一种电磁感应分解天然气水合物的装置及方法与流程

本发明涉及实验室科研仪器领域，特别涉及一种电磁感应分解天然气水合物的装置及方法。

背景技术：

天然气水合物是一种在一定条件下由水和天然气组成的类冰的笼形结晶化合物，俗称“可燃冰”，固体可燃烧，晶体分解可以释放出大量的天然气，被视为未来潜在的能源。天然气水合物甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。因此，天然气水合物的研究目前逐渐被人们所关注。

由于天然气水合物特定的温压条件，在天然气水合物开采过程中随着温压条件的破坏，天然气水合物极易分解，对天然气水合物的研究取样造成了极大的困难，加之取样成本太高，实验室条件下合成、分解天然气水合物逐渐成为研究趋势。

目前天然气水合物分解实验研究装置主要集中在注热、降压、微波加热等方法上，尚未有采用电磁感应原理分解天然气水合物的装置。目前分解天然气水合物的装置中，注热法分解装置热量浪费严重热利用率较低；降压法分解装置反应周期过长分解效率低下；微波加热法分解装置虽然分解效果较好，但是设备较为复杂，实验室条件下易产生微波辐射；电磁感应原理分解天然气水合物原理简单，对仪器设备要求不高，热效率提高很多。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种电磁感应分解天然气水合物的装置，以解决现有技术中的上述技术问题。

为此，本发明所采用的技术方案是：一种电磁感应分解天然气水合物的装置，包括高压反应系统、低温冷却系统、循环系统、电磁感应系统、数据采集系统五部分；所述高压反应系统由高压气瓶内的高压天然气提供压力条件，高压天然气经缓冲瓶预处理罐进行预处理，反应在密闭反应釜内进行；所述低温冷却系统由恒温水箱组成，将预处理罐、反应釜置于恒温水箱中，反应进行过程中通过调节水箱内水的温度来控制反应温度，采用恒温水浴来均匀加热；所述电磁感应系统由感应线圈和可调节的大功率电源及控制系统组成，为分解天然气水合物提供外部条件；所述数据采集系统由温度传感器、压力变送器、电阻率探测电极、计算机组成，所述温度传感器、压力变送器、电阻率探测电极将采集到的数据及时反馈到计算机中；所述循环系统使得分解得到的天然气经过气水分离器9回到回收气瓶10中，经增压泵19增压再次流入高压气瓶1中。

作为优选，所述温度传感器为pt100温度传感器。

作为优选，所述压力变送器为cyb-20s压力变送器。

作为优选，所述反应釜采用不锈钢的材质制作。

本发明的装置通过以下方法实现电磁感应分解天然气水合物：一种电磁感应分解天然气水合物的方法，包括多孔介质天然气水合物的合成过程以及电磁感应条件下天然气水合物的分解过程；所述多孔介质天然气水合物的合成过程包括以下步骤：首先，根据天然气水合物形成所需的高压、低温地质条件，用不同粒径的海砂模拟多孔介质；其次，将高压气瓶内的天然气通过调压阀、缓冲罐来降低它的压力以保障获取更平稳的压力；再通过预处理罐，得到纯净的高压天然气进入反应釜内以构造实验所需高压环境；最后，采用底部注气的方式模拟真实气体扩散过程，将水注入反应釜内，当达到预先设定的水位后关闭进水口，预处理罐、反应釜置于恒温水浴内以保证实验所需温度条件符合要求，在达到所需的温度压力条件下反应釜底部介质空隙中逐渐生成天然气水合物晶体；所述电磁感应条件下天然气水合物的分解过程包括以下步骤：首先，在反应釜外部绕上一定数量的感应线圈，线圈连接着可调节大功率电源，通过向感应线圈中加交流电源来构造交变磁场；其次，当磁场内磁力线通过绝缘层作用在铁质容器外壳时，磁力线被切割，产生大量小涡流，使铁质容器的自身迅速发热，从而达到加热的目的；最后，达到一定温度压力条件下，天然气水合物进行分解；上述分解过程中的能量转化过程如下：

电能→磁能→电能→热能；其中第一个电能指由电源提供，第二个电能为用于发热的感应电流和涡流，经过磁场转变，有效的提高了发热效率。

多孔介质天然气水合物的合成过程以及电磁感应条件下天然气水合物的分解过程，压力变送器、温度传感器、以及电阻率探测电极组成的数据采集系统将反应釜内的实验所测得的温度、压力数据及时反馈到计算机中；温度传感器测得水合物形成以及分解过程中内部主要位置的温度变化；电阻率探测电极用来测量反应前后的电阻率变化，以观察水合物形成和分解前后的沉积物变化特征；反应釜还内配有带冷光源的探头，随时将反应釜内的情况反馈出来。

