫;安德烈.斯托波列夫;安東.謝苗諾夫
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/3563
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 王翠翠

本發明提供一種分子層面上在線紅外光譜儀原位監測氣體水合物生成與分解過程的裝置及其使用方法，可以進行氣體、液體水合物的生成/分解等動力學實驗，并實現微觀過程原位定量紅外監測。本裝置包括包括反應釜系統S2，反應釜系統S2與在線紅外光譜檢測系統S1、液體自動進樣裝置S3、控壓供氣系統S5、真空系統S6和數據采集與處理系統S7分別相連，反應釜系統S2與控壓供氣系統S5之間設置預冷系統S4。本發明能實時、原位監測溶液中組分的紅外光譜變化和濃度變化情況，無需取樣，在分子水平上加深對客體分子溶解、誘導、成核及水合物生長等過程機理的理解，而且添加劑對水合物生成動力學的影響機理也可以得到進一步研究。

技術領域

本發明涉及一種分子層面上在線紅外原位分析氣體水合物技術領域，尤其涉及一種分子層面上在線紅外光譜儀原位監測氣體水合物生成與分解過程的裝置及其使用方法。

背景技術

天然氣水合物主要賦存于陸地永久凍土區和海洋沉積物中，具有分布廣、儲量大和能量密度高等特征，已經成為替代煤、炭、石油與天然氣等傳統能源的新能源。水合物技術也可應用于氣體分離、天然氣儲運、二氧化碳捕獲與封存、蓄冷技術等領域。然而天然氣水合物的形成也會導致天然氣管道堵塞、危及深海開采平臺設備的安全。

氣體水合物的形成與分解機理對于天然氣水合物成藏機理、開采及相關技術的應用具有重要意義。氣體水合物的生成需要滿足氣體擴散到液體、低溫、高壓的條件，這使得氣體水合物形成與分解過程的微觀監測及表征方法受到限制。水合物常用的表征方法有XRD，RAMAN，NMR，它們需要是借助反應釜生成水合物，然后轉移水合物至低溫臺進行檢測。取樣過程中由于周圍環境的變化，會引起水合物的分解或內部結構轉變，從而無法實現原位表征水合物的微觀結構。而對水合物的微觀機理研究，目前主要通過反應釜透視窗直接觀察，宏觀壓力、溫度、電阻率等間接變量，以及計算機模擬和理論計算等方法。目前難以實時、原位獲得水合物生成過程中高精度的分子變化行為，以及促進劑或抑制劑對水合物生成/分解機理的影響。為了滿足水合物領域研究的需求，迫切需要一套能夠從分子層面、在線原位監測氣體水合物生成與分解過程的裝置和表征方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種分子層面上在線紅外光譜儀原位監測氣體水合物生成與分解過程的裝置及其使用方法。通過在線紅外光譜儀實時、原位監測體系分子的光譜變化，無需取樣，結合宏觀溫度、壓力隨時間的變化，可以得到體系中的分子在水合物生成/分解前后的變化行為，從而在分子水平上加深對客體分子溶解、誘導、成核及水合物生長機理的理解，而且添加劑對水合物生成動力學的影響機理也可以得到進一步研究。

本發明的目的在于提供一種分子層面上在線紅外光譜儀原位監測氣體水合物生成與分解過程的裝置，通過該裝置結合宏觀上溫度變化以及微觀分子的光譜變化，可以在線、原位監測溶液中分子轉化為水合物前后的變化行為。

本發明采用現代精密監測儀器，準確度高，可以直接聯合高壓反應釜使用，無需定做帶透視窗的復雜反應釜。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種分子層面上在線紅外光譜儀原位監測氣體水合物生成與分解過程的裝置，包括反應釜系統S2，反應釜系統S2與在線紅外光譜檢測系統S1、液體自動進樣裝置S3、預冷系統S4、控壓供氣系統S5、真空系統S6和數據采集與處理系統S7分別相連，數據采集與處理系統S7與在線紅外光譜檢測系統S1、預冷系統S4分別相連。

進一步地，所述的反應釜系統S2包括反應釜，及與所述反應釜配合使用的能檢測反應釜內水合物的溫度的溫度傳感器A和檢測壓力的壓力傳感器A，以及設置在反應釜內部的攪拌器。