CN211159795U - 水合物形成模拟设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及天然气储运技术领域，尤其是涉及一种水合物形成模拟设备，水合物形成模拟设备包括：反应装置以及温控组件；温控组件包括第一温控构件和第二温控构件；第一温控构件设置在反应装置的第一端，第二温控构件设置在与反应装置的第一端相对的第二端，第一温控构件和第二温控构件能够各自独立进行温度调控，使反应装置的内部温度沿第一端至第二端的延伸方向呈梯度分布。本申请提供的水合物形成模拟设备通过各自独立控制第一温控构件和第二温控构件的温度使得反应装置内的温度能够呈梯度分布，进而能够实现不同温度梯度下气体水合物形成规律测试，使得试验结果更接近自然条件下的水合物的形成过程。

Description

水合物形成模拟设备

技术领域

本申请涉及天然气储运技术领域，尤其是涉及一种水合物形成模拟设备。

背景技术

气体水合物是一种由水分子及气体分子在高压、低温条件下构成的化合物。在适当的温度及压力条件下，水分子经氢键键合作用形成具不同形状、尺寸的笼性结构，不同种类的气体分子被圈闭于此结构中，如此形成气体水合物。天然气的大部分组分气体均可形成水合物，包括甲烷、二氧化碳、氢及其它具类似分子尺寸的气体，另外一些小分子烃类气体如新己烷(NH)、四氢呋喃(THF)及其它具类似分子尺寸的烃类气体也可形成水合物。为了能够科学利用这种储量巨大的能源，有效解决目前面临的温室气体过快排放带来的环境问题，甲烷、二氧化碳气体水合物在实验室内已被大量研究，而研究的第一步是生成水合物。在一定压力及温度条件下，水合物可在纯水或溶液系统中，以及在具有一定含水量的多孔介质内形成。用于生成水合物的反应器的种类繁多，现有所有水合物生成反应器均在均一温度条件下操作，而自然条件下地层内是存在温度梯度的。无论多年冻土区还是海洋环境中，地表之下伴随深度增加地温缓慢上升。即使在相同压力条件下，温度差异也会引起水合物生成过程中的反应速率及最终含气率的差异，而目前所有室内模拟反应器几乎没有考虑温度梯度对气体水合物形成与分解过程的影响作用及规律。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种水合物形成模拟设备，以在一定程度上解决现有技术中存在的现有反应器无法模拟在不同温度梯度下气体水合物形成过程的技术问题。

本申请提供了一种水合物形成模拟设备，包括：反应装置以及温控组件；

所述温控组件包括第一温控构件和第二温控构件；

所述第一温控构件设置在所述反应装置的第一端，所述第二温控构件设置在所述反应装置的与所述第一端相对的第二端，所述第一温控构件和所述第二温控构件能够各自独立进行温度调控，使所述反应装置的内部温度沿所述反应装置的从所述第一端至所述第二端的延伸方向呈梯度分布。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一温控构件包括第一温控槽，所述第一温控槽上设置有第一进液口和第一出液口，第一恒温介质从所述第一进液口流入所述第一温控槽内，从所述第一出液口流出，使所述第一温控槽保持恒温；

所述第二温控构件包括第二温控槽，所述第二温控槽上设置有第二进液口和第二出液口，第二恒温介质从所述第二进液口流入所述第二温控槽内，从所述第二出液口流出，使所述第二温控槽保持恒温。

