CN113412421A - 生成和测试含水气体流的方法 - Google Patents

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Abstract

用于在自加压流动池16内产生含水气体溶液的方法包含在管线中混合位置12混合含水盐前体溶液7和含水酸前体溶液5以产生流体前体混合物13，流体前体混合物13通过入口管14引入自加压流动池16以产生含水气体。一旦在自加压流动池16内，前体混合物13与样品48发生反应。样品48和发生反应的含水溶液62都可以进行各种实时测试，例如电化学测试和管线中表征技术。这个方法允许准确和精确地保持含水盐前体7和含水酸前体5的浓度，同时允许在处理和测试产生的各种有毒含水气体流的提高安全性。

Description

生成和测试含水气体流的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月31日提交的第16/050,245号美国专利申请的权益。
技术领域
本公开的实施例总体上涉及在含水液体流中生成和测试溶解气体的方法，并且更具体地涉及在压力容器下在管线中混合位置处混合含水酸前体溶液和含水盐前体溶液以生成溶解的含水气体，并且将含水混合物引入自加压流动池，然后将所研究的材料暴露于自加压流动池内的含水气体流。
背景技术
石油和天然气行业一直在努力应对二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)等溶解气体的影响，当输送含有CO2、H2S或其混合物的液体和气体时，这些气体会导致管道降解和腐蚀。因此，了解CO2和H2S的腐蚀机理对于管道的保护非常重要，因为在不同条件下更深入了解这一机理有助于改善管道的维修。当对溶解的含水气体进行测试时，特别是当这些材料也有毒时，选择、控制和准确并精确地保持溶解的含水气体的浓度是有利的。在分析溶解的含水气体如何与样品相互作用时，浓度稳定性尤其重要，因为单一和混合气体的浓度可以不同地影响材料，并且改变一种气体而不影响其它溶解物质的浓度可能对其它方法具有挑战性。此外，必须安全地处理一些溶解的含水气体，以限制暴露于环境和人类。然而，目前产生溶解的含水气体的方法使得难以既保持溶解的含水气体的所需浓度，又难以限制腐蚀性和有毒气体物质的大气暴露，同时又允许实时电化学测量。
发明内容
因此，存在对产生和测试溶解的含水气体的方法的持续需求，这些方法在保持溶解的含水气体的浓度的同时，还限制有毒气体物质的大气暴露而无需气体原料。目前用于产生溶解的含水气体的方法满足了这些需求，并且在保持溶解的含水气体物质的浓度同时将职业和环境安全问题最小化方面显示出显著的改善。控制溶解的含水气体物质的浓度为处理有毒的溶解的含水气体物质(诸如H2S)提供了更安全的方法，因为这些物质最初是使用危险性较小的含水盐前体溶液生成的，随后在完全密闭的设备内被中和。溶解的含水气体物质的受控浓度进一步提供了更稳定的测试条件，在这种条件下，可以在存在一种或多种溶解的气体物质的情况下对样品进行分析。
根据本公开的至少一个实施例，提供了一种用于生成含水气体流的方法。该方法包括制备含水酸前体溶液和含水盐前体溶液。含水酸前体溶液和含水盐前体溶液通过在管线中混合位置上游的独立入口泵进料。含水酸前体溶液和含水盐前体溶液在管线中混合位置组合以产生前体混合物，然后将其通过入口管引入到管线中混合位置下游的自加压流动池。两种前体混合物的组合导致反应以形成含水气体。入口管被密封机构包围，该密封机构保持自加压流动池内的压力。一旦将前体混合物引入自加压流动池，含水气体流产生与自加压流动池内产生的溶解气体量相关的压力水平。最后，含水气体流通过出口管从自加压流动池转移。出口管中的压力由相邻的压力调节器保持，该压力调节器可防止自加压流动池减压。
含水酸前体溶液可包含任何强酸，包括硫酸、碘化氢、溴化氢、高氯酸、氯化氢、氯酸、硝酸和其组合。含水盐前体溶液可包含任何盐，包括但不限于硫化钠、硫酸钠、碳酸钠、氯化镁、氯化钙、氯化钾和其组合。含水酸前体溶液和含水盐前体溶液均可具有从0M到饱和状态的浓度范围，并且优选在5μM与10M之间或在100μM与100mM之间。
另外，根据其它实施例，含水气体流进一步经受管线中流出物表征，其可在自加压流动池内外实时发生。在下面的详细描述中更详细地描述这些和其它实施例。
附图说明
