CN109000751B - 天然气水合物的体积测量设备及方法 - Google Patents
天然气水合物的体积测量设备及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109000751B CN109000751B CN201810396902.XA CN201810396902A CN109000751B CN 109000751 B CN109000751 B CN 109000751B CN 201810396902 A CN201810396902 A CN 201810396902A CN 109000751 B CN109000751 B CN 109000751B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- carbon dioxide
- measuring
- valve
- cut
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N methane clathrate Chemical compound C.C.C.C.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 228
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 205
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 114
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 114
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 94
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 75
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 41
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 81
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 24
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 13
- -1 natural gas hydrates Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 68
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 17
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 17
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F22/00—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for
Abstract
本发明公开了一种天然气水合物的体积测量设备及方法，其中，天然气水合物的体积测量设备包括测量舱、恒温装置、气体吸收瓶、进气装置及称重装置，连接管路设置有第一截断阀，气体吸收瓶内盛放有氯化钙溶液；当测量时，先关闭第一截断阀，通过进气装置向测量舱内充入二氧化碳气体，当二氧化碳气体充满测量舱后，再打开第一截断阀，通过进气装置向测量舱内充入惰性气体，惰性气体沿连接管路将二氧化碳气体运载至气体吸收瓶内，二氧化碳气体与氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体；称重装置用于称量碳酸钙固体的质量。本发明的技术方案能够有效地解决现有技术无法在维持天然气水合物样品原状的情况下，对天然气水合物样品的体积进行精确测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物的体积测量技术领域，尤其涉及一种天然气水合物的体积测量设备及方法。
背景技术
天然气水合物广泛分布于深海沉积物中，是由甲烷气体和水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。1立方米天然气水合物可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多，并且全球分布广泛，所以具有极高的资源价值。随着我国经济实力和科学技术的不断发展，正在大力发展海洋天然气水合物调查和试开采工作。
由于天然气水合物在常温常压下极易分解成水和天然气，所以实验室保存天然气水合物样品，通常是将样品用锡箔纸包裹后，放于液氮罐中冷冻保存(在常压下，液氮温度为-196℃)。
在此极度低温下，天然气水合物样品呈现松散的不规则块状。在现有技术中，不规则固体样品的体积测量一般采用排水法，但是此法不适合液氮冷冻保存的天然气水合物样品体积的测定，主要原因如下：
1、天然气水合物样品温度极低，当放入水中时，水会在样品表面迅速结冰，造成体积膨胀，从而影响测定结果；
2、当天然气水合物样品放入水中时，温度会快速升高，导致样品分解(常压下天然气水合物样品的分解温度为-45℃)，破坏了样品的原状。
