CN115749787A - 一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统与方法，涉及海底矿产资源开采技术领域。其包括气源提供系统、运输系统位于深海的采矿车、气源储存罐、超临界二氧化碳制备装置、冷却装置、海水制备装置以及水合物结晶喷洒装置。本发明针对二氧化碳在海底低温高压环境下生成水合物，加固海底稀软底质的现象，利用超临界二氧化碳低表面张力的特性，使其与海水充分融合，利用伯努利原理，制作压力震荡装置，配合温度震荡装置，创造水合物晶核生成适宜环境，加快水合物晶核均匀产生，再通过大孔径雾化器喷洒到稀软底质上，在已有水合物晶核的基础上，水合物快速生长，填充稀软底质孔隙，增加稀软底质强度，同时也完成了二氧化碳的封存。

Description

一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统与方法

技术领域

本发明涉及海底稀软底质固化技术领域，尤其涉及一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统与方法。

背景技术

海底多金属结核作为海底矿产资源的一种，呈菜花状或椭圆形，赋存在海底3000～6000米的海底稀软底质表层下0～10cm深的地方，含有丰富的锰、镍、铜等金属，具有价值高、赋存方式简单等优点，是最具开采价值的海底矿产之一。但是海底稀软底质为沉积物自然沉积，多数地区成分以蒙脱石等黏土为主，内部孔隙率高，强度低，造成深海履带式采矿车在行走过程中沉陷打滑的现象，影响采集成功率。需要通过一定的手段对稀软底质进行临时加固以提高车辆通过性能。

CO₂水合物是水和CO₂在低温、高压的深海条件下形成的一种较为特殊的包络化合物，CO₂水合物为冰状晶体，具有较好的力学稳定性，可以实现大量CO₂的安全、长期、稳定的封存。CO₂水合物能代替在蒙脱石等黏土层状结构中间的游离水等物质，填充内部孔隙空间，从而增加黏土的强度。同时，粘土结构也可以促进水合物结构的形成。但是，CO₂水合物的形成过程是由CO₂与水充分混合，形成晶核，水合物晶体生长三个过程组成，其中水合物晶体的生成是花费时间最长的，不确定性最大的一个环节，CO₂与水充分混合后温度压力震荡性变化会促进晶体的产生，当过饱和溶液中的晶核达到某一稳定的临界尺寸时，系统将自动进入水合物快速生长期。

现有的二氧化碳水合物制备方法(如公开号为CN104445197A、CN203001741U)，多采用破裂成液滴的物理方法或表面活性剂的化学方法，促进CO₂与水的融合，需要空间大或污染环境，且这些方法制备环境多为陆地环境。现有的黏土固化技术(如公开号为CN115159944A)多为向黏土中掺入多种化学物质，且应用于陆地，在深海环境中会造成污染，不适用于深海环境。由此可见，现有技术还有待于进一步改进。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，其通过压力震荡装置和温度震荡装置，其利用超临界二氧化碳低表面张力的特性，使其与海水充分融合，利用伯努利原理，制作压力震荡装置，并与温度震荡装置相配合，创造水合物晶核生成适宜环境，加快水合物晶核均匀产生，再通过大孔径雾化器喷洒到稀软底质上，在已有水合物晶核的基础上，水合物快速生长，填充稀软底质孔隙，增加稀软底质强度，同时也完成了二氧化碳的封存。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，包括气源提供系统、运输系统以及位于深海的采矿车；

在所述的采矿车的尾部设置有气源储存罐，所述的气源提供系统通过所述的运输系统向所述的气源储存罐中提供二氧化碳，位于气源储存罐中的二氧化碳呈液态；

在所述的采矿车上设置有超临界二氧化碳制备装置、冷却装置、海水制备装置以及水合物结晶喷洒装置；

所述的超临界二氧化碳制备装置用于对气源储存罐中的液态二氧化碳进行增压、加热，得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的超临界二氧化碳，所述的超临界二氧化碳进入超临界二氧化碳储存罐中备用；

所述的海水制备装置是用于对连接在采矿车车顶的吸力泵吸取的海水进行过滤滤除杂、增压以及加热，得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的海水，并将其送入海水保温储存罐中备用；