当结合以下附图阅读时，可以最好地理解本公开的具体实施例的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：
图1是描绘自加压流动池的一个实施例的图示。
图2是描绘密封机构的一个实施例的俯视图。
图3是密封机构的一个实施例的剖视图。
图4是描绘密封机构的另一实施例的俯视图。
图5是密封机构的另一实施例的剖视图。
图6是电化学电池基座的实施例的俯视图。
图7是电化学电池基座的实施例的剖视图。
图8是描绘自加压流动池的另一实施例的图示。
图9是描绘在自加压流动池中在24小时的实验期间内暴露于各种受控CO2浓度的钢的电化学数据的图表。
具体实施方式
现在将描述本申请的具体实施例。然而，本公开可以以不同的形式体现，并且不应被解释为限于本公开中阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将是彻底和完整的，并将本主题的范围充分传达给本领域技术人员。
在一些实施例中，“含水气体”可以被定义为存在于物理溶液(诸如液体)中的任何气体。含水气体可以是天然存在的，并且存在于从地下地层开采石油所用的水中。
在一些实施例中，“自加压流动池”可以被定义为适于接收各种前体混合物的气密的、完全独立的设备。在进一步的实施例中，自加压流动池可以是在自加压条件下进行电化学测试的电化学池。自加压流动池可由玻璃组成，诸如二氧化硅、硼硅酸盐、石英玻璃或其它市售玻璃。此外，自加压流动池可由塑料组成，例如弹性体、橡胶、聚酰胺、常用聚合物或其它市售塑料。自加压流动池还可由用3D打印机打印的塑料部件组成。
现在参考图1，其描绘了用于在自加压流动池16内产生含水气体溶液19的设备2的一个实施例。该方法包含在管线中混合位置12混合来自酸前体源4的含水酸前体溶液5和来自盐前体源6的含水盐前体溶液7。含水酸前体溶液5可由pKa小于或等于-1.74的强酸组成，使得能够被酸在水中释放的所有质子将被释放而在酸和水之间没有任何分配。这些酸可包括硫酸、碘化氢、溴化氢、高氯酸、氯化氢、氯酸、硝酸和其组合。根据自加压流动池16内所需的条件，也可以使用弱酸。
含水盐前体溶液7可由任何盐组成，包括但不限于硫化钠、硫酸钠、碳酸钠、氯化镁、氯化钙、氯化钾和其组合。含水酸前体溶液5通过位于管线中混合位置12上游的含水酸入口泵8进料。类似地，含水盐前体溶液7通过也位于管线中混合位置12上游的含水盐入口泵10进料。入口泵(8和10)能够以0.001mL/分钟的增量以0.001-100mL/分钟的流速流动。入口泵(8和10)的其它流速可以在0.001-75mL/分钟、0.001-50mL/分钟、0.001-25mL/分钟、0.001-10mL/分钟、0.002-10mL/分钟、0.003-10mL/分钟、0.004-10mL/分钟、0.005-10mL/分钟、0.01-10mL/分钟、0.025-10mL/分钟、0.05-10mL/分钟、0.075-10mL/分钟、0.1-10mL/分钟、0.25-10mL/分钟、0.5-10mL/分钟、0.75-10mL/分钟、1-10mL/分钟、2-10mL/分钟、3-10mL/分钟、4-10mL/分钟、5-10mL/分钟、5-9mL/分钟、5-8mL/分钟和5-7mL/分钟的范围内。
入口泵(8和10)能够提供0-400巴的输送压力。入口泵(8和10)的其它输送压力可以在0-350巴、0-300巴、0-250巴、0-200巴、0-150巴、0-100巴、1-100巴、1-75巴、1-50巴、1-25巴、5-75巴、5-50巴、5-25巴和10-25巴的范围内。
在一些实施例中，含水酸前体溶液5与含水盐前体溶液7的体积比为1:1。含水酸前体溶液5与含水盐前体溶液7之间的其它体积比可以在1:10,000；1:7,500；1:5,000；1:2,500；1:1,000；1:750；1:500；1:250；1 1:100；1:50；1:20；1:10；1:5；1:4；1:3；和1:2；或在10,000:1；7,500:1；5,000:1；2,500:1；1,000:1；750:1；500:1；250:1；100:1；50:1；20:1；10:1；5:1；4:1；3:1；和2:1的范围内。
