专利名称：水合物实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型水合物实验装置属于实验设备领域。
背景技术：
天然气水合物(Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate)是在低温、高压条件下 水和天然气中低分子量的烃类化合物形成的一种非化学计量型、类冰状、笼型结晶化合物。 天然气水合物具有主-客体材料特征，水分子(主体)通过氢键结合形成空间点阵结构，气 体分子(客体)通过与水分子之间的范德华力填充于水分子点阵间的空穴中。自然界存在 的天然气水合物以甲烷水合物为主，其中绝大部分赋存于海底，具有储量大、分布广、埋藏 浅、能量密度高、燃烧后无污染和残留等优点。单位体积的甲烷水合物分解可产生150-180 标准体积的甲烷气体。海底及陆地永冻土层下存在着广泛的天然气水合物形成条件，据估 计，地球上以天然气水合物形式储藏的有机碳占全球总有机碳的53%，是煤、石油、天然气 三种化石燃料总碳量的2倍。天然气水合物以固体形式赋存于泥质海底的松散沉积层中， 在开采过程中发生相转化，与石油、天然气的开采相比，具有很大的开采难度。天然气水合 物，特别是海洋天然气水合物的开采尚处于实验探索阶段，迄今为止，人们尚未找到技术上 可行，经济上合理的海洋天然气水合物的开采方法。气体水合物室内模拟实验是进行天然 气水合物资源开发利用和水合物相关应用技术研究的基础，而室内模拟实验装置是进行气 体水合物研究的关键。
实用新型内容本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处，而提供一种用于气体水合物室 内模拟实验的水合物实验装置。本实用新型所采用的技术方案是水合物实验装置是由水合物反应釜、稳压供气 模块、温度控制模块、压力控制模块、取样分析模块、数据采集模块、控制面板、升降装置及 相关管路组成。水合物反应釜为一圆柱形反应器，反应釜一端可拆开，反应釜侧面相对开 设一对视窗，反应釜内安装机械搅拌和磁力搅拌，在反应釜顶盖设置机械搅拌装置，机械搅 拌装置是由电机，带动外磁钢体旋转，通过磁力耦合而带动装在密封罩体内部的内磁钢体 旋转，内磁钢体的轴与搅拌轴用连轴器联为一体，对物料进行搅拌。反应釜底部设置磁力搅 拌装置，磁力搅拌装置是由微电机带动强力磁铁产生旋转磁场来驱动反应釜内的搅拌子转 动，对反应釜内液体进行搅拌。稳压供气模块包括高压气瓶、减压阀、压力调节阀、单向阀 等。温度控制模块是一套连续可调高低温恒温水浴系统、包括制冷系统、电加热器、PID程 序控温仪、探灯。压力控制模块由气动PID压力控制阀、压力传感器、平衡釜、安全阀组成。 取样分析模块由管线、阀门组成。数据采集模块包括温度传感器、压力传感器、电极，采集反 应釜中温度、压力数据、平衡釜中压力数据、恒温水浴温度数据、电导率数据。控制面板由控 制面板上各种控制数显仪表，底架底部安装有四个脚轮，可自由推动。在底架上设置恒温水浴池，在底架上设置升降装置，在底架上设置水合物控制柜，搅拌器安装固定在搅拌器固定架上，平衡釜为一密闭高压容器，平衡釜置于恒温水浴中，反 应釜安装在恒温水浴池中，升降装置是由电机，螺旋升降器螺杆组成。电机带动螺旋升降器 螺杆，使升降臂上下滑动。本实用新型研究水合物相平衡及形成、分解动力学，具有压力高，控压精度高，可 进行恒压、恒容实验，读取、采集并保存温度、压力、电阻等实验数据，可直接观察反应状态。
