CN102042998A

CN102042998A - 水合物生成动力学模拟实验装置

Info

Publication number: CN102042998A
Application number: CN 201010222115
Authority: CN
Inventors: 业渝光; 陈强; 刁少波; 刘昌岭; 孟庆国; 程军
Original assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Current assignee: Qingdao Institute of Marine Geology
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明涉及一种模拟实验装置，尤其涉及一种水合物生成的动力学模拟实验装置。本发明的水合物生成动力学模拟实验装置，包括稳压供气单元、饱和水制备釜、水合物反应釜、恒温控制器、数据采集处理单元，稳压供气单元通过管道和阀门分别与饱和水制备釜、水合物反应釜连接；饱和水制备釜通过管道与水合物反应釜连接；水合物反应釜分别与恒温控制器、数据采集处理单元电气连接。本发明的气体水合物动力学实验装置，可以精确测定水合物形成动力学速率，所述装置简单、造价低廉、操作方便。

Description

水合物生成动力学模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟实验装置，尤其涉及一种水合物生成的动力学模拟实验装置。

背景技术

天然气水合物是天然气中低分子量的烃类化合物与水在低温、高压下形成的固体合物，是自然界存在的最典型的气体水合物，天然气水合物具有储量大、分布广、埋藏浅、能量密度高、燃烧后无污染等优点。随着气体水合物研究的日益深入，特别是天然气水合物开采技术研究的发展，气体水合物技术在天然气储运、混合气体分离等方面的应用前景日益显现。在气体水合物模拟实验研究中，气体水合物形成、分解条件及其动力学的模拟实验研究是实现天然气水合物资源开采利用以及气体水合物技术在其它领域应用的的基础和前提条件。

天然气水合物的热力学研究到80年代已经达到了相当成熟的程度，各国科学家相继建立了比较成熟的水合物生成条件的热力学模型。随着研究的深入，水合物的研究开始从热力学转向动力学，研究体系也从开始的纯溶液体系转向多孔介质体系。对水合物在多孔介质中动力学的研究直接关系到地层中固态甲烷水合物的利用、动态抑制剂的开发以及石油和天然气运输管线与加工设备设计的合理性。

天然气水合物的形成一般经历成核-微晶-结晶-聚集四个主要过程。水合物成核是指在被水合物形成气过饱和的溶液中形成一种具有临界尺寸的、稳定的晶核的过程。当溶液处于过冷状态或过饱和状态时，就可能发生成核现象。成核过程机理复杂且不易观测一直是水合物研究的难点之一。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种水合物生成动力学模拟实验装置，其设备简单、操作方便、测试精确。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括稳压供气单元、饱和水制备釜、水合物反应釜、恒温控制器、数据采集处理单元，稳压供气单元通过管道和阀门分别与饱和水制备釜、水合物反应釜连接；饱和水制备釜通过管道与水合物反应釜连接；水合物反应釜分别与恒温控制器、数据采集处理单元电气连接。

水合物反应釜包括外筒体，外筒体内设有内筒体，内筒体内设有两个热电阻，内筒体的侧壁上设有铂电极，热电阻、铂电极分别与数据采集处理单元电气连接。本装置将电阻探测法应用于水合物动力学过程研究，利用自由水结晶成核改变介质电阻的特点，通过电阻变化反应水合物动力学过程。并将电阻数据与反应温度压力相结合，形成一套专门的水合物生成动力学模拟实验装置。为获得实验中电阻数据，特制了反应内筒，在筒壁内侧上下分别安装了一组铂电极组，实验时将每组铂电极组连接至恒定电位仪，此时就可通过频响分析仪测出对应铂电极之间的阻抗。同时，筒内还装备两只热电阻，用来测量电极之间的温度，这不仅能够监测水合物反应情况，并且对于分析阻抗变化的原因也是非常重要的。阻抗采集系统采用天津中环电子仪器公司生产的TD1250阻抗测试仪，该系统是由TD1250频响分析仪+TD3691恒电位仪组成的电化学交流阻抗测试系统。铂电极，用于测量所述反应釜内电导率随水合物生成的变化实验数据，并采集数据传递到数据采集处理单元。通过搅拌速度、电阻率、温度压力分别对气体水合物生成进行分析得出动力学数据。

数据采集处理单元包括频响分析仪、传感器、恒定电位仪、PC机，频响分析仪分别与传感器、恒定电位仪、PC机以及水合物反应釜的内筒体连接。传感器包括温度传感器和压力传感器。所述数据采集处理单元用于自动实时测量、记录反应釜中的压力、温度，配合罐的压力和反应釜的进气、排气流速。压力传感器、温度传感器通过信号线连接反应釜，然后通过数据线与PC机连接，反应釜内的温度、压力、电阻率等数据被及时采集保存。

