一种气体水合物喷射合成试验系统的制作方法

本实用新型涉及海洋天然气水合物技术领域，特别涉及一种气体水合物喷射合成试验系统。

背景技术：

天然气水合物是在低温高压环境下，由小质量的气体分子(一般为甲烷、乙烷、二氧化碳等小分子气体)填充在由水分子构成的笼形结构中而形成的一种笼形化合物，因外观与冰相似，且可以燃烧，又称为可燃冰。水合物具有分布广泛，埋藏浅，清洁无污染，高能量密度的特点，1立方米水合物分解可分解产生164立方米的气体，被世界上许多国家视为21世纪最有开采前景的新能源。

由于含水合物沉积物原状样开采较为困难，实验室合成制样是前期研究含水合物沉积物特性的主要手段。传统的气体水合物主要通过机械搅拌水体形成气泡以增大气体与水的接触面来形成水合物，但是这种方法形成水合物诱导时间长且制取效率低下。

技术实现要素：

本实用新型提供一种气体水合物喷射合成试验系统，解决了或部分解决了现有技术中气体水合物通过机械搅拌水体形成气泡以增大气体与水的接触面来形成水合物，其诱导时间长且制取效率低下的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气体水合物喷射合成试验系统包括：甲烷气瓶、反应釜、恒速恒压泵、储水罐、恒温水浴槽、高低温恒温箱、第一输送管道、第二输送管道及第三输送管道；所述甲烷气瓶通过所述第一输送管道与所述反应釜连通；所述储水罐的底部通过所述第二输送管道与所述恒速恒压泵，所述储水罐的顶部通过所述第三输送管道与所述反应釜连通；所述第一输送管道及所述第二输送管道均通过所述恒温水浴槽；所述反应釜所述储水罐设置在所述高低温恒温箱内。

进一步地，所述第一输送管道上设置有若干第一气体注入阀、调压阀及单向阀。

进一步地，所述甲烷气瓶与所述反应釜之间设置有增压机，所述增压机与所述第一输送管道连通；所述增压机与所述反应釜之间设置有缓冲容器，所述缓冲容器与所述第一输送管道连通。

进一步地，所述第一输送管道还包括：备用管道；所述备用管道与所述第一输送管道并联；所述备用管道上设置有第二气体注入阀。

进一步地，所述气体水合物喷射合成试验系统还包括：抽真空装置；所述抽真空装置包括：第四输送管道及真空泵；所述真空泵通过所述第四输送管道与所述第一输送管道连通；所述第四输送管道上设置有真空阀。

进一步地，所述第三输送管道的出液口处设置有喷雾嘴。

进一步地，所述气体水合物喷射合成试验系统还包括：控制器；所述第一输送管道上设置有气体压力传感器及流量计；所述第二输送管道与所述恒速恒压泵连通处设置有喷射压力传感器；所述反应釜与所述第三输送管道连接处设置有喷射温度传感器；所述反应釜设置有釜体压力传感器及釜体温度传感器；所述控制器分别与所述气体压力传感器、流量计、喷射压力传感器、喷射温度传感器、釜体压力传感器及釜体温度传感器连接。