附图1是本实用新型的结构示意图。附图2是本实用新型的结构示意图。附图3是本实用新型的结构示意图。附图4是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。图中底架1，恒温水浴池2，脚轮3，机械搅拌器4，反应釜5，水合物控制柜6，截止 阀8，手动调压阀9，升降装置10，面板11，搅拌器固定架12，平衡釜15，反应釜铜极16，气动 PID压力控制阀18，取样阀19，压力传感器20，压力表23，压力调节阀25，电子压力控制器 27，压力送变器28，截止阀29，压力表30。如附图1、附图2、附图3、附图4所示，本实用新型是包括底架1，恒温水浴池2，脚 轮3，机械搅拌器4，反应釜5，水合物控制柜6，截止阀8，手动调压阀9，升降装置10，面板 11，搅拌器固定架12，平衡釜15，反应釜铜极16，气动PID压力控制阀18，取样阀19，压力 传感器20，压力表23，压力调节阀25，电子压力控制器27，压力送变器28，截止阀29，压力 表30。在底架上设置恒温水浴池，在底架上设置升降装置，在底架上设置水合物控制柜，搅 拌器安装固定在搅拌器固定架上，水合物实验装置是由水合物反应釜、稳压供气模块、温度 控制模块、压力控制模块、取样分析模块、数据采集模块、控制面板、升降装置及相关管路组 成。水合物反应釜5为一圆柱形反应器，反应釜一端可拆开，反应釜侧面相对开设一对视 窗，反应釜内安装机械搅拌和磁力搅拌，在反应釜顶盖设置机械搅拌器4，机械搅拌器是由 电机，带动外磁钢体旋转，通过磁力耦合而带动装在密封罩体内部的内磁钢体旋转，内磁钢 体的轴与搅拌轴用连轴器联为一体，对物料进行搅拌。反应釜底部设置磁力搅拌器，磁力搅 拌器是由微电机带动强力磁铁产生旋转磁场来驱动反应釜内的搅拌子转动，对反应釜内液 体进行搅拌。稳压供气模块包括高压气瓶、减压阀、压力调节阀、单向阀等。温度控制模块是 一套连续可调高低温恒温水浴系统、包括制冷系统、电加热器、PID程序控温仪、探灯。压力 控制模块由气动PID压力控制阀18、压力传感器20、平衡釜、安全阀组成。取样分析模块由 管线、阀门组成。数据采集模块包括温度传感器、压力传感器、电极，采集反应釜中温度、压 力数据、平衡釜中压力数据、恒温水浴温度数据、电导率数据。控制面板由控制面板上各种 控制数显仪表，底架1底部安装有四个脚轮3，可自由推动。平衡釜15为一密闭高压容器， 平衡釜置于恒温水浴中，反应釜安装在恒温水浴池2中，升降装置10是由电机，螺旋升降器 螺杆组成。电机带动螺旋升降器螺杆，使升降臂上下滑动。稳压供气模块包括高压气瓶、减 压阀、单向阀等。压力调节阀25，温度控制模块，反应釜安装在恒温水浴池中，一套连续可调
4高低温恒温水浴系统、包括制冷系统、电加热器、PID程序控温仪、探灯。压力控制模块由气 动PID压力控制阀、压力传感器、平衡釜、安全阀组成。反应釜中的压力通过压力控制阀控 制，气动PID压力控制阀是由电子压力控制器27、减压阀、压力传感器组成的反馈系统，对 容器内的压力进行精确控制。平衡釜为一密闭高压容器，平衡釜置于恒温水浴中，平衡釜釜 顶设置接口 4个，釜底设置排尽接口 1个；平衡釜上设置1个，连接于放空管路上。反应釜 上加安全阀1个，安装于放空管路上。气体从反应釜和平衡釜中双向流动，达到稳定压力。 取样分析模块由管线、阀门组成。对反应釜内气相和液相分别进行取样。数据采集模块包 括温度传感器3套、压力传感器2套、电极1对，采集反应釜中温度(2个)压力(1个)数 据、平衡釜中压力(1个)数据、恒温水浴温度数据(1个)、电导率(1对)。控制面板由控 制面板上各种控制数显仪表，显示反应釜中温度(2个)压力(1个)数据、平衡釜中压力(1 个)数据、恒温水浴温度数据(1个)、水浴温度控制、机械搅拌器时间和转速。及包括所有 功能操作所需要的旋钮开关组成。升降装置是由电机，螺旋升降器螺杆组成。电机带动螺 旋升降器螺杆，使升降臂上下滑动。 反应釜由316不锈钢制成，为一圆柱形反应器，有效容积398mL，一端可拆开，反 应釜侧面相对开设一对视窗，能直接观察反应釜内水合物的生成与分解状况和摄像；反应 釜内安装机械搅拌和磁力搅拌可对釜内液体进行搅拌；反应釜最高工作压力为30MPa。