所述的冷却装置用于将超临界二氧化碳和加热后的海水充分混合后形成的混合物冷却至10℃以下，再将其送入所述的水合物结晶喷洒装置；

所述的水合物结晶喷洒装置设置在采矿车的前半段车体的前、左、右侧，水合物结晶喷洒装置的底端与底面保持一定距离，所述的水合物结晶喷洒装置包括压力震荡机构、温度震荡机构以及喷洒雾化器，所述的压力震荡机构包括用于超临界二氧化碳和加热后的海水通过的内腔，在所述的内腔内设置有左、右呈不对称结构的分流柱；所述的温度震荡机构包括隔热外壳，所述的隔热外壳位于所述的压力震荡机构的外侧，所述的隔热外壳的表面设置有凹部和凸起部，在所述的凸起部设置有电阻加热丝，在所述的凹部设置有用于传热冷却的螺丝，在所述的螺丝的内侧安装有温度传感器三；所述的喷洒雾化器位于水合物结晶喷洒装置的尾端，用于将形成的水合物结晶溶液均匀喷洒在采矿车前端的海底稀软黏土底质表面。

所述的超临界二氧化碳制备装置包括管道一、二氧化碳压力控制机构以及二氧化碳温度控制机构，所述的二氧化碳压力控制机构和二氧化碳温度控制机构均位于所述的管道一上，所述的管道一的一端连接在所述的气源储存罐，另一端连接有混合口。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：

上述技术方案中，采用超临界二氧化碳与加热后的海水在混合口进行充分混合，由于超临界二氧化碳表面张力几乎为零，其在海水中会快速均匀溶解，确保二者充分混合，混合后的流体流经混合口下方的冷却装置，在冷却装置的作用下温度下降为10℃以下，接着进入水合物结晶喷洒装置，通过对水合物结晶喷洒装置的结构进一步改进，冷却后的超临界二氧化碳和海水进入内腔，流经左右不对称的呈倒水滴形的分流柱，分流柱利用伯努利原理，通过改变不同位置横截面流量，不同位置的流速，即不同内腔不同横截面的流量面积不同，形成竖直方向上的压力震荡，水滴两侧由于边长不同，造成左右流速不同，造成水平方向上的压力震荡，其原理类似飞机机翼。来制造不断变化的压力，造成压力震荡。

结合包裹于压力震荡机构外侧的温度震荡机构，可达到一定温度范围的温度震荡，通过压力震荡和温度震荡，更有海水中氯化钠等离子的促进作用，可大大加快二氧化碳水合物结核的生成速度，形成分散大小均匀的水合物结晶，形成的水合物结晶溶液经过口径较大的喷洒雾化器，均匀地喷洒在采矿车前端的海底稀软黏土底质表面，渗入黏土孔隙中水合物结晶快速生长，对稀软底质进行加固。

作为本发明的一个优选方案，所述的二氧化碳压力控制机构包括增压泵一和压力传感器一，气源储存罐提供的二氧化碳首先经过增压泵一进行增压，确保压力增至7.5Mpa以上，通过所述的压力传感器一来反馈实时压力来控制所述的增压泵一的工作状态；

所述的二氧化碳温度控制机构包括二氧化碳加热器和温度传感器一，通过增压泵一增压后的二氧化碳进入所述的二氧化碳加热器，通过二氧化碳加热器加热至温度达到32℃以上，制备成超临界二氧化碳；

在所述的增压泵一和二氧化碳加热器之间设置有单向阀一。

作为本发明的另一个优选方案，所述的海水制备装置包括管道二、海水压力控制机构以及海水温度控制机构，所述的海水压力控制机构和海水温度控制机构均位于所述的管道二上，所述的管道二的一端连接所述的吸力泵，另一端连接所述的混合口，所述的冷却装置位于所述的混合口的下方。

进一步的，所述的海水压力控制机构包括增压泵二和压力传感器二，所述的增压泵二对海水进行增压，使其压力增至7.5Mpa以上，通过所述的压力传感器二来反馈实时压力来控制所述的增压泵二的工作状态；