3、如果使用其他液体代替水来进行体积测量，则会对天然气水合物样品造成污染。
因此，应用现有的测量方法无法在维持天然气水合物样品原状的情况下，对天然气水合物样品的体积进行精确的测量。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种天然气水合物的体积测量设备及方法，以解决现有技术无法在维持天然气水合物样品原状的情况下，对天然气水合物样品的体积进行精确测量的问题。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种天然气水合物的体积测量设备，包括：测量舱，用于放置天然气水合物样品；恒温装置，与测量舱相配合以使测量舱内保持在预定温度；气体吸收瓶，通过连接管路与测量舱连通，连接管路上设置有第一截断阀，气体吸收瓶内盛放有氯化钙溶液，氯化钙溶液的液面低于连接管路与测量舱连通的管口；进气装置，进气装置与测量舱连通，当进行测量时，先将第一截断阀关闭，通过进气装置向测量舱内充入二氧化碳气体，当二氧化碳气体充满测量舱后，再将第一截断阀打开，通过进气装置向测量舱内充入惰性气体，惰性气体沿着连接管路将二氧化碳气体全部运载至气体吸收瓶内，二氧化碳气体与氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体；称重装置，用于称量碳酸钙固体的质量。
优选地，还包括第一排气管路、二氧化碳探测仪以及温度计，第一排气管路与测量舱的顶部连通，第一排气管路上设置有第二截断阀，二氧化碳探测仪的探测端和温度计的测温端均伸入至测量舱内。
优选地，进气装置包括用于充入二氧化碳气体的第一进气管路以及用于充入惰性气体的第二进气管路，第一进气管路与测量舱的底部连通，第二进气管路与测量舱的顶部连通，连接管路的两端分别与测量舱的底部和气体吸收瓶的底部连通，第一进气管路上设置有第三截断阀，第二进气管路上设置有第四截断阀。
优选地，还包括第二排气管路，第二排气管路与气体吸收瓶的顶部连通，第二排气管路上设置有第五截断阀，氯化钙溶液充满气体吸收瓶。
优选地，氯化钙溶液为饱和氯化钙溶液。
优选地，还包括甲烷探测仪，甲烷探测仪的探测端伸入至测量舱内。
优选地，测量舱包括顶部开口的舱体以及盖设在舱体上的密封盖，第一排气管路连接在密封盖上。
优选地，预定温度大于-56.6℃且小于-45℃。
根据本发明的另一方面，提供了一种天然气水合物的体积测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤10，通过操作恒温装置使空置的测量舱内的温度保持在预定温度，该预定温度大于-56.6℃且小于-45℃，此时测量舱处于空置状态；
步骤20，关闭连接管路上的第一截断阀，通过进气装置向测量舱内充入二氧化碳气体；
步骤30，当二氧化碳气体充满测量舱后，打开第一截断阀，通过进气装置向测量舱内充入惰性气体，惰性气体沿着连接管路将二氧化碳气体运载至气体吸收瓶内，二氧化碳气体与氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体；
步骤40，当二氧化碳气体全部运载至气体吸收瓶内并反应生成碳酸钙固体后，通过称重装置称量碳酸钙固体，得到其质量为M1；
步骤50，更换气体吸收瓶内的氯化钙溶液或将另一个盛放有氯化钙溶液的气体吸收瓶与测量舱连接，将液氮中取出的天然气水合物样品放置于测量舱中，重复步骤20至步骤40，此次称量得到碳酸钙固体的质量为M2；
步骤60，在压力和温度恒定的情况下，碳酸钙固体的质量和测量舱内二氧化碳气体的体积成正比，测量舱的容积为V，故天然气水合物样品的体积
优选地，
进气装置包括用于充入二氧化碳气体的第一进气管路以及用于充入惰性气体的第二进气管路，第一进气管路上设置有第三截断阀，第二进气管路上设置有第四截断阀；
在步骤10和步骤20之间还包括：步骤11，打开测量舱的密封盖，在测量舱底部铺上一层锡箔纸，将密封盖关闭；
步骤20还包括：关闭第一截断阀和第四截断阀，打开第三截断阀和第一排气管路上的第二截断阀，通过第一进气管路向测量舱内充入二氧化碳气体，二氧化碳气体的密度大于空气的密度，测量舱内的空气通过第一排气管路向上排出；
步骤30还包括：当二氧化碳探测仪和温度计的读数保持恒定时，可认为二氧化碳气体已充满测量舱，此时，先关闭第三截断阀，使测量舱内压力与大气压相等，再关闭第二截断阀，打开第一截断阀、第四截断阀以及第二排气管路上的第五截断阀，通过第二进气管路向测量舱内充入惰性气体，惰性气体的密度小于二氧化碳气体的密度，惰性气体沿着连接管路将二氧化碳气体运载至气体吸收瓶内，二氧化碳气体与氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体，进入气体吸收瓶的惰性气体从第二排气管路向上排出；
步骤40还包括：当二氧化碳探测仪读数为零时，可认为测量舱内二氧化碳气体已全部被运载至气体吸收瓶内并反应生成碳酸钙固体，此时，关闭第一截断阀、第四截断阀以及第五截断阀，收集气体吸收瓶内的碳酸钙固体，通过称重装置称量碳酸钙固体，得到其质量为M1；
步骤50还包括：打开测量舱的密封盖，将液氮中取出的天然气水合物样品放置于测量舱底部的锡箔纸上，将密封盖关闭，重复步骤20至步骤40，此次称量得到碳酸钙固体的质量为M2；
在步骤50和步骤60之间还包括：步骤51，打开密封盖，用锡箔纸将天然气水合物样品包裹好取出，并放入液氮中保存。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