水 浴系统是用来提供水合物试验所需的温度环境，温度范围是-15°C 90°C。反应釜安装 在恒温水浴池中，通过控制恒温水浴的温度来控制反应釜中的工作温度，反应釜工作温 度-15 90°C，温度控制精度士0. 1°C。平衡釜也是由316不锈钢制成，同样置于恒温水 浴内，容积1000mL。该装置主要用于水合物相平衡及形成、分解动力学实验研究，可做恒压 实验或恒容实验。做恒压实验时，关闭反应釜进气阀，甲烷从气瓶出来，经调压阀进入平衡 釜，再经由电子压力控制器ER3000控制的调压阀进入反应釜。由于普通气瓶压力一般不超 过15MPa，当要做高压实验时，需一台增压泵将气瓶出来的甲烷增压到高于所需压力一定程 度，输入到平衡釜，再经过调压阀进入反应釜，以保持压力恒定。做恒容实验时，把反应釜进 气阀打开的同时，关闭平衡釜进气阀，让反应釜与平衡釜直接连通。无论在做恒压还是恒容 实验时，均可独立开启机械搅拌(磁力耦合搅拌)和磁力搅拌，二者不同时使用。该装置能 直接通过视窗观察反应情况；通过数显表读取反应釜内压力、温度，通过数据采集卡，在电 脑上还能读取试验溶液的电阻，并保存各种数据；能通过3个取样阀口对实验浆液取样。反 应釜的工作压力高达30MPa，电子压力调节器调节进入反应釜的气体压力，控制气体输入 量，输入/输出0 30MPa，控压精度士0. 02MPa。磁力耦合搅拌(机械搅拌)，通过磁力耦 合，有效地解决了气密性问题。
权利要求一种水合物实验装置，是由水合物反应釜、稳压供气模块、温度控制模块、压力控制模块、取样分析模块、数据采集模块、控制面板、升降装置及管路组成，水合物反应釜为一圆柱形反应器，反应釜一端可拆开，反应釜侧面相对开设一对视窗，反应釜内安装机械搅拌和磁力搅拌，稳压供气模块包括高压气瓶、减压阀、压力调节阀、单向阀，温度控制模块是一套连续可调高低温恒温水浴系统、包括制冷系统、电加热器、PID程序控温仪、探灯，压力控制模块由气动PID压力控制阀、压力传感器、平衡釜、安全阀组成，取样分析模块由管线、阀门组成，数据采集模块包括温度传感器、压力传感器、电极，采集反应釜中温度、压力数据、平衡釜中压力数据、恒温水浴温度数据、电导率数据，控制面板由控制面板上控制数显仪表，底架底部安装有四个脚轮，其特征是在底架上设置恒温水浴池，平衡釜置于恒温水浴中，反应釜安装在恒温水浴池中，在底架上设置升降装置，升降装置是由电机，螺旋升降器螺杆组成，电机带动螺旋升降器螺杆，升降臂上下滑动。
2.根据权利要求1所述的水合物实验装置，其特征是在反应釜顶盖设置机械搅拌装 置，机械搅拌装置是由电机，带动外磁钢体旋转，通过磁力耦合而带动装在密封罩体内部的 内磁钢体旋转，内磁钢体的轴与搅拌轴用连轴器联为一体，反应釜底部设置磁力搅拌装置， 磁力搅拌装置是由微电机带动强力磁铁产生旋转磁场来驱动反应釜内的搅拌子转动。
3.根据权利要求1所述的水合物实验装置，其特征是在底架上设置水合物控制柜。
专利摘要本实用新型水合物实验装置属于实验设备领域，是由水合物反应釜、稳压供气模块、温度控制模块、压力控制模块、取样分析模块、数据采集模块、控制面板、升降装置及管路组成，水合物反应釜为一圆柱形反应器，稳压供气模块包括高压气瓶、减压阀、压力调节阀、单向阀，压力控制模块由气动PID压力控制阀、压力传感器、平衡釜、安全阀组成，取样分析模块由管线、阀门组成，数据采集模块包括温度传感器、压力传感器、电极，平衡釜置于恒温水浴中，反应釜安装在恒温水浴池中，升降装置是由电机，螺旋升降器螺杆组成，本实用新型研究水合物相平衡及形成、分解动力学，具有压力高，控压精度高。
文档编号B01J10/00GK201603545SQ200920264318
公开日2010年10月13日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者何子卫 申请人:广东省广州石油机械厂