进一步地，所述气体水合物喷射合成试验系统还包括：摄像机；所述反应釜上开设有可视窗口；所述摄像机设置在所述可视窗口处，所述摄像机与所述控制器连接。

进一步地，所述反应釜的底部设置有放空装置；所述放空装置包括：放空阀及放空管道；所述放空管道与所述反应釜底部连通；所述放空管道上设置所述放空阀。

进一步地，所述放空装置还包括：安全阀及三通阀；所述三通阀的第一口及所述三通阀的第二口与所述放空管道连通；所述安全阀与所述三通阀的第三口连通。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于甲烷气瓶通过第一输送管道与反应釜连通，所以，甲烷气体可通过第一输送管道进入反应釜，由于第一输送管道通过恒温水浴槽，所以，通过恒温水浴槽对第一输送管道内的气体进行降温，使进入反应釜内的气体达到试验要求的温度，反应釜设置在高低温恒温箱内，通过调节高低温恒温箱温度来保持试验要求的温度，由于储水罐的底部通过第二输送管道与恒速恒压泵，储水罐的顶部通过第三输送管道与反应釜连通，所以，恒速恒压泵通过第二输送管道向储水罐供压，使储水罐的液体通过第三输送管道进入反应釜，由于第二输送管道均通过恒温水浴槽，所以，通过恒温水浴槽对第二输送管道内的液体进行降温，避免恒速恒压泵进入储水罐内的液体影响储水罐内原有液体的温度，由于储水罐设置在高低温恒温箱内，所以，通过高低温恒温箱将储水罐中的液体降至实验所要求温度，当气体进入反应釜内一端时间后，气体压力稳定，用恒压恒速泵提供的水压力将储水罐中的液体压至反应釜内，进入反应釜的液体与低温高压的气体快速反应即瞬间形成水合物颗粒，形成水合物诱导时间短，制取效率高。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的气体水合物喷射合成试验系统的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例提供的一种气体水合物喷射合成试验系统包括：甲烷气瓶1、反应釜2、恒速恒压泵3、储水罐4、恒温水浴槽5、高低温恒温箱6、第一输送管道7、第二输送管道8及第三输送管道9。

甲烷气瓶1通过第一输送管道7与反应釜2连通。

储水罐4的底部通过第二输送管道8与恒速恒压泵3，储水罐4的顶部通过第三输送管道9与反应釜2连通。

第一输送管道7及第二输送管道8均通过恒温水浴槽5。

反应釜2与储水罐4设置在高低温恒温箱6内。

本申请具体实施方式由于甲烷气瓶1通过第一输送管道7与反应釜2连通，所以，甲烷气体可通过第一输送管道7进入反应釜2，由于第一输送管道7通过恒温水浴槽5，所以，通过恒温水浴槽5对第一输送管道7内的气体进行降温，使进入反应釜2内的气体达到试验要求的温度，反应釜设置在高低温恒温箱内，通过调节高低温恒温箱温度来保持试验要求的温度，由于储水罐4的底部通过第二输送管道8与恒速恒压泵3连通，储水罐4的顶部通过第三输送管道9与反应釜2连通，所以，恒速恒压泵3通过第二输送管道8向储水罐4供压，使储水罐4的液体通过第三输送管道9进入反应釜2，由于第二输送管道8均通过恒温水浴槽5，所以，通过恒温水浴槽5对第二输送管道8内的液体进行降温，避免恒速恒压泵3进入储水罐4内的液体影响储水罐4内原有液体的温度，由于储水罐4设置在高低温恒温箱6内，所以，通过高低温恒温箱6将储水罐4中的液体降至实验所要求温度，当气体进入反应釜2内一端时间后，气体压力稳定，用恒压恒速泵6提供的水压力将储水罐4中的液体压至反应釜2内，进入反应釜2的液体与低温高压的气体快速反应即瞬间形成水合物颗粒，形成水合物诱导时间短，制取效率高。

具体地，第一输送管道7上设置有若干第一气体注入阀10、调压阀11及单向阀12。

其中，若干第一气体注入阀10相互备用，避免因第一气体注入阀10导致试验停止。

调压阀11用于调节第一输送管道7内的气体压力。

单向阀12避免气体回流。

具体地，甲烷气瓶1与反应釜2之间设置有增压机13，增压机13与第一输送管道7连通。当第一输送管道7输送的气体压力不够时，使气体进入增压机13进行增压，保证试验顺利进行。

增压机13与反应釜2之间设置有缓冲容器14，缓冲容器14与第一输送管道7连通。缓冲容器14可以储蓄气体，当试验过程中有需要时用于补充反应釜2内的气体时，通过缓冲容器14对反应釜2进行补气。