应用本实施例的天然气水合物的体积测量设备，设置上述测量舱、恒温装置、气体吸收瓶、进气装置以及称重装置。设定测量舱的容积为V。
首先，对空置状态下的测量舱进行测量。具体地，先将第一截断阀关闭，测量舱与气体吸收瓶之间断开。通过进气装置向测量舱内充入二氧化碳气体。当二氧化碳气体充满测量舱后，再将第一截断阀打开，测量舱与气体吸收瓶之间连通。此时，二氧化碳气体的体积与测量舱的容积相等，即此部分二氧化碳气体的体积为V。通过进气装置向测量舱内充入惰性气体，惰性气体沿着连接管路将测量舱内的二氧化碳气体全部运载至气体吸收瓶内，二氧化碳气体与氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体。称重装置称量该部分碳酸钙固体的质量为M1。
其次，对放入天然气水合物样品后的测量舱进行测量。具体地，更换气体吸收瓶内的氯化钙溶液或将另一个盛放有氯化钙溶液的气体吸收瓶与测量舱连接，将液氮中取出的天然气水合物样品放置于测量舱中。重复上述步骤，在此过程中，二氧化碳气体的体积为测量舱的容积减去天然气水合物样品的体积V样，即此部分二氧化碳气体的体积为V-V样，最终得到的碳酸钙固体的质量为M2。
在压力和温度恒定的情况下，碳酸钙固体的质量和测量舱内二氧化碳气体的体积成正比。因此，天然气水合物样品的体积
根据该公式即可得到天然气水合物样品的体积，从而实现在维持天然气水合物样品原状的情况下，对天然气水合物样品的体积进行精确测量。
附图说明
图1为本发明的天然气水合物的体积测量设备的实施例的结构示意图。
图中：10、测量舱；11、舱体；12、密封盖；20、恒温装置；30、气体吸收瓶；40、连接管路；50、进气装置；51、第一进气管路；52、第二进气管路；60、第一排气管路；70、二氧化碳探测仪；80、温度计；90、第二排气管路；100、甲烷探测仪；101、第一截断阀；102、第二截断阀；103、第三截断阀；104、第四截断阀；105、第五截断阀；200、管路接头。
具体实施方式
下面参考附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件或处理的表示和描述。
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本实施例的天然气水合物的体积测量设备能够应用于海洋天然气水合物的研究和开采过程中对其不规则体积的测量，即在维持天然气水合物样品原状的情况下，对呈松散块状的天然气水合物样品的体积进行精确测定。
如图1所示，本实施例的天然气水合物的体积测量设备包括测量舱10、恒温装置20、气体吸收瓶30、进气装置50以及称重装置(图中未示出)。其中，测量舱10用于放置天然气水合物样品。恒温装置20与测量舱10相配合以使测量舱10内保持在预定温度。气体吸收瓶30通过连接管路40与测量舱10连通。连接管路40上设置有第一截断阀101。气体吸收瓶30内盛放有氯化钙溶液，氯化钙溶液的液面低于连接管路40与测量舱10连通的管口。进气装置50与测量舱10连通，通过进气装置50能够选择性地向测量舱10内充入二氧化碳气体或惰性气体。
应用本实施例的天然气水合物的体积测量设备，设置上述测量舱10、恒温装置20、气体吸收瓶30、进气装置50以及称重装置。设定测量舱10的容积为V。
首先，对空置状态下的测量舱10进行测量。具体地，先将第一截断阀101关闭，测量舱10与气体吸收瓶30之间断开。通过进气装置50向测量舱10内充入二氧化碳气体。当二氧化碳气体充满测量舱10后，再将第一截断阀101打开，测量舱10与气体吸收瓶30之间连通。此时，二氧化碳气体的体积与测量舱10的容积相等，即此部分二氧化碳气体的体积为V。通过进气装置50向测量舱10内充入惰性气体，惰性气体沿着连接管路40将测量舱10内的二氧化碳气体全部运载至气体吸收瓶30内，二氧化碳气体与氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体。称重装置称量该部分碳酸钙固体的质量为M1。
其次，对放入天然气水合物样品后的测量舱10进行测量。具体地，更换气体吸收瓶30内的氯化钙溶液或将另一个盛放有氯化钙溶液的气体吸收瓶30与测量舱10连接，将液氮中取出的天然气水合物样品放置于测量舱10中。重复上述步骤，在此过程中，二氧化碳气体的体积为测量舱10的容积减去天然气水合物样品的体积V样，即此部分二氧化碳气体的体积为V-V样，最终得到的碳酸钙固体的质量为M2。
在压力和温度恒定的情况下，碳酸钙固体的质量和测量舱10内二氧化碳气体的体积成正比。因此，天然气水合物样品的体积
根据该公式即可得到天然气水合物样品的体积，从而实现在维持天然气水合物样品原状的情况下，对天然气水合物样品的体积进行精确测量。
需要说明的是，在本实施例中，恒温装置20为低温恒温装置，具体为低温冰箱，该低温冰箱的温度可以设定并保持恒定。将测量舱10放置于上述低温冰箱中，通过设定低温冰箱的温度以保证测量过程中测量舱10的温度保持在预定温度。
为了防止天然气水合物样品分解、保证天然气水合物样品维持原状，同时防止二氧化碳气体凝结成液体，上述预定温度应大于二氧化碳气体的沸点、小于天然气水合物样品的分解温度。具体地，在常压下，二氧化碳气体的沸点为-56.6℃，天然气水合物样品的分解温度为-45℃。因此，测量舱10的温度(预定温度)应控制在-45℃至-56.6℃之间，优选地，预定温度为-50℃。