一旦含水酸前体溶液5和含水盐前体溶液7在管线中混合位置12处混合，这两种前体溶液形成前体混合物13。然后将前体混合物13通过入口管14引入管线中混合位置12下游的自加压流动池16中以形成含水气体溶液19。入口管14被密封机构18包围，该密封机构保持自加压流动池16内的压力。在自加压流动池16内形成的含水气体溶液19上形成气体顶部空间21。一旦含水气体溶液19在自加压流动池16内形成，含水气体溶液19可与样品48反应。然后形成反应的含水气体流62，其含有前体混合物13减去气体顶部空间21加上可能从样品48中析出的任何腐蚀产物，并通过出口管20从自加压流动池16排出。含水气体溶液19和顶部空间21产生与自加压流动池16中产生的溶解的含水气体量相关的压力水平。
自加压流动池16内的压力可以在低于环境压力(即，1个大气压)到自加压流动池16的绝对压力极限的范围内，该绝对压力极限可以高于环境压力下的饱和浓度。含水酸前体溶液5可以在5μM到10M、从100μM到100mM或其任何其它合适的中间值的范围内浓缩。同样，含水盐前体溶液7可以在5μM到10M、从100μM到100mM或其任何其它合适的中间值的范围内浓缩。
在将含水气体溶液19暴露于样品48之后，反应后的含水气体流62通过出口管20从自加压流动池16中移出。出口管20中的压力可以由各种压力调节器进一步控制和保持，这将在下文更详细地描述，这些压力调节器降低自加压流动池16的减压。
当含水气体溶液19存在于自加压流动池16中时，可以对样品48进行各种原位电化学测量，包括线性极化电阻测量、开路电势测量和电化学阻抗谱，以及重量损失测量。在反应后的含水气体流62从自加压流动池16中移出之后，可对反应后的含水气体流62进行额外的测试，包括pH测量、紫外-可见(UV-VIS)光谱法、傅里叶变换红外光谱法、衰减全反射红外光谱法、光学光谱或电感耦合等离子体(ICP)原子发射光谱法。
现在参考图2和3，一旦将前体混合物13引入自加压流动池16，根据一个实施例，密封机构18保持自加压流动池16内的压力。密封机构18可包含外部22和内部24。密封机构18的外部22可包含由三元乙丙橡胶(EPDM)、硅橡胶、氯丁橡胶、纯胶橡胶、天然橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶或任何其它合适的橡胶或非橡胶材料制成的塞子。密封机构18的内部24可包含塑料杆，诸如聚醚醚酮(PEEK)杆。
可以通过在其中间钻孔来改进外部22。该配置允许内部24容纳在密封机构18的外部22内。在该实施例中，内部24由比外部22基本上更坚固的材料制成。内部24防止外部22翘曲，因为密封机构18可进一步包含多个端口。这些端口可通过钻孔工艺形成，如果端口直接钻入由比内部24更具延展性的材料组成的外部22中，则钻孔工艺可使外部22翘曲，从而减弱通过管的液体流。这些端口可包含入口端口26、出口端口28和注入端口30。将入口管14插入入口端口26中，以允许前体混合物13进入自加压流动池16。类似地，将出口管20插入出口端口28中，以允许反应后的含水气体流62排出自加压流动池16。
现在参考图8，出口管20可包含多个实施例。在一个实施例中，通过采用具有高表面积与体积之比的管，可使出口管20保持打开并暴露于外部大气中。该表面积与体积之比确保沿出口管20的压降足够大，从而防止自加压流动池16的减压。
在另一实施例中，出口管20可包含一个或多个压力调节装置，诸如出口泵56和/或背压调节器60。在该实施例中，出口泵56的速率可设定为两个入口泵(8和10)的速率之和，从而确保在自加压流动池16内保持恒定体积的含水气体溶液19。在另一实施例中，除了出口泵56之外，出口管20可另外包含背压调节器60，以进一步确保前体混合物13在自加压流动池16内的保持流速。
出口可变压力控制装置56的商业实例可包括Syrris
Figure BDA0002923504260000051
的亚洲压力控制器、世伟洛克
Figure BDA0002923504260000052
的KBP、KFB、KCB或KPB系列调节器；或TESCOM
Figure BDA0002923504260000053
的54-2100或26-1700系列控制压力调节器。背压调节器60的商业实例可包括派克汉尼汾公司(ParkerHannifin
Figure BDA0002923504260000054
)的ABP3和ABP1系列背压调节器。