所述的海水温度控制机构包括海水加热器和温度传感器二，通过增压泵二增压后的海水进入所述的海水加热器，通过海水加热器加热至温度达到32℃以上；

所述的增压泵二和海水加热器之间设置有单向阀二。

进一步的，所述的隔热外壳采用耐高压的隔热塑料制备而成或者采用涂有隔热层的金属。

进一步的，所述的分流柱为倒水滴形，所述的喷洒雾化器为宽口径设计；所述的水合物结晶喷洒装置的底端与海底面保持10～15cm。

进一步的，所述的超临界二氧化碳制备装置、海水制备装置位于所述的采矿车的车身上方，所述的气源提供系统位于海上，所述的采矿车为深海履带式采矿车；所述的压力震荡机构位于所述的冷却装置的后方，所述的水合物结晶喷洒装置整体呈长方体形。

本发明的另一目的在于提供一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的方法，依次包括以下步骤：

a、通过位于海绵的气源提供系统将二氧化碳气体输送至位于海底的采矿车的气源储存罐中；

b、在采矿车上对气源储存罐中的二氧化碳依次经过加压、加热，制备得到的压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的超临界二氧化碳；

c、在采矿车上对吸力泵提供的海水进行加压、加热，制备得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的海水；

d、将步骤b得到的超临界二氧化碳和步骤c得到的海水按比例进行混合；

e、对步骤d所得混合物进行冷却，冷却至10℃以下，再将其送入水合物结晶喷洒装置；

f、在水合物结晶喷洒装置中，水与二氧化碳充分融合，生成水合物结晶，混有水合物结晶的溶液通过喷洒雾化器喷出，均匀地喷洒在车辆前端的海底稀软黏土底质表面，渗入黏土孔隙中快速生长，对稀软底质进行加固。

进一步的，步骤d中，所述的水合物结晶喷洒装置包括压力震荡机构、温度震荡机构以及喷洒雾化器，所述的压力震荡机构包括用于冷却后的超临界二氧化碳和海水的混合物通过的内腔，在所述的内腔内设置有左、右呈不对称结构的分流柱；所述的温度震荡机构包括隔热外壳，所述的隔热外壳位于所述的压力震荡机构的外侧，所述的隔热外壳的表面设置有凹部和凸起部，在所述的凸起部设置有电阻加热丝，在所述的凹部设置有用于传热的螺丝，在所述的螺丝的内侧安装有温度传感器三；

冷却后的超临界二氧化碳和海水流经所述的分流柱，分流柱利用伯努利原理，通过改变不同位置横截面流量、不同位置的流速，形成竖直方向上的压力震荡，水滴两侧由于边长不同，造成左右流速不同，造成水平方向上的压力震荡；

温度震荡机构将内部较热的流体的温度传递到外部温度较低的海水中；

通过温度震荡机构和压力震荡机构不断震荡，结合海水中氯化钠离子的促进作用，得到的水合物结晶大小分散均匀。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)本发明利用CO₂在深海低温高压环境下生成固态水合物增加黏土强度的原理，提出的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统中，通过气源提供系统、运输系统、气源储存罐、超临界二氧化碳制备装置、冷却装置、海水制备装置以及水合物结晶喷洒装置相互配合，创造了水合物晶核形成的条件，尤其通过对水合物结晶喷洒装置的改进，创造了水合物晶核生成的适宜环境，加快了水合物晶核均匀产生，并且还可以根据实验调节其大小。

(2)本发明利用了二氧化碳无毒、无害的特性，且形成水合物后状态稳定，即实现了海底稀软底质的加固，还能够实现二氧化碳的封存。

(3)本发明利用了超临界二氧化碳表面张力极小的特性，将其在温度较高时与海水相互混合，由于温度高，两者融合更为充分，有利于水合物晶体均匀快速地产生。

(4)本发明提出的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的方法中，采用了基于伯努利原理的压力震荡机构，既能够实现竖直方向的压力震荡，也能够实现水平方向的压力震荡，能够促进水合物晶体分布均匀，同时内部具有多条通道，防止阻塞。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的方法的流程图；