当然，恒温装置20的具体形式以及预定温度的具体数值不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，恒温装置可以为其他能够使测量舱内保持低温恒温的装置，例如，可以采用低温恒温器、低温水浴装置等；预定温度的具体数值也可以根据要求进行选择，只要在-45℃至-56.6℃之间即可。
在本实施例的天然气水合物的体积测量设备中，气体吸收瓶30内盛放的氯化钙溶液的液面低于连接管路40与测量舱10连通的管口，这样可以防止第一截断阀101打开时气体吸收瓶30中的液体倒流入测量舱10内。此外，在本实施例中，通过进气装置50向测量舱10内充入的惰性气体为氦气。氦气为不可燃气体，其化学性质不活泼，不与二氧化碳气体、天然气水合物、氯化钙溶液反应。因此，当氦气沿着连接管路40通向气体吸收瓶30过程中，可以作为载体将测量舱10内的二氧化碳气体全部运载至气体吸收瓶30内。当然，惰性气体的具体形式不限于此，在其他实施方式中，惰性气体可以为其他化学性质不活泼、并且不与二氧化碳、天然气水合物、氯化钙反应的气体，例如氖气、氩气等。
如图1所示，在本实施例的天然气水合物的体积测量设备中，测量舱10包括顶部开口的舱体11以及盖设在舱体11上的密封盖12。打开密封盖12后，可以从舱体11的顶部开口处放入或取出天然气水合物样品，关闭密封盖12后，测量舱10整体形成一封闭空间。
如图1所示，天然气水合物的体积测量设备还包括第一排气管路60、二氧化碳探测仪70、温度计80以及甲烷探测仪100。具体地，在本实施例中，第一排气管路60的一端连接在密封盖12上并与测量舱10连通，第一排气管路60的另一端竖直向上延伸。第一排气管路60上设置有第二截断阀102。二氧化碳探测仪70、温度计80以及甲烷探测仪100均设置在密封盖12上，二氧化碳探测仪70的探测端、温度计80的测温端、甲烷探测仪100的探测端均伸入至测量舱10内。
在本实施例中，当向测量舱10充入二氧化碳气体之前，测量舱10内存在空气。此时，先将第一排气管路60上的第二截断阀102打开。由于二氧化碳气体的密度大于空气的密度，在充入二氧化碳气体的过程中，测量舱10内的空气向上走并通过第一排气管路60向上排出，从而使该部分空气顺利排出。当然，在图中未示出的其他实施方式中，如果能够使测量舱在测量之前其内部为真空状态，也可以不设置第一排气管路。
二氧化碳探测仪70能够实时显示测量舱10内的二氧化碳浓度，温度计80能够实时显示测量舱10内的温度。在充入二氧化碳气体的过程中，当二氧化碳探测仪70和温度计80的读数保持恒定时，就可认为二氧化碳气体已充满测量舱10。当二氧化碳探测仪70读数为零时，可认为测量舱10内二氧化碳气体已全部被运载至气体吸收瓶30内。当然，在图中未示出的其他实施方式中，也可以利用其它方法测试二氧化碳气体是否充满测量舱。例如，测量舱在测量之前其内部为真空状态的情况下，可以设置压力表实时测量充入二氧化碳气体的过程中测量舱内部压力，从而判断二氧化碳气体是否充满测量舱。
此外，在本实施例中，甲烷探测仪100的灵敏度很高，其可以用于探测显示甲烷浓度。如果是测量过程中甲烷探测仪100探测到测量舱10内有甲烷气体，则说明天然气水合物样品开始分解，这时应立即终止测量，迅速打开密封盖12，取出样品并迅速投入液氮中冷冻，以保证样品不被破坏。
需要说明的是，第一排气管路60、二氧化碳探测仪70、温度计80以及甲烷探测仪100的设置位置不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，密封盖可以设置在测量舱的侧面，第一排气管路、二氧化碳探测仪、温度计、甲烷探测仪直接与舱体的顶壁连通；或者，二氧化碳探测仪、温度计、甲烷探测仪直接设置在舱体的周向侧壁上。
如图1所示，在本实施例的天然气水合物的体积测量设备中，进气装置50包括用于充入二氧化碳气体的第一进气管路51以及用于充入氦气(惰性气体)的第二进气管路52。第一进气管路51与测量舱10的底部连通。第二进气管路52与测量舱10的顶部连通。连接管路40的两端分别与测量舱10的底部和气体吸收瓶30的底部连通。第一进气管路51上设置有第三截断阀103。第二进气管路52上设置有第四截断阀104。在本实施例中，第一进气管路51、第二进气管路52、连接管路40与测量舱10连通的一端均连接在测量舱10的周向侧壁上，连接管路40与气体吸收瓶30连通的一端连接在气体吸收瓶30的周向侧壁上。上述第一进气管路51与第二进气管路52相互独立设置，两者分别用于充入二氧化碳气体和氦气，更加便于操作。因为氦气的密度小于二氧化碳气体的密度，第一进气管路51、第二进气管路52、连接管路40的上述具体位置的设置为了氦气能够更顺利地沿着连接管路40将二氧化碳气体运载至气体吸收瓶30内。
如图1所示，在本实施例的天然气水合物的体积测量设备中，体积测量设备还包括第二排气管路90。第二排气管路90与气体吸收瓶30的顶部连通。第二排气管路90上设置有第五截断阀105。氯化钙溶液充满气体吸收瓶30。氦气携带着二氧化碳气体进入气体吸收瓶30内后，二氧化碳气体在足够多的氯化钙溶液内充分反应，氦气顺着第二排气管路90向上排出，这样可以防止气体吸收瓶30内氦气过多引发爆炸。当然，在图中未示出的其他实施方式中，如果气体吸收瓶本身体积足够大，气体吸收瓶内仅盛放半瓶氯化钙溶液，并且其余部分不存在空气，此时也可以不设置第二排气管路，氦气直接存放于气体吸收瓶内。