再次参考图2和3，在将所有必要的组件插入位于密封机构18的内部24上的端口(26，28和30)之后，可以用密封剂覆盖密封机构18的顶表面。密封剂可以密封内部24与外部22之间的接合处，并且还密封内部24与各个端口(26，28和30)之间的接合处，以确保在自加压流动池16内保持压力。密封剂可包含环氧树脂、液体接合剂、胶水或任何其它合适的材料。一旦将密封机构18插入自加压流动池16的顶部，密封机构18允许自加压流动池16根据引入自加压流动池16中的前体混合物13的浓度自加压到适当的压力。
现在参考图4和5，其描绘了用于保持自加压流动池16内的压力的密封机构18的另一实施例。密封机构18的该实施例可在各种电化学测试期间使用。类似于密封机构18的上述实施例，密封机构18的该实施例进一步包含内部24，其具有入口端口26、出口端口28和注入端口30。注入端口30可容纳补充进料管(图8中的36)，其允许将一定量的含水酸前体溶液5或含水盐前体溶液7直接注入自加压流动池16中。补充进料管36可以附接到注射器(图8中的54)上，该注射器可以填充有特定量的含水酸前体溶液5或含水盐前体溶液7。当含水酸前体溶液5或含水盐前体溶液7被直接注入自加压流动池16中时，该实施例允许将含水酸前体溶液5或含水盐前体溶液7以比入口泵(8和10)提供的更快的速度引入自加压流动池16中。
该实施例进一步提供了将额外量的含水酸前体溶液5或含水盐前体溶液7准确、精确和受控地添加到自加压流动池16中。密封机构18的该实施例在短期测试或实验期间是特别理想的，其中引入含水酸前体溶液5或含水盐前体溶液7的初始时间点是关键的。注入端口30可进一步包括防回流阀(图8中的58)，以确保注入端口30不影响自加压流动池16的密封机构18。如下所述，可以调节通过注入端口30的注入量，以获得含水酸前体溶液5或含水盐前体溶液7的所需浓度，并且足以将自加压流动池16填充至可完成电化学电路的体积。
在一些实施例中，在密封自加压流动池16之前，将盐前体7作为总体积的主体(即，～99％)引入自加压流动池16。然后密封自加压流动池16，并将浓酸前体溶液5注入自加压流动池16。该过程有助于确保自加压流动池16的内部压力不被人为地膨胀。
在其它实施例中，图1、4和5的密封机构18可包括多个额外端口，这些额外端口便于在自加压流动池16内进行电化学测试。除了入口端口26、出口端口28和注入端口30之外，该密封机构18可进一步包括对电极端口32和参考电极端口34。在适用于电化学测试的该实施例中，将对电极38插入对电极端口32，并将参考电极40插入参考电极端口34。
现在参考图1、6和7，其示出了工作电极支撑件42，其能够在自加压流动池16内进行电化学测试。工作电极支撑件42由连接器44组成。连接器44可由与样品48相同的材料制成，其腐蚀性能将在自加压流动池16内进行测试。此外，连接器44可由任何导电材料或导电材料的组合制成，该导电材料或导电材料的组合可作为平板、焊接接头、电线和其组合连接到样品48。样品48的实例可包括任何导电材料，诸如钢、铜、铝、铂、金、银、铁、黄铜、青铜、合金和其组合。连接器44用于提供样品48与稳压器之间的连接。在该实施例中，样品48用作阳极或阴极，这取决于在自加压流动池16内进行的电化学测试所定义的极化。例如，电流可以在样品48、含水气体溶液19和对电极38之间流动。将含水酸前体5和含水盐前体7作为前体混合物13引入自加压流动池16中，然后形成用作电解质的含水气体溶液19。然后在样品48与含水气体溶液19之间以及含水气体溶液19与对电极38之间的界面处发生电化学反应。
为了准备电化学测试，可以将样品48浇铸到非导电模具46(诸如环氧树脂模具)中，使得仅样品48的已知表面积的单一平坦表面暴露于自加压流动池16的条件下。在一个实施例中，盖50附接到样品48的暴露表面。盖50进一步限定样品48暴露于自加压流动池16的表面积的量。该添加为样品48增加了一定程度的实验间控制，并进一步排除了含水气体溶液19与样品48的拐角或边缘之间的相互作用。在一些实施例中，盖50包含O形环或能够限定样品48的暴露表面积的量的另一合适材料。
工作电极支撑件42可进一步包含多个扫描电子显微镜(SEM)柱52，其允许样品48和工作电极支撑件42的可再现定向，以允许在进行实验测试之前和之后进行用于映射的可再现样品对准。