图2为本发明喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统的结构示意图；

图3为本发明水合物结晶喷洒装置的结构示意图；

图中:

1、气源提供系统，11、水面舰艇气源，12、输送管道，13、气源储存罐，2、超临界二氧化碳制备装置，21、管道一，22、二氧化碳压力控制机构，221、增压泵一，222、压力传感器一，23、单向阀一，24、二氧化碳温度控制机构，241、二氧化碳加热器，242、温度传感器一，25、超临界二氧化碳储存罐，3、海水制备装置，31、吸力泵，32、过滤网，33、管道二，34、海水压力控制机构，341、增压泵二，342、压力传感器二，35、单向阀二，36、海水温度控制机构，361、海水加热器，362、温度传感器二，37、海水保温储存罐，4、水合物结晶喷洒装置，41、混合口，42、阀门开关，43、冷却装置，44、压力震荡机构，441、内腔，442、分流柱，45、温度震荡机构，451、隔热外壳，452、电阻加热丝，453、螺丝，454、温度传感器三，46、喷洒雾化器。

具体实施方式

本发明提出了一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统与方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明中所述及的“采矿车”的结构借鉴现有技术即可实现。

本发明提出的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，如图2所示，包括气源提供系统1、运输系统以及位于深海的采矿车，气源提供系统1主要是用于提供气态二氧化碳，如水面舰艇气源11，通过输送管道12进行输送，输送管道12的一端连接在水面舰艇气源11上，另一端连接在位于深海海底的气源储存罐13。

考虑到长距离输送，因此输送管道12选用耐磨材质制成。由于深海压力与温度，气态二氧化碳到达位于深海海底的气源储存罐13中呈液态状，将气源储存罐13安装在采矿车的车尾，其可跟随采矿车的移动进行移动，液态二氧化碳储存在该气源储存罐13中。

在采矿车上还设置有超临界二氧化碳制备装置2、冷却装置43、海水制备装置3以及水合物结晶喷洒装置4。

结合图1所示，超临界二氧化碳制备装置用于对气源储存罐中的液态二氧化碳进行增压、加热，得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的超临界二氧化碳，所述的超临界二氧化碳进入超临界二氧化碳储存罐中备用。

超临界二氧化碳制备装置包括管道一21、二氧化碳压力控制机构22以及二氧化碳温度控制机构24，二氧化碳压力控制机构22和二氧化碳温度控制机构24均位于管道一21上，管道一的一端连接在气源储存罐13，通过气源储存罐13向管道一中提供二氧化碳，管道一的另一端连接有混合口41。

二氧化碳压力控制机构22包括增压泵一221和压力传感器一222，气源储存罐提供的二氧化碳首先经过增压泵一进行增压，确保压力增至7.5Mpa以上，通过压力传感器一来反馈实时压力来控制增压泵一的工作状态。

二氧化碳温度控制机构24包括二氧化碳加热器241和温度传感器一242，通过增压泵一221增压后的二氧化碳进入二氧化碳加热器，通过二氧化碳加热器加热至温度达到32℃以上，制备成超临界二氧化碳，储存在超临界二氧化碳储存罐25中。

在增压泵一和二氧化碳加热器之间设置有单向阀一23，经过增压后压力达到7.5Mpa以上的二氧化碳通过单向阀一23进入二氧化碳加热器241中进行加热，通过温度传感器一242实时监测其温度。

在采矿车的车顶设置有吸力泵31，吸力泵的作用是用于吸取海水，并将吸取的海水送入海水制备装置中。为了避免海洋生物与杂质进入还是制备装置，优选在吸力泵31上罩有过滤网32。

海水制备装置是用于对吸力泵过滤后的海水进行增压以及加热，得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的海水，并将其送入海水保温储存罐37中备用。

海水制备装置包括管道二33、海水压力控制机构34以及海水温度控制机构36，海水压力控制机构34和海水温度控制机构36均位于管道二33上，管道二的一端连接吸力泵31，另一端连接混合口，冷却装置位于混合口的下方。