在本实施例中，氯化钙溶液为饱和氯化钙溶液，这样能够使气体吸收瓶30对二氧化碳气体具有很强吸收能力和很高的吸收容量，生成的碳酸钙固体沉淀溶解度极小，而且过滤收集、分析称重过程方便快捷准确，这样就保证了天然气水合物的体积测量设备在使用过程中同样具有方便快捷和准确的特征。
如图1所示，在本实施例的天然气水合物的体积测量设备中，连接管路40分为独立的两段，两段之间通过管路接头200连接。第一截断阀101安装在连接管路40靠近气体吸收瓶30一侧的部分上。上述管路接头200方便将测量舱10和气体吸收瓶30分离和连接。此外，在本实施例中，第一截断阀101、第二截断阀102、第三截断阀103、第四截断阀104、第五截断阀105均为球形阀。当然，截断阀的种类很多，其主要用于截断或接通介质流，包括闸阀、截止阀、隔膜阀、球形阀、旋塞阀、碟阀、柱塞阀、球塞阀、针型仪表阀等。在其他实施方式中，也可以根据需要选择其他类型的截断阀。
本申请还提供了一种天然气水合物的体积测量方法，根据上述天然气水合物的体积测量方法的实施例包括如下步骤：
步骤10，将低温冰箱(恒温装置20)设定在-50℃，并保持温度恒定，从而使测量舱10内保持在-50℃(预定温度优选为-50℃，也可以为-56.6℃至-45℃)，此时测量舱10处于空置状态；
步骤11，打开测量舱10的密封盖12，在测量舱10底部铺上一层锡箔纸，将密封盖12关闭；
步骤20，关闭连接管路40上的第一截断阀101和第二进气管路52上的第四截断阀104，打开第一进气管路51上的第三截断阀103和第一排气管路60上的第二截断阀102，通过第一进气管路51向测量舱10内缓慢充入二氧化碳气体，二氧化碳气体的密度大于空气的密度，测量舱10内的空气通过第一排气管路60向上排出；
步骤30，当二氧化碳探测仪70和温度计80的读数保持恒定时，可认为二氧化碳气体已充满测量舱10，此时，先关闭第三截断阀103，使测量舱10内压力与大气压相等，再关闭第二截断阀102，打开第一截断阀101、第四截断阀104以及第二排气管路90上的第五截断阀105，通过第二进气管路52向测量舱10内缓慢充入氦气(惰性气体)，氦气的密度小于二氧化碳气体的密度，氦气沿着连接管路40将二氧化碳气体运载至气体吸收瓶30内，二氧化碳气体与饱和氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体，进入气体吸收瓶30的氦气从第二排气管路90向上排出；
步骤40，当二氧化碳探测仪70读数为零时，可认为测量舱10内二氧化碳气体已全部被运载至气体吸收瓶30内并反应生成碳酸钙固体，此时，关闭第一截断阀101、第四截断阀104以及第五截断阀105，在管路接头200处将测量舱10和气体吸收瓶30分离，过滤收集气体吸收瓶30内的碳酸钙固体，通过称重装置称量碳酸钙固体，得到其质量为M1；
步骤50，更换气体吸收瓶30内的饱和氯化钙溶液或将另一个盛放有饱和氯化钙溶液的气体吸收瓶30与测量舱10连接，打开测量舱10的密封盖12，将液氮中取出的天然气水合物样品放置于测量舱10底部的锡箔纸上，将密封盖12关闭，重复步骤20至步骤40，此次称量得到碳酸钙固体的质量为M2；
步骤51，打开密封盖12，用锡箔纸将天然气水合物样品包裹好取出，并放入液氮中保存；
步骤60，在压力和温度恒定的情况下，碳酸钙固体的质量和测量舱10内二氧化碳气体的体积成正比，测量舱10的容积为V，故天然气水合物样品的体积
在本实施例的体积测量方法中，测量舱10通入二氧化碳气体和氦气的过程一定要缓慢，因为相对于测量舱10来说，二氧化碳气体和氦气的温度很高，缓慢充入可以保持测量舱10内的低温恒定。此外，先在测量舱10中放置锡箔纸，再把天然气水合物样品放置在锡箔纸上，这样更加便于取出天然气水合物样品时对样品的及时保护，特别是在甲烷探测仪100探测到测量舱10内有甲烷气体时，可迅速用锡箔纸将样品包裹好、投入液氮中冷冻，从而保证样品不被破坏。当然，在其他实施方式中，也可以将液氮中取出的天然气水合物样品直接放置于测量舱中。
随着我国经济实力和科学技术的不断发展，正在大力开展天然气水合物的调查和开采工作。天然气水合物往往埋藏于水深超过800米的海域，并且分布于海底以下100米深部的层位。目前，天然气水合物样品的获取，通常采用钻探保压取芯的方法。所以，天然气水合物样品的获取需要投入的经费巨大，液氮保存的天然气水合物样品非常珍贵。本申请的天然气水合物的体积测量设备及方法能够在保证天然气水合物样品不被破坏的前提下，实现对呈松散不规则块状的天然气水合物样品体积进行精确测量，对于天然气水合物的研究，具有重要意义。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种天然气水合物的体积测量设备，其特征在于，包括：
测量舱(10)，用于放置天然气水合物样品；
恒温装置(20)，与所述测量舱(10)相配合以使所述测量舱(10)内保持在预定温度；
气体吸收瓶(30)，通过连接管路(40)与所述测量舱(10)连通，所述连接管路(40)上设置有第一截断阀(101)，所述气体吸收瓶(30)内盛放有氯化钙溶液，所述氯化钙溶液的液面低于所述连接管路(40)与所述测量舱(10)连通的管口；
进气装置(50)，所述进气装置(50)与所述测量舱(10)连通，当进行测量时，先将所述第一截断阀(101)关闭，通过所述进气装置(50)向所述测量舱(10)内充入二氧化碳气体，当所述二氧化碳气体充满所述测量舱(10)后，再将所述第一截断阀(101)打开，通过所述进气装置(50)向所述测量舱(10)内充入惰性气体，所述惰性气体沿着所述连接管路(40)将所述二氧化碳气体全部运载至所述气体吸收瓶(30)内，所述二氧化碳气体与所述氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体；
