[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

说明书

集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置及方法，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；数据采集系统包括计算机、温度传感器和压力传感器。本发明提供一种集喷淋、搅拌、鼓泡和化学试剂促进等多种强化方法于一体的天然气水合物合成实验装置，对研究新型的水合物强化生成方法及工艺，进一步增加气体分子与水分子的结合率，缩短水合物诱导时间，并提高其生成速率，从而实现水合技术在工业化规模上的连续、快速、高效应用具有深远影响。

技术领域

本发明属于天然气水合物合成技术领域，具体涉及集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置及方法。

背景技术

天然气水合物广泛分布在海域、大陆永久冻土、极地大陆架还有岛屿的斜坡地带等地中，多为白色，形同冰雪，比冰块略软、质量稍轻、遇火即可燃烧，俗称“可燃冰”。与常规天然气相比，是未来较理想的战略替代能源。由中国地质调查局组织实施的南海神狐海域水合物第二轮试采（试验性试采）工作，从2019年10月正式启动，2020年2月17日试采点火，到3月18日结束实验，圆满完成任务，并打破多项世界纪录。作为未来的替代能源，天然气水合物勘探开发是我国着力推进的面向国家重大需求的战略高技术研究领域一。

当前天然气水合物合成技术研究面临着生长速度慢、储气量低、制备工艺不完善等问题，严重制约着水合物合成技术的发展。因此，寻求高效的气体水合物制备过程和强化措施、增加气体分子与水分子的结合率、研究不同强化措施对气体水合物生成过程的影响、缩短水合物生成的诱导时间、提高其生成速率是实现水合物技术广泛工业化应用的关键，对水合物技术的发展具有非常重要的意义。

天然气水合物的强化方法有物理方法、化学方法和其他新型方法。物理强化方法的作用机理主要是改善气液间的接触面积、提高反应生成热的传递速率，主要有喷淋、搅拌和鼓泡三种形式。化学方法主要着眼于微观方面来増强水合物的反应速率，例如：减小气液表面张力、增大气体在液相中的扩散系数，常用的试剂有热力学促进剂、表面活性剂或其他新型促进剂。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的以上五项问题，提供一种集喷淋、搅拌、鼓泡和化学试剂促进等多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：集多种强化方法于一体的天然气水合物合成装置，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。

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。

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。