具体地，第一输送管道7还包括：备用管道15。

备用管道15与第一输送管道7并联；备用管道15上设置有第二气体注入阀16。

当第一输送管道7损坏时，可打开第二气体注入阀16，通过备用管道15将气体输送至反应釜2内。

具体地，气体水合物喷射合成试验系统还包括：抽真空装置。

抽真空装置包括：第四输送管道17及真空泵18。

真空泵18通过第四输送管道17与第一输送管道7连通；第四输送管道17上设置有真空阀19。

在甲烷气瓶1通入气体前，将甲烷气瓶1关闭，打开真空阀19，启动真空泵18，通过第四输送管道17将第一输送管道7及反应釜2内的杂质空气抽空，避免干扰试验进行。

具体地。第三输送管道9的出液口处设置有喷雾嘴20。储水罐4内的液体通过喷雾嘴20雾化后喷入反应釜2内。

喷雾嘴20使进入反应釜2内的液体雾化，可以增加液体与气体的接触面积，进一步加快水合物颗粒的形成。

同时，反应釜2内设置有钢砂32，喷射进入反应釜2的水生成固体水合物颗粒，固体水合物颗粒停留在钢砂32顶面，喷射进入反应釜2内尚未完全反应的液体水，通过钢砂32内部的孔隙流到反应釜2底部，避免液体水和固体水合物汇集，阻碍水合物的进一步生成。

出液口的喷雾嘴20使进入反应釜2内的液体被分散成极小的雾状液体颗粒，进入反应釜2的液体颗粒能够保证与气体充分接触，一部分液体颗粒在反应釜2空中快速形成水合物颗粒然后降落至钢砂32顶面，另一部分液体降颗粒落至钢砂32顶面再与气体反应形成水合物，剩下的尚未反应的液体水通过钢砂32内部的孔隙流至反应釜2底部，避免液体水与固体水合物汇集一起阻碍水合物进一步生长，保证形成水合物诱导时间短，制取效率高。

具体地，气体水合物喷射合成试验系统还包括：控制器。

第一输送管道7上设置有气体压力传感器21及流量计22。

第二输送管道8与恒速恒压泵3连通处设置有喷射压力传感器23。

反应釜2与第三输送管道9连接处设置有喷射温度传感器24。

反应釜2设置有釜体压力传感器25及釜体温度传感器26。

控制器分别与气体压力传感器21、流量计22、喷射压力传感器23、喷射温度传感器24、釜体压力传感器25及釜体温度传感器26连接。在本实施方式中，控制器分别通过线缆与气体压力传感器21、流量计22、喷射压力传感器23、喷射温度传感器24、釜体压力传感器25及釜体温度传感器26连接。

控制器接收气体压力传感器21发送的气体压力信号，控制器接收流量计22发送的气体流量信号，控制器接收喷射压力传感器23发送的液体喷射压力信号，控制器接收喷射温度传感器24发送的液体喷射温度信号，控制器接收釜体压力传感器25发送的反应釜内的压力信号，控制器接收釜体温度传感器26发送的反应釜内的温度信号。

气体水合物喷射合成试验系统还包括：摄像机。

反应釜2上开设有可视窗口27，可视窗口27上设置有透明材质制成的封板，避免反应釜2内的气体及液体泄漏。

摄像机设置在可视窗口27处，摄像机与控制器连接。摄像机可以为高清摄像机。

摄像机将拍摄细微粒子的形成，并将视频信号发送给控制器。

控制器根据视频信号、气体压力信号、气体流量信号、液体喷射压力信号、液体喷射温度信号、反应釜内的压力信号及反应釜内的温度信号，并结合最终合成水合物的实际情况，获取最优的气体压力、气体流量、液体喷射压力、液体喷射温度、反应釜内的压力及反应釜内的温度。