称重装置，用于称量所述碳酸钙固体的质量；
还包括第一排气管路(60)、二氧化碳探测仪(70)以及温度计(80)，所述第一排气管路(60)与所述测量舱(10)的顶部连通，所述第一排气管路(60)上设置有第二截断阀(102)，所述二氧化碳探测仪(70)的探测端和所述温度计(80)的测温端均伸入至所述测量舱(10)内；
所述进气装置(50)包括用于充入二氧化碳气体的第一进气管路(51)以及用于充入惰性气体的第二进气管路(52)，所述第一进气管路(51)与所述测量舱(10)的底部连通，所述第二进气管路(52)与所述测量舱(10)的顶部连通，所述连接管路(40)的两端分别与所述测量舱(10)的底部和所述气体吸收瓶(30)的底部连通，所述第一进气管路(51)上设置有第三截断阀(103)，所述第二进气管路(52)上设置有第四截断阀(104)；
还包括第二排气管路(90)，所述第二排气管路(90)与所述气体吸收瓶(30)的顶部连通，所述第二排气管路(90)上设置有第五截断阀(105)，所述氯化钙溶液充满所述气体吸收瓶(30)。
2.根据权利要求1所述的天然气水合物的体积测量设备，其特征在于，所述氯化钙溶液为饱和氯化钙溶液。
3.根据权利要求1所述的天然气水合物的体积测量设备，其特征在于，还包括甲烷探测仪(100)，所述甲烷探测仪(100)的探测端伸入至所述测量舱(10)内。
4.根据权利要求1所述的天然气水合物的体积测量设备，其特征在于，所述测量舱(10)包括顶部开口的舱体(11)以及盖设在所述舱体(11)上的密封盖(12)，所述第一排气管路(60)连接在所述密封盖(12)上。
5.根据权利要求1所述的天然气水合物的体积测量设备，其特征在于，所述预定温度大于-56.6℃且小于-45℃。
6.一种天然气水合物的体积测量方法，使用权利要求1所述的一种天然气水合物的体积测量设备，其特征在于，包括如下步骤：
步骤10，通过操作恒温装置(20)使测量舱(10)内的温度保持在预定温度，该预定温度大于-56.6℃且小于-45℃，此时测量舱(10)处于空置状态；
步骤20，关闭连接管路(40)上的第一截断阀(101)，通过进气装置(50)向测量舱(10)内充入二氧化碳气体；
步骤30，当二氧化碳气体充满测量舱(10)后，打开第一截断阀(101)，通过进气装置(50)向测量舱(10)内充入惰性气体，惰性气体沿着连接管路(40)将二氧化碳气体运载至气体吸收瓶(30)内，二氧化碳气体与氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体；
步骤40，当二氧化碳气体全部运载至气体吸收瓶(30)内并反应生成碳酸钙固体后，通过称重装置称量碳酸钙固体，得到其质量为M1；
步骤50，更换气体吸收瓶(30)内的氯化钙溶液或将另一个盛放有氯化钙溶液的气体吸收瓶(30)与测量舱(10)连接，将液氮中取出的天然气水合物样品放置于测量舱(10)中，重复步骤20至步骤40，此次称量得到碳酸钙固体的质量为M2；
步骤60，在压力和温度恒定的情况下，碳酸钙固体的质量和测量舱(10)内二氧化碳气体的体积成正比，测量舱(10)的容积为V， 故天然气水合物样品的体积
。
7.根据权利要求6所述的天然气水合物的体积测量方法，其特征在于，
进气装置(50)包括用于充入二氧化碳气体的第一进气管路(51)以及用于充入惰性气体的第二进气管路(52)，第一进气管路(51)上设置有第三截断阀(103)，第二进气管路(52)上设置有第四截断阀(104)；
在步骤10和步骤20之间还包括：步骤11，打开测量舱(10)的密封盖(12)，在测量舱(10)底部铺上一层锡箔纸，将密封盖(12)关闭；
步骤20还包括：关闭第一截断阀(101)和第四截断阀(104)，打开第三截断阀(103)和第一排气管路(60)上的第二截断阀(102)，通过第一进气管路(51)向测量舱(10)内充入二氧化碳气体，二氧化碳气体的密度大于空气的密度，测量舱(10)内的空气通过第一排气管路(60)向上排出；
步骤30还包括：当二氧化碳探测仪(70)和温度计(80)的读数保持恒定时，可认为二氧化碳气体已充满测量舱(10)，此时，先关闭第三截断阀(103)，使测量舱(10)内压力与大气压相等，再关闭第二截断阀(102)，打开第一截断阀(101)、第四截断阀(104)以及第二排气管路(90)上的第五截断阀(105)，通过第二进气管路(52)向测量舱(10)内充入惰性气体，惰性气体的密度小于二氧化碳气体的密度，惰性气体沿着连接管路(40)将二氧化碳气体运载至气体吸收瓶(30)内，二氧化碳气体与氯化钙溶液反应生成碳酸钙固体，进入气体吸收瓶(30)的惰性气体从第二排气管路(90)向上排出；
步骤40还包括：当二氧化碳探测仪(70)读数为零时，可认为测量舱(10)内二氧化碳气体已全部被运载至气体吸收瓶(30)内并反应生成碳酸钙固体，此时，关闭第一截断阀(101)、第四截断阀(104)以及第五截断阀(105)，收集气体吸收瓶(30)内的碳酸钙固体，通过称重装置称量碳酸钙固体，得到其质量为M1；
步骤50还包括：打开测量舱(10)的密封盖(12)，将液氮中取出的天然气水合物样品放置于测量舱(10)底部的锡箔纸上，将密封盖(12)关闭，重复步骤20至步骤40，此次称量得到碳酸钙固体的质量为M2；