海水压力控制机构34包括增压泵二341和压力传感器二342，增压泵二对海水进行增压，使其压力增至7.5Mpa以上，通过压力传感器二342来反馈实时压力来控制增压泵二的工作状态；以保证两者在混合时的比例，海水多于二氧化碳，具体比例根据需要调节。

海水温度控制机构包括海水加热器361和温度传感器二362，通过增压泵二341增压后的海水进入海水加热器，增压泵二和海水加热器之间设置有单向阀二35，海水通过单向阀二35后进入海水加热器，通过海水加热器加热至温度达到32℃以上，通过温度传感器二362采集的数据，控制海水加热器361的加热温度，确保其温度大于超临界二氧化碳的温度，经过加热后的海水进入海水保温储存罐37中备用。

冷却装置43用于将超临界二氧化碳和加热后的海水进一步冷却至10℃以下，再将其送入水合物结晶喷洒装置，冷却装置位于混合口之后，在混合口处超临界二氧化碳和加热后的海水充分混合，混合后所得流体通过混合口之后的阀门开关42进入冷却装置43，进一步将混合流体进行冷却，使得其温度在10℃以下。

冷却装置之后为水合物结晶喷洒装置4，水合物结晶喷洒装置4整体为长方体形，其设置在采矿车的前半段车体的前、左、右侧，也可以说：水合物结晶喷洒装置4位于车辆履带机构的前侧、左前侧、右前侧，水合物结晶喷洒装置的底端与海底面保持10～15cm距离。

作为本发明的一个主要创新点，通过对水合物结晶喷洒装置的结构进行改进，可以为水合物结晶提供适宜的条件，促使其快速形成，并且大小分散均匀。

如图3所示，具体的，水合物结晶喷洒装置包括压力震荡机构44、温度震荡机构45以及喷洒雾化器46，压力震荡机构包括用于冷却后的超临界二氧化碳和海水的混合物通过的内腔441，在内腔内设置有左、右呈不对称结构的倒水滴形的分流柱442；分流柱利用伯努利原理，通过改变不同位置横截面流量、不同位置的流速，即不同内腔不同横截面的流量面积不同，形成竖直方向上的压力震荡，水滴两侧由于边长不同，造成左右流速不同，造成水平方向上的压力震荡，其原理类似飞机机翼，来制造不断变化的压力，造成压力震荡。

温度震荡机构包括隔热外壳451，隔热外壳位于压力震荡机构的外侧，也可以说，隔热外壳包裹于压力震荡机构的外围，隔热外壳的表面设置有凹部和凸起部，若干个凹部、凸起部、凹部、凸起部形成隔热外壳的表面的凹凸不平形态，在凸起部设置有电阻加热丝452，在凹部设置有用于传热的螺丝453，在螺丝的内侧安装有温度传感器三454；喷洒雾化器位于水合物结晶喷洒装置的尾端，用于将形成的水合物结晶溶液均匀喷洒在采矿车前端的海底稀软黏土底质表面。

上述的隔热外壳可以是耐高压的隔热塑料，也可以是涂有隔热层的金属。

上述的温度震荡机构包裹在压力震荡机构外围，在凸起部设置有电阻加热丝452，在凹部设置有用于传热的螺丝453，具有良好的温度传递性，能够将内部较热的流体温度传递到外部温度较低的海水中，在螺丝内侧装有温度传感器三454，可以通过监测内部温度变化，调节电阻加热丝，达到0.5～3℃的温度震荡即可。

在10℃以下的低温高压环境下，水与二氧化碳充分融合，温度、压力不断震荡，更有海水中氯化钠等离子的促进作用，会大大加快二氧化碳水合物结核的生成速度，在水合物结晶喷洒装置中生成水合物结晶，由于混合、压力震荡等条件足够均匀，水合物结晶大小分散均匀，且通过温度传感器三，可以预先进行实验并调节其大小，然后加以控制，最后，混有水合物结晶的溶液，通过口径较大的喷洒雾化器，均匀地喷洒在车辆前端的海底稀软黏土底质表面，渗入黏土孔隙中快速生长，对稀软底质进行加固。