在上述技术方案中，进一步地，所述温控组件还包括恒温箱，所述反应装置设置在所述恒温箱的内部。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述水合物形成模拟设备还包括气体储罐，所述气体储罐与所述反应装置相连通；所述气体储罐与所述反应装置之间设置有阀门。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述反应装置设置有透明视窗，透过所述透明视窗能够观察到所述反应装置内的反应情况。在上述任一技术方案中，进一步地，所述反应装置的外部底部设置有磁力搅拌器，所述反应装置的内部底部设置有磁子，所述磁力搅拌器能够驱动所述磁子转动，用于搅拌所述反应装置内的反应物。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述反应装置的顶部设置有位移计，用于测量所述反应装置内的水合物形成或分解过程中的体积变化。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述水合物形成模拟设备还包括摄像头，所述摄像头朝向所述透明视窗设置，用于记录所述反应装置内的水合物的形成或分解过程。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述反应装置还设置有排气口，所述排气口设置有排气阀，开启所述排气阀用于释放所述反应装置内的压力。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述反应装置的侧壁上间隔设置有多个温度传感器，用于实时测量所述反应装置内的呈梯度分布的温度。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的水合物形成模拟设备，包括反应装置和温控组件，其中，反应装置内部能够形成用于水分子和气体发生变化形成水合物的反应条件。温控组件包括第一温控构件和第二温控构件；第一温控构件设置在反应装置的第一端，第二温控构件设置在与反应装置的第一端相对的第二端，第一温控构件和第二温控构件能够各自独立进行温度调控，使反应装置的内部温度沿第一端至第二端的延伸方向呈梯度分布，具体地，当第一温控构件的温度高于第二温控构件的温度时，反应装置内的温度从第一端至第二端逐渐降低，当第一温控构件的温度低于第二温控构件的温度时，反应装置内的温度从第一端至第二端逐渐升高，根据试验所需条件调节第一温控构件和第二温控构件的温度即可在有温度差的情况下形成水合物。

可见，本申请提供的水合物形成模拟设备通过各自独立控制第一温控构件和第二温控构件的温度使得反应装置内的温度能够呈梯度分布，进而能够实现不同温度梯度下气体水合物形成规律测试，能够详细分析不同温度梯度条件下水合物形成过程中的具体形态、体积变化规律以及水分运移规律，使得试验结果更接近自然条件下的水合物的形成过程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的水合物形成模拟设备的侧视图；

图2为本申请实施例提供的水合物形成模拟设备的正视图；

图3为本申请实施例提供的水合物形成模拟设备的结构示意图。

附图标记：

1-反应装置，101-透明视窗，102-位移计，103-排气阀，104-温度传感器，2-第一温控构件，201-第一温控槽，202-第一进液口，203-第一出液口，3-第二温控构件，301-第二温控槽，302-第二进液口，303-第二出液口，4-恒温箱，5-气体储罐，501-电磁阀，502-手动阀，6-磁力搅拌器，601-磁子。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参照图1至图3描述根据本申请一些实施例所述的水合物形成模拟设备。

参见图1至图3所示，本申请的实施例提供了一种水合物形成模拟设备，包括：反应装置1以及温控组件；温控组件包括第一温控构件2和第二温控构件3；第一温控构件2设置在反应装置1的第一端，第二温控构件3设置在反应装置1的与第一端相对的第二端，第一温控构件2和第二温控构件3能够各自独立进行温度调控，使反应装置1的内部温度沿第一端至第二端的延伸方向呈梯度分布。

本申请提供的水合物形成模拟设备，包括反应装置1和温控组件，其中，反应装置1内部能够形成用于水分子和气体发生变化形成水合物的反应条件。温控组件包括第一温控构件2和第二温控构件3；第一温控构件2设置在反应装置1的第一端，第二温控构件3设置在反应装置1的与第一端相对的第二端，第一温控构件2和第二温控构件3能够各自独立进行温度调控，使反应装置1的内部温度沿第一端至第二端的延伸方向呈梯度分布，具体地，当第一温控构件2的温度高于第二温控构件3的温度时，反应装置1内的温度从第一端至第二端逐渐降低，当第一温控构件2的温度低于第二温控构件3的温度时，反应装置1内的温度从第一端至第二端逐渐升高，根据试验所需条件调节第一温控构件2和第二温控构件3的温度即可在有温度差的情况下形成水合物。

可见，本申请提供的水合物形成模拟设备通过各自独立控制第一温控构件2和第二温控构件3的温度使得反应装置1内的温度能够呈梯度分布，进而能够实现不同温度梯度下气体水合物形成规律测试，能够详细分析不同温度梯度条件下水合物形成过程中的具体形态、体积变化规律以及水分运移规律，使得试验结果更接近自然条件下的水合物的形成过程。

其中，需要说明的是，反应装置1内注有用于与气体(本申请中特指为天然气)反应生成水合物的纯水或溶液以及具有一定含水率的不同粒径的多孔介质。较佳地，选用多孔介质，当反应装置1内通入预定量的气体使反应装置1内的压力达到目标值即可在目标压力下以及温度下生成水合物。