在步骤50和步骤60之间还包括：步骤51，打开密封盖(12)，用锡箔纸将天然气水合物样品包裹好取出，并放入液氮中保存。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810396902.XA CN109000751B (zh) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | 天然气水合物的体积测量设备及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810396902.XA CN109000751B (zh) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | 天然气水合物的体积测量设备及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109000751A CN109000751A (zh) | 2018-12-14 |
| CN109000751B true CN109000751B (zh) | 2020-03-06 |
Family
ID=64574151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810396902.XA Expired - Fee Related CN109000751B (zh) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | 天然气水合物的体积测量设备及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109000751B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110470364A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-19 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种pVTt法标准容器容积标定的装置及方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110185409B (zh) * | 2019-07-09 | 2023-12-12 | 广州海洋地质调查局 | 一种高效加工运输的分离式水下井口吸力锚 |
| CN111521605A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-11 | 上海尚析环保设备有限公司 | 一种测定气相臭氧浓度的简易装置和方法 |
| CN114088156B (zh) * | 2021-11-18 | 2022-06-28 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于气液扩散浓度的地下水库库容测定方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1062406A (ja) * | 1996-08-20 | 1998-03-06 | Kyoto Electron Mfg Co Ltd | 残留気体容量測定方法及びその装置 |
| JP2005049354A (ja) * | 2004-09-07 | 2005-02-24 | Nippon Bell Kk | 死容積の変動量測定方法 |
| CN201021900Y (zh) * | 2007-03-29 | 2008-02-13 | 上海梅山钢铁股份有限公司 | 非规则形状渣钢或渣铁的体积测量装置 |
| CN103994798A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-08-20 | 包头市太阳满都拉电缆有限公司 | 气压法体积测量装置和气压法密度测量方法 |
| CN204788551U (zh) * | 2015-07-15 | 2015-11-18 | 韩畅 | 一种排水法测量固体体积的装置 |
| CN205262537U (zh) * | 2015-11-23 | 2016-05-25 | 桂林理工大学 | 一种测量不规则固体体积的装置 |
| CN107907179A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-13 | 王吕铭 | 一种任意形状物体体积测量仪 |
| CN208296929U (zh) * | 2018-04-28 | 2018-12-28 | 广州海洋地质调查局 | 天然气水合物的体积测量设备 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2012262612B2 (en) * | 2011-06-03 | 2016-06-02 | Breville Pty Limited | Carbonation device |
-
2018
- 2018-04-28 CN CN201810396902.XA patent/CN109000751B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1062406A (ja) * | 1996-08-20 | 1998-03-06 | Kyoto Electron Mfg Co Ltd | 残留気体容量測定方法及びその装置 |