喷洒雾化器46为宽口径设计，混有水合物结晶的溶液通过口径较大的喷洒雾化器均匀喷出。

进一步的，超临界二氧化碳制备装置、海水制备装置位于采矿车的车身上方，采矿车为深海履带式采矿车。

结合图1所示，本发明一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的方法，其采用上述的喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，该方法包括：

第一步、通过位于海面的气源提供系统将二氧化碳气体输送至位于海底的采矿车的气源储存罐中；

第二步、在采矿车上对气源储存罐中的二氧化碳依次经过增压泵一、二氧化碳加热器分别进行加压、加热，制备得到的压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的超临界二氧化碳；

第三步、在采矿车上对吸力泵提供的海水依次经过增压泵二、海水加热器分别进行加压、加热，制备得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的海水；

第四步、将第二步得到的超临界二氧化碳和第三步得到的海水按比例进行混合；

第五步、将第四步所得混合物送入冷却装置进行冷却，冷却至10℃以下，再将其送入水合物结晶喷洒装置；

第六步、在水合物结晶喷洒装置中，水与二氧化碳充分融合，生成水合物结晶，混有水合物结晶的溶液通过喷洒雾化器喷出，均匀地喷洒在车辆前端的海底稀软黏土底质表面，渗入黏土孔隙中快速生长，对稀软底质进行加固。

本发明中所述及的“增压泵一”、“二氧化碳加热器”、“温度传感器一”、“增压泵二”、“海水加热器”、“温度传感器二”、“冷却装置”等具体结构及工作原理，本领域技术人员借鉴现有技术即可实现，本文不做详细冗述。

本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，包括气源提供系统、运输系统以及位于深海的采矿车，其特征在于：

在所述的采矿车的尾部设置有气源储存罐，所述的气源提供系统通过所述的运输系统向所述的气源储存罐中提供二氧化碳，位于气源储存罐中的二氧化碳呈液态；

在所述的采矿车上设置有超临界二氧化碳制备装置、冷却装置、海水制备装置以及水合物结晶喷洒装置；

所述的超临界二氧化碳制备装置用于对气源储存罐中的液态二氧化碳进行增压、加热，得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的超临界二氧化碳，所述的超临界二氧化碳进入超临界二氧化碳储存罐中备用；

所述的海水制备装置是用于对连接在采矿车车顶的吸力泵吸取的海水进行过滤除杂、增压以及加热，得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的海水，并将其送入海水保温储存罐中备用；

所述的冷却装置用于将超临界二氧化碳和加热后的海水充分混合后形成的混合物冷却至10℃以下，再将其送入所述的水合物结晶喷洒装置；

所述的水合物结晶喷洒装置设置在采矿车的前半段车体的前、左、右侧，水合物结晶喷洒装置的底端与底面保持一定距离；所述的水合物结晶喷洒装置包括压力震荡机构、温度震荡机构以及喷洒雾化器，所述的压力震荡机构包括用于超临界二氧化碳和加热后的海水通过的内腔，在所述的内腔内设置有左、右呈不对称结构的分流柱；所述的温度震荡机构包括隔热外壳，所述的隔热外壳位于所述的压力震荡机构的外侧，所述的隔热外壳的表面设置有凹部和凸起部，在所述的凸起部设置有电阻加热丝，在所述的凹部设置有用于传热冷却的螺丝，在所述的螺丝的内侧安装有温度传感器三；所述的喷洒雾化器位于水合物结晶喷洒装置的尾端，用于将形成的水合物结晶溶液均匀喷洒在采矿车前端的海底稀软黏土底质表面。

2.根据权利要求1所述的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，其特征在于：所述的超临界二氧化碳制备装置包括管道一、二氧化碳压力控制机构以及二氧化碳温度控制机构，所述的二氧化碳压力控制机构和二氧化碳温度控制机构均位于所述的管道一上，所述的管道一的一端连接在所述的气源储存罐，另一端连接有混合口。

3.根据权利要求2所述的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，其特征在于：所述的二氧化碳压力控制机构包括增压泵一和压力传感器一，气源储存罐提供的二氧化碳首先经过增压泵一进行增压，确保压力增至7.5Mpa以上，通过所述的压力传感器一来反馈实时压力来控制所述的增压泵一的工作状态；