稳压供气单元包括供气瓶和稳压设备。管道上设有流量计。饱和水制备釜包括搅拌器以及与搅拌器连接的饱和水反应器。搅拌器采用电动搅拌，其搅拌速度可通过调整步进电机转速来调整，用于在进行水溶液中气体水合物形成动力学测定时提高气液接触效率。

所述恒温控制器，能够控制水合物反应釜中的温度。

本发明的气体水合物动力学实验装置，可以精确测定水合物形成动力学速率，所述装置简单、造价低廉、操作方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本装置做详细描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为反应釜内筒体内部结构示意图。

图中：1、PC机；2、恒定电位仪；3、频响分析仪；4、饱合水制备釜；5、搅拌器；6、饱和水反应器；7、水合物反应釜；8、外筒体；9、内筒体；10、饱合水制备釜进气口；11、水合物反应釜进气口；12、传感器；13、阀门；14、流量计；15、抽真空口；16、供气瓶；17、稳压设备；18、铂电极；19、热电阻；20、恒温控制器。

具体实施方式

本装置包括稳压供气单元、饱和水制备釜4、水合物反应釜7、恒温控制器20、数据采集处理单元，稳压供气单元通过管道和阀门13分别与饱和水制备釜4、水合物反应釜7连接；饱和水制备釜4通过管道与水合物反应釜7连接；水合物反应釜7分别与恒温控制器20、数据采集处理单元电气连接。

水合物反应釜7包括外筒体8，外筒体8内设有内筒体9，内筒体9侧壁上内设有铂电极18，内筒体9的中央设有两个热电阻19，铂电极18、热电阻19分别与数据采集处理单元电气连接。稳压供气单元包括供气瓶16和稳压设备17。管道上设有流量计14。饱和水制备釜4包括搅拌器5以及与搅拌器连接的饱和水反应器6。数据采集处理单元包括频响分析仪3、传感器12、恒定电位仪2、PC机1，频响分析仪3分别与传感器12、恒定电位仪2、PC机1以及水合物反应釜的内筒体9连接。传感器12包括温度传感器和压力传感器。

实验时将多孔介质加入内筒体9中完全覆盖两对铂电极18，将测温用热电阻19固定后封闭水合物反应釜7。通过稳压气源向水合物反应釜7中注入高压气体。在一定压力下，将制备好的饱和气水溶液加入反应釜内筒体9中。在水合物反应釜7的进气管道上装有压力表，用来检测其气压变化。水合物反应釜外筒体8包裹水浴夹套，通过冷却液循环控制水合物反应釜7内温度。

实验数据通过水合物核化监测系统软件配合TD1250电化学测试软件共同采集。实验开始时，通过软件可以设定恒电位仪2所使用的电位、频响分析仪3所使用的频率，对温压数据采集的频率和质量流量计对流速流量记录的时间间隔等参数。实验过程中计算机可以记录反应釜内各参数的变化，如温度、压力、瞬时流速、累计流量、电极间的阻抗Z’和容抗Z”等。同时，还可以将各类数据以曲线的形式展示出来，对反应变化有更直观的表示。

当系统运行达到稳定平衡后，通过数据采集处理单元自动取样，在频响分析仪3上分析水合物成分，通过数据采集系统将采集到的数据传输至PC机1，进行数据处理，计算出水合物合成的反应速率。

Claims

1.一种水合物生成动力学模拟实验装置，其特征在于，包括稳压供气单元、饱和水制备釜、水合物反应釜、恒温控制器、数据采集处理单元，稳压供气单元通过管道和阀门分别与饱和水制备釜、水合物反应釜连接；饱和水制备釜通过管道与水合物反应釜连接；水合物反应釜分别与恒温控制器、数据采集处理单元电气连接。

2.根据权利要求1所述的水合物生成动力学模拟实验装置，其特征在于，水合物反应釜包括外筒体，外筒体内设有内筒体，内筒体内设有两个热电阻，内筒体的侧壁上设有铂电极，热电阻、铂电极分别与数据采集处理单元电气连接。

3.根据权利要求1或2所述的水合物生成动力学模拟实验装置，其特征在于，稳压供气单元包括供气瓶和稳压设备。

4.根据权利要求3所述的水合物生成动力学模拟实验装置，其特征在于，管道上设有流量计。

5.根据权利要求1所述的水合物生成动力学模拟实验装置，其特征在于，饱和水制备釜包括搅拌器以及与搅拌器连接的饱和水反应器。

6.根据权利要求4或5所述的水合物生成动力学模拟实验装置，其特征在于，数据采集处理单元包括频响分析仪、传感器、恒定电位仪、PC机，频响分析仪分别与传感器、恒定电位仪、PC机以及水合物反应釜的内筒体连接。

7.根据权利要求6所述的水合物生成动力学模拟实验装置，其特征在于，传感器包括温度传感器和压力传感器。