| JP2005049354A (ja) * | 2004-09-07 | 2005-02-24 | Nippon Bell Kk | 死容積の変動量測定方法 |
| CN201021900Y (zh) * | 2007-03-29 | 2008-02-13 | 上海梅山钢铁股份有限公司 | 非规则形状渣钢或渣铁的体积测量装置 |
| CN103994798A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-08-20 | 包头市太阳满都拉电缆有限公司 | 气压法体积测量装置和气压法密度测量方法 |
| CN204788551U (zh) * | 2015-07-15 | 2015-11-18 | 韩畅 | 一种排水法测量固体体积的装置 |
| CN205262537U (zh) * | 2015-11-23 | 2016-05-25 | 桂林理工大学 | 一种测量不规则固体体积的装置 |
| CN107907179A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-13 | 王吕铭 | 一种任意形状物体体积测量仪 |
| CN208296929U (zh) * | 2018-04-28 | 2018-12-28 | 广州海洋地质调查局 | 天然气水合物的体积测量设备 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110470364A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-19 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种pVTt法标准容器容积标定的装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109000751A (zh) | 2018-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109000751B (zh) | 天然气水合物的体积测量设备及方法 | |
| US8578754B2 (en) | Adsorbed gas content measuring instrument and its testing method | |
| WO2017080353A1 (zh) | 一种天然气水合物开采出砂特性测试装置 | |
| CN105675434B (zh) | 一种含气量测量系统及测量方法 | |
| CN104729948A (zh) | 含瓦斯煤水气两相渗流实验系统和方法 | |
| WO2022000891A1 (zh) | 一种水合物评价实验系统及方法 | |
| Ahmad et al. | Water solubility in CO2 mixtures: Experimental and modelling investigation | |
| WO2019109417A1 (zh) | 一种适用于低温高压材料x射线衍射测量的高压冷台装置及使用方法 | |
| CN108387497A (zh) | 一种膨润土防水毯渗透系数测定方法 | |
| CN109682945B (zh) | 低温高压条件下水合物物性联测装置及其测试方法 | |
| CN108318100B (zh) | 测量液氮冷冻水合物样品分解释放气体体积的系统及方法 | |
| CN204008401U (zh) | 一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置 | |
| CN208296929U (zh) | 天然气水合物的体积测量设备 | |
| CN100363733C (zh) | 天然气水合物储气密度的测定方法和装置 | |
| CN112211599A (zh) | 一种模拟钻井液侵入储层诱发水合物分解的装置及方法 | |
| CN207703293U (zh) | 测量液氮冷冻水合物样品分解释放气体体积的系统 | |
| CN207730755U (zh) | 液氮冷冻水合物样品分解气体定量进样系统 | |
| CN207396433U (zh) | 一种海洋沉积物中甲烷含量的测试装置 | |
| CN108896474B (zh) | 一种高温实时监测溶解氧浓度的腐蚀评价装置及方法 | |
| CN109323953A (zh) | 含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法 | |
| CN108318655B (zh) | 液氮冷冻水合物样品分解气体定量进样系统 | |
| CN114428166A (zh) | 一种地层含油气性的评价方法及系统 | |
| CN111650352A (zh) | 一种多功能水合物合成及分解模拟的实验系统及实验方法 | |
| CN207851001U (zh) | 一种新型lng在线检测设备 | |
| CN107192786B (zh) | 一种水体中气体的富集制备装置及其方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200306 |