作为优选，所述感应线圈采用绝缘耐温材料进行保护。

作为优选，传感器的位置分别位于反应釜底部边缘、二分之一半径以及圆心处。

作为优选，探针距底部三分之一、三分之二及顶部。

作为优选，探测电极均匀分布于反应釜内壁，每四个一组，共四组16个。

本发明的优点和积极效果是：

1）、能模拟地层条件下天然气水合物形成过程。

2）、能够测定多种因素：反应前后系统温度的变化、系统压力的变化、天然气水合物形成和分解过程中电阻率的变化值。

3）、底部注气的方式更接近于真实环境气体扩散过程，使实验结果更为可靠。

4）、相比于热电阻的传统加热方式而言，感应线圈本身并不发热，并且通过磁场加热的方式效率更高，仪器的使用寿命更长。

5）、此装置制作简单，成本较低，弥补了微波加热辐射强、实验装置复杂的缺点。

6）、当电磁感应技术应用于现场天然气水合物的开采时能够有效解决注热法注热效率低、热量浪费严重的缺点，为不同类型的天然气水合物气藏的开采提供技术支持。

7）、此装置的循环系统保证了实验所用的气体和水源能够重复利用。

此外，在实验室条件下合成天然气水合物；实时监测天然气水合物形成、分解过程中温度、压力的变化；在实验室条件下利用电磁感应原理分解天然气水合物；实时监测天然气水合物在形成和分解过程中电阻率变化，方便掌握水合物沉积物的变化过程；实时观察水合物形成分解的变化过程，为更高效利用电磁感应原理开采天然气水合物打下坚实的基础。

附图说明

图1为本发明的电磁感应分解天然气水合物的装置示意图。

图2为本发明的温度传感器分布位置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的电磁感应分解天然气水合物的装置作进一步详细说明。

如图1-2所示，本发明的电磁感应分解天然气水合物的装置，包括高压反应系统、低温冷却系统、循环系统、电磁感应系统、数据采集系统五部分；所述高压反应系统由高压气瓶1内的高压天然气提供压力条件，高压天然气经缓冲瓶2、预处理罐3进行预处理，反应在密闭的不锈钢反应釜4内进行；所述低温冷却系统由恒温水箱5组成，将预处理罐3、不锈钢反应釜4置于恒温水箱中，反应进行过程中通过调节水箱内水的温度来控制反应温度，采用恒温水浴来均匀加热；所述电磁感应系统由感应线圈11和可调节的大功率电源及控制系统6组成，为分解天然气水合物提供外部条件；所述数据采集系统由pt100温度传感器12、cyb-20s压力变送器14、电阻率探测电极13、计算机7组成，所述pt100温度传感器12、cyb-20s压力变送器14、电阻率探测电极13将采集到的数据及时反馈到计算机7中；所述循环系统使得分解得到的天然气经过气水分离器9回到回收气瓶10中，经增压泵19增压再次流入高压气瓶1中。

本发明的装置通过以下方法实现电磁感应分解天然气水合物：包括多孔介质天然气水合物的合成过程以及电磁感应条件下天然气水合物的分解过程；所述多孔介质天然气水合物的合成过程包括以下步骤：首先，根据天然气水合物形成所需的高压、低温地质条件，用不同粒径的海砂模拟多孔介质；其次，将高压气瓶内的天然气通过调压阀18、缓冲罐2来降低它的压力以保障获取更平稳的压力；再通过预处理罐3，得到纯净的高压天然气由进气口17进入反应釜4内以构造实验所需高压环境；最后，采用底部注气的方式模拟真实气体扩散过程，将控温水箱8中的水经进水口15注入反应釜4内，当达到预先设定的水位后关闭进水口，预处理罐3、反应釜4置于恒温水浴内以保证实验所需温度条件符合要求，在达到所需的温度压力条件下反应釜4底部介质空隙中逐渐生成天然气水合物晶体；所述电磁感应条件下天然气水合物的分解过程包括以下步骤：首先，在反应釜4外部绕上一定数量的感应线圈11，线圈连接着可调节大功率电源及控制系统6，通过向感应线圈11中加交流电源来构造交变磁场；其次，当磁场内磁力线通过绝缘层作用在铁质容器外壳时，磁力线被切割，产生大量小涡流，使容器自身迅速发热，从而达到加热的目的；最后，达到一定温度压力条件下，天然气水合物进行分解；上述分解过程中的能量转化过程如下：

电能→磁能→电能→热能；其中第一个电能指由电源提供，第二个电能为用于发热的感应电流和涡流，经过磁场转变，有效的提高了发热效率。

多孔介质天然气水合物的合成过程以及电磁感应条件下天然气水合物的分解过程，压力变送器14、温度传感器12、以及电阻率探测电极13组成的数据采集系统将反应釜4内的实验所测得的温度、压力数据及时反馈到计算机7中；温度传感器12测得水合物形成以及分解过程中内部主要位置的温度变化；电阻率探测电极13用来测量反应前后的电阻率变化，以观察水合物形成和分解前后的沉积物变化特征；反应釜4还内配有带冷光源的探头21，随时将反应釜4内的情况反馈出来。

所述感应线圈11采用绝缘耐温材料进行保护。

温度传感器12的位置分别位于反应釜4底部边缘、二分之一半径以及圆心处。

温度传感器12距反应釜4底部三分之一、三分之二及顶部。

电阻率探测电极13均匀分布于反应釜内壁，每四个一组，共四组16个。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。