其中，可选地，反应装置1可以为现有技术中常见的高温反应釜，能够承受高温以及高压，确保实验过程中的安全性。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，第一温控构件2包括第一温控槽201，第一温控槽201上设置有第一进液口202和第一出液口203，第一温控槽201内容纳有第一恒温介质，第一恒温介质从第一进液口202流入第一温控槽201内，从第一出液口203流出，第一恒温介质能够在第一温控槽201内循环，使第一温控槽201保持恒温；

第二温控构件3包括第二温控槽301，第二温控槽301上设置有第二进液口302和第二出液口303，第二温控槽301内容纳有第二恒温介质，第二恒温介质从第二进液口302流入第二温控槽301内，从第二出液口303流出，第二恒温介质能够在第二温控槽301内循环，使第二温控槽301保持恒温。其中，第一恒温介质和第二恒温介质本质上为相同的恒温介质，恒温介质可以为水，当然，不仅限于此，只是对第一温控槽201和第二温控槽301内的恒温介质加热至不同温度，以使反应装置1内的温度呈梯度状分布。

在该实施例中，恒温介质通过第一进液口202进入第一温控槽201内，然后经第一出液口203流出，使得第一温控槽201内的恒温介质保持循环流动状态，进而使得第一温控槽201内的恒温介质保持恒温，第二温控槽301同理，使得第二温控槽301内的恒温介质保持温度恒定，第一温控槽201和第二温控槽301内的恒温介质的热量能够传递至反应装置1，进而使反应装置1内的温度呈梯度状，通过调整进入第一温控槽201和/或第二温控槽301内的恒温介质的温度即可在不同温度梯度条件下的溶液或多孔介质内形成气体水合物。

其中，需要说明的是，第一温控槽201与第一储液槽相连通，第二温控槽301与第二储液槽相连通，第一储液槽和第二储液槽内均储存有恒温介质，用于向第一温控槽201和第二温控槽301内补给恒温介质，经第一温控槽201和第二温控槽301循环流出的恒温介质也分别流回储液槽内，且两个储液槽设置有加热器，各自独立加热置于其内部的恒温介质，以使反应装置1内形成不同的温度梯度。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图3所示，温控组件还包括恒温箱4，反应装置1设置在恒温箱4的内部。

在该实施例中，反应装置1设置在恒温箱4内，避免外界环境对反应装置1内的温度产生影响，使反应装置1内的温度维持恒定，保证实验结果的准确性。

其中，较佳地，恒温箱4具有透明结构，可同时透过恒温箱4及反应装置1的透明视窗101观察到反应装置1内的反应情况及反应过程。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图3所示，还包括气体储罐5，气体储罐5与反应装置1相连通；气体储罐5与反应装置1之间设置有阀门。

在该实施例中，通过开启气体储罐5与反应装置1之间的阀门使气体储罐5内的气体进入反应装置1内，当反应装置1内的压力达到预定压力后关闭阀门，停止继续向反应装置1内通入气体。进入反应装置1内的气体在反应装置1内的特定环境下(预定气体、预定温度)即可生成水合物。

气体储罐5与反应装置1之间通过第一管路和第二管路两条管路连通，其中，第一管路上设置有电磁阀501，第二管路上设置有手动阀502，实验过程中，开启其中一个阀门即可，另一个阀门保持关闭，电磁阀501操作简单，可作为常用阀门，手动阀502可在电磁阀501无法正常工作时作为备用阀门。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，反应装置1设置有透明视窗101，透过恒温箱4和透明视窗101能够观察到反应装置1内的反应情况。

在该实施例中，反应装置1前后侧均设置有透明视窗101，通过透明视窗101能够实时观察到反应装置1内的反映情况，能够直观地观察水合物生成情况。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图3所示，反应装置1的外部底部设置有磁力搅拌器6，反应装置1的内部底部设置有磁子601，磁力搅拌器6能够驱动磁子601转动，用于搅拌反应装置1内的反应物。