除了电化学测试之外，图1的自加压流动池16可以被修改以用于进一步表征测试。一种此类表征包括监测样本48的重量变化的能力。在该实施例中，在引入前体混合物13之前，在自加压流动池16下放置精确的刻度。一旦将前体混合物13引入样品48中，在实验期间记录自加压流动池16的重量。
此外，一旦在自加压流动池16中产生的反应后的含水气体流62通过出口管20排出自加压流动池16，则可以进行管线中流出物分析。管线中流出物分析可以用于确定离子浓度，诸如用于表征样品48的腐蚀产物。用于这种类型的表征的可能技术包括光学光谱法、感应耦合等离子体(ICP)原子发射光谱法、pH测量、UV-VIS光谱法、傅里叶变换红外光谱法、衰减全反射红外光谱法，以及任何其它合适的测试技术。
现在参考图8，其描绘了用于产生反应后的含水气体流62的设备2的另一实施例。除了在图1的设备2中描述的组件之外，本文还描述了额外的组件。具体地，样品48可以如上所述地嵌入环氧树脂模具46中，或者独立地位于工作电极支撑件42中。此外，补充进料管36可附接到注射器54。注射器54允许将特定浓度的含水酸前体溶液5或含水盐前体溶液7准确并精确地添加到自加压流动池16中。注射器54可进一步包含防回流阀58，其确保插入到注入端口30中的补充进料管36不会影响自加压流动池16的密封机构18。最后，压力调节装置可由出口泵56、背压调节器60或其组合组成。出口泵56进一步保持前体混合物13通过自加压流动池16的流速和自加压流动池16内的压力。
各种方法实施例被认为适于产生含水气体溶液19。根据上述图1至8，一种此类方法可以使用盐酸化反应来生成特定量的含水气体溶液19。盐酸化反应的使用允许气体浓度的程序化的、实验间的变化，同时仍然保持自加压流动池16内的其它参数，诸如溶液中离子物质的浓度，从而克服了先前方法仅依赖于在给定压力下达到饱和的局限性。例如，一个此类局限性在于，当将额外物质添加到混合物中时，一种气体物质的浓度随着另一种气体物质达到饱和而变化，从而导致饱和条件发生变化。如果使用此种方法将气体溶解到溶液中，不断变化的饱和条件使得难以在不改变其它物质的浓度的情况下获得一种物质的所需浓度。
在此，含水盐前体溶液7被含水酸前体溶液5酸化以产生前体混合物13，其作为含水气体溶液19被引入自加压流动池16。由这些方法产生的含水气体溶液19可包含各种气体，并且将优选包含二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)，它们是关于腐蚀测试特别关注的两种气体。其它产生的气体可包括氰化氢(HCN)和一氧化碳(CO)。这些方法对于产生和测试有毒气体(诸如H2S)特别有用，因为处理含水盐前体溶液和含水酸前体溶液(5和7)比处理气体本身的危险性更小。此外，反应后的含水气体流62可以通过碱溶液鼓泡以中和在排出自加压流动池16时通过出口管20的任何酸或溶解的H2S，使得在设备内生成和中和H2S气体。合适的碱可包括氢氧化钠(NaOH)和次氯酸钠(NaOCl)。
因此，上述方法提供了前体混合物13的原位形成和反应后的含水气体流62在自加压流动池16内的中和，从而有效地最小化或完全消除了运输、储存和处理潜在有毒气体的需求。
实例
从含水盐前体溶液和含水酸前体溶液形成CO2的反应在反应机理1中描述如下：
总反应：
Figure BDA0002923504260000081
反应步骤：
Figure BDA0002923504260000082
Figure BDA0002923504260000083
Figure BDA0002923504260000084
Figure BDA0002923504260000085
在该实施例中，碳酸钠(Na2CO3)用作含水盐前体溶液，硫酸(H2SO4)用作含水酸前体溶液以产生CO2、硫酸钠(Na2SO4)和水。反应机理1的结果示于下表1A和1B中：
Figure BDA0002923504260000091
表1A和1B示出了在三个单独的实验中产生的不同浓度的CO2水溶液的前体和最终溶液浓度。CO2的浓度范围为2mM到10mM。这些实验在25℃下以20mL/分钟的总流速(每种前体溶液为10mL/分钟)进行。在表1A和1B中详述的三个不同实验测试之间，在自加压流动池16中产生的所得压力有所不同，其中压力与包含含水气体流的CO2的浓度相关。包含含水气体流的CO2的量越大，意味着实验中CO2气体的浓度越高，从而导致池内的总压力越高。