具体地，反应釜2的底部设置有放空装置。

放空装置包括：放空阀28及放空管道29。

放空管道29与反应釜2底部连通。放空管道上设置放空阀28。

当水合颗粒形成后，打开放空阀28，通过放空管道29排出反应釜2内的气体和未反应的水。

放空装置还包括：安全阀30及三通阀31。

三通阀31的第一口及三通阀的第二口与放空管道29连通；安全阀30与三通阀31的第三口连通。

当反应釜2内的压力超过一定值后，安全阀30打开，气体会依次通过放空管道29、三通阀31的第三口及安全阀自动溢出，实现溢流保护。

为了更清楚介绍本实用新型实施例，下面从本实用新型实施例的使用方法上予以介绍。

进行抽真空处理，打开真空泵18，打开所有的第一气体注入阀10，调压阀11及真空阀19，真空泵18通过第四输送管道17及第一输送管道7抽走反应釜2和第一输送管道7中的空气，抽取完毕后关闭真空泵18及真空阀19。

打开高低温恒温箱6，对反应釜2和储水罐4进行降温，调节温度至1℃，并打开恒温水浴槽5，第一输送管道7通过恒温水浴槽5，通过恒温水浴槽5对第一输送管道7内的气体进行降温，使进入反应釜2内的气体达到试验要求的温度，调节温度至1℃，拧开甲烷气瓶1，打开第一气体注入阀10，平稳调节调压阀11开关，并通过流量计22检测的到的气体流量控制速度，通过第一输送管道7将甲烷气体慢慢注入反应釜2内，通过反应釜内安装的釜体压力传感器25检测的压力情况，当反应釜2内压力达到实验要求后，关闭甲烷气瓶1；然后等待反应釜2内的温度下降至实验所要求的温度，同时，等待反应釜2的气体压力平稳。

待反应釜2内釜体温度传感器26显示的温度下降至1℃并保持3小时时(此时储水罐中液体的温度也下降至1℃左右)，打开恒速恒压泵3，调节喷射速度，恒速恒压泵3通过第二输送管道8提供的压力给储水罐4，第二输送管道8通过恒温水浴槽5，通过恒温水浴槽5对第二输送管道8内的液体进行降温，避免恒速恒压泵3进入储水罐4内的液体影响储水罐4内原有液体的温度。储水罐4中的液体通过第三输送管道9压入反应釜2内，当喷射压力传感器23检测到的喷射压力大于釜体压力时，液体即通过喷雾嘴20进入反应釜2内部，进入反应釜2的液体为雾状，与低温高压的气体反应即快速形成固体水合物颗粒，形成的固体水合物颗粒停留在钢砂32顶面，未反应的液体水通过钢砂32内孔隙流至反应釜2底部，避免液态水和固体水合物汇集一起阻碍水合物进一步形成，保证形成水合物诱导时间短，制取效率高。

当水合物制备完毕后，可以打开反应釜2的封盖，将水合物取出，水合物成冰块状，将水合物打碎形成碎渣，将碎渣与土样混合压缩，使水合物在试样中分布均匀。

当水合物颗粒形成之后，打开放空阀28，通过放空管道29放空反应釜2内的气体。

同时，控制器接收气体压力传感器21发送的气体压力信号，控制器接收流量计22发送的气体流量信号，控制器接收喷射压力传感器23发送的液体喷射压力信号，控制器接收喷射温度传感器24发送的液体喷射温度信号，控制器接收釜体压力传感器25发送的反应釜内的压力信号，控制器接收釜体温度传感器26发送的反应釜内的温度信号。摄像机通过可视窗口27处拍摄细微粒子的形成，并将视频信号发送给控制器。

控制器根据视频信号、气体压力信号、气体流量信号、液体喷射压力信号、液体喷射温度信号、反应釜内的压力信号及反应釜内的温度信号，并结合最终合成水合物的实际情况，获取最优的气体压力、气体流量、液体喷射压力、液体喷射温度、反应釜内的压力及反应釜内的温度。

当水合物颗粒形成之后，打开放空阀28，通过放空管道29放空反应釜2内的气体，打开反应釜2的封盖，快速取出水合物颗粒，将水合物颗粒放置于低温冷却容器中以避免水合物分解，取出的水合物可为后续各类实验所用。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。