在该实施例中，磁力搅拌器6驱动磁子601转动，使得反应装置1内的天然气与待与之反应的介质充分混合。使得天然气能够均匀分布于介质内以形成水合物。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，反应装置1的顶部设置有位移计102，用于测量反应装置1内的水合物形成或分解过程中的体积变化。

在该实施例中，位移计102能够测量反应装置1内的反应物的体积变化，即通过位移计102测量水合物的形成或者分解过程中多孔介质的体积变化规律，进而能够详细分析不同温度梯度条件下水合物的形成或者分解过程中具体形态、体积变化规律以及水分运动规律。其中，位移计102可以选用商业上可购买的数字位移计，操作简洁且结果更精准。

在本申请的一个实施例中，优选地，还包括摄像头(图中未示出)，摄像头朝向透明视窗101设置，用于记录反应装置1内的水合物的形成或分解过程。

在该实施例中，摄像头可以为数码相机的摄像头，当然，不仅限于此。摄像头能够全程观察并记录水合物在不同温度梯度下的形成或者分解过程，便于实验结束后对实验过程进行回顾及分析。

其中，恒温箱4的内部还设置有冷光源，用于给摄像头补光。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图3所示，反应装置1还设置有排气口，排气口设置有排气阀103，开启排气阀103用于释放反应装置1内的压力使反应装置1内的水合物分解。

在该实施例中，水合反应结束后，保持第一温控构件2和第二温控构件3的温度不变，通过控制排气阀103的开启或关闭能够控制水合物在不同恒压条件下分解，并且分解过程能够由摄像头记录，即可获得水合物在上述条件下的分解过程中的变化规律。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，反应装置1的侧壁上间隔设置有多个温度传感器104，用于实时测量反应装置1内的温度呈梯度分布的情况。

在该实施例中，多个温度传感器104的检测部位顺次排布在反应装置1的内壁上，能够对反应装置1内的温度梯度进行测量及监控，便于根据温度传感器104所测量到的温度对恒温介质的温度进行调整，以确保实验数据结果的准确性。

其中，较佳地，温度传感器104呈两排对称设置在反应装置1的内壁上，提高温度测量的精准度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种水合物形成模拟设备，其特征在于，包括：反应装置以及温控组件；

所述温控组件包括第一温控构件和第二温控构件；

所述第一温控构件设置在所述反应装置的第一端，所述第二温控构件设置在所述反应装置的与所述第一端相对的第二端，所述第一温控构件和所述第二温控构件能够各自独立进行温度调控，使所述反应装置的内部温度沿所述反应装置的从所述第一端至所述第二端的延伸方向呈梯度分布。

2.根据权利要求1所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述第一温控构件包括第一温控槽，所述第一温控槽上设置有第一进液口和第一出液口，第一恒温介质从所述第一进液口流入所述第一温控槽内，从所述第一出液口流出，使所述第一温控槽保持恒温；

所述第二温控构件包括第二温控槽，所述第二温控槽上设置有第二进液口和第二出液口，第二恒温介质从所述第二进液口流入所述第二温控槽内，从所述第二出液口流出，使所述第二温控槽保持恒温。

3.根据权利要求1所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述温控组件还包括恒温箱，所述反应装置设置在所述恒温箱的内部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述水合物形成模拟设备还包括气体储罐，所述气体储罐与所述反应装置相连通；所述气体储罐与所述反应装置之间设置有阀门。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述反应装置设置有透明视窗，透过所述透明视窗能够观察到所述反应装置内的反应情况。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述反应装置的外部底部设置有磁力搅拌器，所述反应装置的内部底部设置有磁子，所述磁力搅拌器能够驱动所述磁子转动，用于搅拌所述反应装置内的反应物。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述反应装置的顶部设置有位移计，用于测量所述反应装置内的水合物形成或分解过程中的体积变化。

8.根据权利要求5所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述水合物形成模拟设备还包括摄像头，所述摄像头朝向所述透明视窗设置，用于记录所述反应装置内的水合物的形成或分解过程。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述反应装置还设置有排气口，所述排气口设置有排气阀，开启所述排气阀用于释放所述反应装置内的压力。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的水合物形成模拟设备，其特征在于，所述反应装置的侧壁上间隔设置有多个温度传感器，用于实时测量所述反应装置内的呈梯度分布的温度。

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