结果表明，可以通过控制前体溶液中酸与盐的比例来选择含水气体浓度。在此，酸与盐的体积比为1:1。结果，取决于前体的溶解度极限，含水气体浓度的范围从低于大气压的浓度到与饱和状态一样高或甚至更高。使用强酸作为含水酸前体溶液(诸如H2SO4)可确保含水酸前体溶液离子在限量试剂(在此，限量试剂是Na2CO3和H2SO4)的浓度下完全离解以形成所需的含水气体流。如上所述，其它强酸(诸如HCl)也可用作含水酸前体溶液，从而在溶液中存在的抗衡离子的化学特性上提供灵活性。
从含水盐前体溶液和含水酸前体溶液形成H2S的反应在反应机理2中描述如下：
总反应：
Figure BDA0002923504260000092
反应步骤：
Figure BDA0002923504260000093
Figure BDA0002923504260000094
Figure BDA0002923504260000095
Figure BDA0002923504260000096
在该实施例中，硫化钠(Na2S)用作含水盐前体溶液，硫酸(H2SO4)用作含水酸前体溶液以产生H2S、Na2SO4和水。反应机理2的结果示于下表2A和2B中：
Figure BDA0002923504260000101
表2A和2B示出了在三个单独的实验中产生的不同浓度的H2S水溶液的前体和最终溶液浓度。H2S的浓度范围为2mM到10mM。压力在表2A和2B中详述的三个不同实验测试之间有所不同，其中压力与包含含水气体流的H2S的浓度相关。包含含水气体流的H2S的量越大，意味着实验中H2S气体的浓度越高，从而导致池内的总压力越高。
如上所述，这些结果表明，可以通过控制前体溶液中酸与盐的比例来选择含水气体浓度。在此，酸与盐的体积比仍为1:1。因此，取决于前体溶液的溶解度极限，含水气体浓度的范围可以再次从低于大气压的浓度到与饱和状态一样高或甚至更高。实验的总压力取决于试图复制的关注的条件。因为在先前的实施例中池是自加压的，所以池的压力由所研究的含水气体的浓度确定。
在进一步的实验中，向含水盐前体溶液中添加额外的盐，以确保自加压流动池中的离子浓度保持恒定，而与实验之间含水气体浓度的变化无关。此类控制参见上面的表1A、1B、2A和2B，其中向含水盐前体溶液中添加Na2SO4使得最终Na2SO4浓度保持一致，尽管H2S和CO2浓度发生变化。
下表3A和3B示出了与表1A和1B相同的CO2浓度，但是向含水盐前体溶液中添加了额外的盐以模拟在油井地层水存在管道所经历的条件。除了表1A和1B以及方程式1中所示的Na2CO3和Na2SO4，表3和3B的含水盐前体溶液进一步包含氯化镁(MgCl)、氯化钙(CaCl)和氯化钾(KCl)：
Figure BDA0002923504260000111
虽然表1A、1B、2A和2B中公开的上述实例结合了利用含水酸前体溶液与含水盐前体溶液的1:1体积比的方法，但是表3A和3B中公开的其它实施例示出了含水酸前体溶液与含水盐前体溶液的其它体积比。实际上，不需要含水酸前体溶液与含水盐前体溶液的所需体积比来实现含水气体流的产生。结果，只要将其它含水前体溶液适当地浓缩并以适当的速率泵入自加压流动池，一种含水前体溶液构成含水气体流的大部分体积。
含水酸前体溶液与含水盐前体溶液之间的体积比的这种灵活性对于诸如盐水领域模拟等实验特别有用，其中溶解度极限可以防止所有盐溶解在仅含有含水气体流的最终溶液体积的一半的含水盐前体溶液中。在此种情况下，含水盐前体溶液的体积可以比含水酸前体溶液的体积大得多，只要含水酸前体溶液适当地比含水盐前体溶液更浓即可。下表4A和4B公开了当产生含水CO2时如表1A和1B所示的相同的最终离子浓度，但是其中含水盐前体溶液的体积是含水酸前体溶液的体积的两倍。CO2的浓度在表4B中从左到右增加，而溶液中其它物质的浓度保持恒定：
Figure BDA0002923504260000112
包含含水气体流的以各种浓度的CO2和H2S存在的前体溶液化学物质的质量示于下表5中：
Figure BDA0002923504260000121
表5
包含含水气体流的以各种浓度的CO2和H2S的离子物质质量示于下表6中。值得注意的是，当气体浓度变化时，在整个实验过程中保持外围物质浓度：
Figure BDA0002923504260000122
表6
