[发明专利]一种纳米气泡促进水合物生成的装置及方法

权利要求书

1.一种纳米气泡促进水合物生成的装置，其特征在于，包括注气系统、微纳米气泡溶液制备系统、水合物生成系统、温度控制系统、数据采集系统、抽气系统；

所述注气系统包括顺次连接的气源(1)、第一输气管路(2)、第一输气控制阀门(3)、注气泵(4)、第二输气控制阀门(5)、第二输气管路(6)、第三输气控制阀门(13)；气源用于提供实验需要的气体；所述注气泵(4)用于对来自气源的气体进行加压或降压、存储气体、并将压力处理后的气体通入所述第二输气管路(6)中；

所述微纳米气泡溶液制备系统包括微纳米气泡发生器(33)、第一注气管路(7)、第一注气控制阀门(8)、进水控制阀门(12)、进水管路(9)、第一出水管路(10)、第一出水控制阀门(11)、蓄水槽(32)、第二出水控制阀门(31)、第二出水管路(30)；所述第一注气管路(7)与第二输气管路(6)连接用于向微纳米气泡发生器(33)注气；微纳米气泡发生器分别通过进水管路(9)和第一出水管路(10)与蓄水槽(32)连接；所述进水管路(9)用于向微纳米气泡发生器注水；所述第一出水管路(10)用于微纳米气泡发生器排水；所述蓄水槽用于微纳米气泡发生器的水循环；所述第二出水管路用于将气泡溶液注入水合物反应釜(29)中；

所述水合物生成系统包括水合物反应釜(29)、磁力搅拌转子(28)、磁力控制器(26)、第二注气控制阀门(14)、第二注气管路(34)，所述水合物反应釜用于承受高压、低温的环境及提供水合物生成场所；所述磁力搅拌转子用于搅拌所述水合物反应釜内的溶液，加大气液接触面积；所述磁力控制器用于控制所述磁力搅拌转子的转动速率；所述第二注气管路与第二输气管路(6)连接，用于向水合物反应釜内注入实验所需气体；

所述温度控制系统包括水浴冷却机(27)、外置水浴箱(24)，所述水浴冷却机用于系统降温，提供冷源；所述外置水浴箱用于给水合物反应釜提供所需要的低温环境；

所述数据采集系统包括计算机(20)、温度传感器(25)、压力传感器(15)、温度数据传输线(22)、压力数据传输线(23)、数据信号接收装置(21)、数据传输线(19)，所述计算机用于接收、监控以及处理信号和数据；所述温度传感器用于采集所述水合物反应釜内的温度值，并将采集信号传送至所述数据信号接收装置；所述压力传感器用于采集反应釜内的压力值，并将采集信号传送至所述数据信号接收装置；所述数据信号接收装置用于接收温度、压力传感器信号，并将其转化为计算机能够识别接收的电信号；

所述的抽气系统包括顺次连接的抽气泵(16)、排气控制阀门(17)、排气管路(18)，抽气泵连接于第二输气管路(6)末端，用于抽空实验管路；排气管路用于排放实验管路内残余气体。

2.如权利要求1所述的一种纳米气泡促进水合物生成的装置，其特征在于，所述反应釜具有10mm壁厚可视窗口，反应釜的材质为316不锈钢钢，尺寸壁厚为20mm，可承受高达20MPa压力，磁力搅拌转子为A型聚四氟乙烯，长度为30mm。

3.如权利要求1所述的一种纳米气泡促进水合物生成的装置，其特征在于，所述温度控制系统中使用乙二醇与水按1:1比例混合，使温度控制范围能够达到水合物生成所需条件。

4.如权利要求1所述的一种纳米气泡促进水合物生成的装置，其特征在于，所述的数据采集系统使用的温度传感器测量范围为-50～250℃，精度为±0.1℃，压力传感器测量范围为0-25MPa，精度为±0.01MPa。

5.应用权利要求1-4任一所述的一种纳米气泡促进水合物生成的装置进行水合物快速生成的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，使用去离子水对水合物反应釜内部、磁力搅拌转子、温度传感器探头、压力传感器探头、微纳米气泡发生装置、蓄水池进行清洗；

第二步，组装实验管路，将搅拌转子放入水合物反应釜中，并将清洗后的搅拌转子放入反应釜内，将反应釜封盖，连接微纳米气泡发生装置、水合物反应釜的实验管路，将水合物反应釜放入外置水浴中，打开磁力控制器、数据信号接收装置、计算机；

第三步，逐步检查装置气密性，首先使用氮气，从气源出开始，依次打开输气、注气管路控制阀门，确保实验管路气密性良好后，打开水浴装置，对反应釜进行冷却，并打开抽气泵对实验管路进行抽气，依次打开所有输气、注气控制阀门，最后打开排气控制阀门，对实验管路、微纳米气泡发生装置、水合物反应釜、蓄水槽进行脱气处理，然后关闭所有输气及注气控制阀门；

第四步，按照第三步操作，将气体更换为实验所需气体，进行实验管路清洗，操作重复三次后，依次关闭各控制阀门、抽气泵、气源；

第五步，制备微纳米气泡溶液，首先打开气源，然后依次打开第一输气控制阀门、注气泵，将注气泵的储气压力设置为0.1MPa，接着依次打开第二输气控制阀门、进水控制阀门、第一出水控制阀门、微纳米气泡发生器、第一注气控制阀门，微纳米气泡发生器工作1小时时间后，依次关闭微纳米气泡发生器、第一注气控制阀门、第一出水控制阀门、进水控制阀门；

第六步，打开第二出水控制阀门，向水合物生成反应釜内注入适量的上一步制备的微纳米气泡溶液，然后关闭第二出水控制阀门，接着打开气源、第一输气控制阀门、注气泵，将注气泵的储气压力设置到实验所需压力，接着依次打开第二输气控制阀门、第三输气控制阀门、第二注气控制阀门，注气完成后，依次关闭第二注气控制阀门、气源；

第七步，打开抽气泵、排气控制阀门，将实验管路内的残余气体排出，然后依次关闭排气控制阀门、抽气泵，等待水合物在水合物反应釜内生成；

第八步，结束实验，结束数据采集，关闭实验台，并对反应釜卸压后进行开釜。