所述的二氧化碳温度控制机构包括二氧化碳加热器和温度传感器一，通过增压泵一增压后的二氧化碳进入所述的二氧化碳加热器，通过二氧化碳加热器加热至温度达到32℃以上，制备成超临界二氧化碳；

在所述的增压泵一和二氧化碳加热器之间设置有单向阀一。

4.根据权利要求2所述的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，其特征在于：所述的海水制备装置包括管道二、海水压力控制机构以及海水温度控制机构，所述的海水压力控制机构和海水温度控制机构均位于所述的管道二上，所述的管道二的一端连接所述的吸力泵，另一端连接所述的混合口；所述的冷却装置位于所述的混合口的下方。

5.根据权利要求4所述的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，其特征在于：所述的海水压力控制机构包括增压泵二和压力传感器二，所述的增压泵二对海水进行增压，使其压力增至7.5Mpa以上，通过所述的压力传感器二来反馈实时压力来控制所述的增压泵二的工作状态；

所述的海水温度控制机构包括海水加热器和温度传感器二，通过增压泵二增压后的海水进入所述的海水加热器，通过海水加热器加热至温度达到32℃以上；

所述的增压泵二和海水加热器之间设置有单向阀二。

6.根据权利要求1所述的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，其特征在于：所述的隔热外壳采用耐高压的隔热塑料制备而成或者采用涂有隔热层的金属。

7.根据权利要求1所述的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，其特征在于：所述的分流柱为倒水滴形，所述的喷洒雾化器为宽口径设计；所述的水合物结晶喷洒装置的底端与海底面保持10～15cm。

8.根据权利要求1所述的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的系统，其特征在于：所述的超临界二氧化碳制备装置、海水制备装置位于所述的采矿车的车身上方，所述的气源提供系统位于海上，所述的采矿车为深海履带式采矿车；所述的压力震荡机构位于所述的冷却装置的后方，所述的水合物结晶喷洒装置整体呈长方体形。

9.一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

a、通过位于海面的气源提供系统将二氧化碳气体输送至位于海底的采矿车的气源储存罐中；

b、在采矿车上对气源储存罐中的二氧化碳依次经过加压、加热，制备得到的压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的超临界二氧化碳；

c、在采矿车上对吸力泵提供的海水进行加压、加热，制备得到压力在7.5Mpa以上，温度在32℃以上的海水；

d、将步骤b得到的超临界二氧化碳和步骤c得到的海水按比例进行混合；

e、对步骤d所得混合物进行冷却，冷却至10℃以下，再将其送入水合物结晶喷洒装置；

f、在水合物结晶喷洒装置中，水与二氧化碳充分融合，生成水合物结晶，混有水合物结晶的溶液通过喷洒雾化器喷出，均匀地喷洒在车辆前端的海底稀软黏土底质表面，渗入黏土孔隙中快速生长，对稀软底质进行加固。

10.根据权利要求9所述的一种喷洒二氧化碳固化海底稀软底质的方法，其特征在于，步骤d中，所述的水合物结晶喷洒装置包括压力震荡机构、温度震荡机构以及喷洒雾化器，所述的压力震荡机构包括用于冷却后的超临界二氧化碳和海水的混合物通过的内腔，在所述的内腔内设置有左、右呈不对称结构的分流柱；所述的温度震荡机构包括隔热外壳，所述的隔热外壳位于所述的压力震荡机构的外侧，所述的隔热外壳的表面设置有凹部和凸起部，在所述的凸起部设置有电阻加热丝，在所述的凹部设置有用于传热的螺丝，在所述的螺丝的内侧安装有温度传感器三；

冷却后的超临界二氧化碳和海水流经所述的分流柱，分流柱利用伯努利原理，通过改变不同位置横截面流量、不同位置的流速，形成竖直方向上的压力震荡，水滴两侧由于边长不同，造成左右流速不同，造成水平方向上的压力震荡；

温度震荡机构将内部较热的流体的温度传递到外部温度较低的海水中；

通过温度震荡机构和压力震荡机构不断震荡，得到的水合物结晶大小分散均匀。

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