如上所述，对暴露于自加压流动池中的含水气体流的样品进行腐蚀测试至关重要。图9是描绘在自加压流动池中在24小时的实验期间内暴露于各种受控CO2浓度的钢的电化学数据的图表。开路电势测量值与样品的腐蚀速率相关。因此，当样品暴露于腐蚀性含水气体(如CO2)中时，可以外推数据并用于确定有关样品腐蚀行为的信息。
显而易见的是，在不脱离所附权利要求所限定的本公开的范围的情况下，可以进行修改和变型。更具体地，尽管在此将本公开的一些方面确定为优选的或特别有利的，但是可以设想本公开不必限于这些方面。

Claims (15)

1.一种用于生成包含水流中的溶解气体的含水气体溶液的方法，所述方法包含：
在管线中混合位置处混合含水酸前体溶液和含水盐前体溶液以产生液体前体混合物，其中，所述含水酸前体溶液和所述含水盐前体溶液在压力下通过所述管线中混合位置上游的独立入口泵进料；
在压力下通过所述管线中混合位置下游的自加压流动池的入口管引入所述液体前体混合物，其中，所述入口管被密封机构包围以保持所述自加压流动池内的压力；以及
使所述含水酸前体和所述含水盐前体反应以生成所述含水气体溶液并产生与所述自加压流动池中一次产生的溶解气体量相关的压力水平。
2.根据权利要求1所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述含水气体溶液在所述自加压流动池内进行实时测试。
3.根据权利要求2所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述实时测试包含电化学测量、pH测量、紫外-可见(UV-VIS)光谱法、重量损失、腐蚀测试或其组合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述含水气体溶液与样品反应，从而产生反应后的含水气体流。
5.根据权利要求4所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述样品包含导电材料。
6.根据权利要求5所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述导电材料包含钢、铜、铝、铂、金、银、铁、黄铜、青铜、合金或其组合。
7.根据权利要求4所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，一旦所述含水气体流与所述样品反应并通过出口管从所述自加压流动池转移，便对所述反应后的含水气体流进行测试，所述测试包含光学光谱或电感耦合等离子体(ICP)原子发射光谱法或傅里叶变换红外光谱法、衰减全反射红外光谱法。
8.根据权利要求7所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述反应后的含水气体流通过出口管从所述自加压流动池转移。
9.根据权利要求8所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述反应后的气体流进一步通过碱性溶液鼓泡。
10.根据权利要求7所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述出口管进一步包含压力调节装置，所述压力调节装置防止所述自加压流动池减压。
11.根据权利要求10所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述压力调节装置包含出口泵、背压调节器或其组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述含水酸前体溶液包含硫酸、碘化氢、溴化氢、高氯酸、氯化氢、氯酸、硝酸或其组合。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述含水酸前体溶液具有在5μM与10M之间的浓度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述含水盐前体溶液包含硫化钠、硫酸钠、碳酸钠、氯化镁、氯化钙、氯化钾和其组合。
15.根据前述权利要求中任一项所述的用于生成含水气体溶液的方法，其中，所述含水盐前体溶液具有在5μM与10M之间的浓度。
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