[发明专利]集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置及方法

权利要求书

1.集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置，其特征在于：包括供气系统、合成系统和数据采集系统；供气系统的出气口与合成系统的进气口连接；

合成系统包括水浴箱、试剂瓶和反应釜，反应釜为透明材料制成，反应釜设置在水浴箱内，反应釜内设有搅拌器，试剂瓶设置在反应釜上方并通过注液管与反应釜顶部连接，注液管上设有注液阀；

数据采集系统包括计算机、温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器均设置在反应釜的顶部分别用于监控反应釜内的温度和压力，温度传感器和压力传感器分别通过数据信号线与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置，其特征在于：供气系统包括供气瓶、增压泵和缓冲瓶，供气瓶内盛装有甲烷气体，供气瓶通过第一供气管与增压泵的进口连接，第一供气管上设有第一气阀，增压泵的出口通过第二供气管与缓冲瓶连接，第二供气管上沿气流方向依次设有第二气阀和压力表，压力表和缓冲瓶之间的第二供气管上连接有第三供气管，第三供气管的出气口与合成系统的进气口连接，第三供气管上设有第三气阀。

3.根据权利要求2所述的集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置，其特征在于：搅拌器包括搅拌电机、搅拌空心轴和搅拌笼，搅拌电机设置在反应釜的顶部，搅拌空心轴沿反应釜的中心线与反应釜转动连接，搅拌笼整体呈圆筒状结构，搅拌笼同轴线安装在搅拌空心轴上并位于搅拌釜内，搅拌电机通过传动机构与搅拌空心轴转动连接，搅拌空心轴上端通过旋转密封管接头与第三供气管的出气口连接，搅拌笼采用不锈钢管折弯并焊接而成，搅拌笼与搅拌空心轴的内部连通，搅拌笼底部及外圆周均开设有若干喷气孔。

4.根据权利要求3所述的集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置，其特征在于：还包括抽真空系统，抽真空系统包括真空泵，真空泵的抽气口连接有主抽真空管，主抽真空管上设有抽真空阀，主抽真空管的抽气口连接有第一支抽真空管和第二支抽真空管，第一支抽真空管的抽气口与增压泵进口处的第一供气管连接，第二支抽真空管的抽气口与增压泵出口处的第二供气管连接。

5.采用如权利要求4所述的集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）实验前先用离子水清洗反应釜；然后在反应釜内装入清水；

（2）启动抽真空泵，打开抽真空阀、第二气阀和第三气阀，对管路和反应釜内部进行抽真空作业，真空度到达10Pa时，关闭抽真空阀；

（3）启动供气系统，供气瓶内盛装的甲烷气体注入到反应釜内；同时启动水浴箱，使反应釜的温度保持在3-5℃；

（4）试剂瓶有至少二个，试剂瓶内盛装的试剂为热力学促进剂或表面活性剂，打开不同试剂瓶下方的注液阀，试剂通过注液管流入到反应釜内；

（5）启动搅拌电机，带动搅拌空心轴和搅拌笼旋转，使甲烷气体、清水和试剂混合，甲烷气体与清水的化学反应加速，反应釜顶部设置的温度传感器和压力传感器实时监测到的温度和压力信号传输到计算机，通过计算机的显示器显示的温度压力曲线判断化学反应是否在进行，同时通过透明的反应釜观测内部反应状况；

（6）随着化学反应的进行，天然气水合物的生成包括溶解、结晶成核、扩散生长三部分组成，水合物反应过程中，水合物的结晶成核极为困难，试剂的强化作用主要是促使溶液结晶成核；在实验要求的压力、温度条件下，反应釜内出现大量肉眼可见的白色颗粒状物质，随着实验的进行，反应釜内液体开始逐渐变得浑浊，随着气泡的连续鼓入，气泡周围可见明显的白色絮状物生成；随着不断扰动的白色水合物絮状物不断互相碰撞，积累聚集，同时与进入反应釜的正在上升的甲烷气体接触，并将其包裹，最终在甲烷气泡的表面形成水合物白色小球，白色小球不断粘附在已经生成的天燃气水合物层下方结合形成新的水合物，最终水合物沿液体方向向下生长生充满整个反应釜。