專利名稱：氣體水合物動力學(xué)分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種氣體水合物動力學(xué)分析裝置，尤其是一種應(yīng)用混合氣體水合物生成/分解動力學(xué)分析裝置以及添加化學(xué)試劑的氣體水合物動力學(xué)分析裝置。
背景技術(shù)：
氣體水合物是由不同的氣體作為載體分子填充到主體水分子形成的籠形空間中，在特定的溫度和壓力下組成的籠形冰狀晶體化合物，又稱籠狀水合物。其中天然氣水合物廣泛分布于永凍帶土層或大陸邊緣深海底，天然氣水合物的巨大資源量和誘人的開發(fā)利用前景使之成為二十一世紀新型潔凈的能源。目前我國南海已經(jīng)取出天然氣水合物樣品，證明我國具有豐富的天然氣資源，其總量相當于我國石油總量的一半。同時，其他氣體水合物的綜合運用如空調(diào)中的新型高效蓄冷介質(zhì)的開發(fā)以及水合物法分離氣體混合物技術(shù)的研究也越來越受到重視。
為開展研究氣體水合物的合成、分解、熱力學(xué)等動力學(xué)性質(zhì)的研究，尋找更好的利用開發(fā)氣體水合物技術(shù)，氣體水合物動力學(xué)裝置的研制受到關(guān)注。專
利CN 200510094456. X開發(fā)了一種海底天然氣水合物模擬合成與分解成套設(shè)備系統(tǒng)，可對海水中和真實海底泥沙中天然氣水合物的形成和分解進行模擬合成與分解分析。專利CN 03112892.0公開一種天然氣水合物狀態(tài)變化模擬實驗光電探測系統(tǒng)，系統(tǒng)采用光纖照明對天然氣水合物合成與分解狀態(tài)變化的全過程進行研究。專利CN 03118871.0公開了一種天然氣水合物試驗裝置，其主要由供氣與增壓裝置、真空泵和氣液分離采集裝置、反應(yīng)釜、高低溫試驗箱、微鉆系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、顯微攝像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，應(yīng)用于模擬合成研究或分解試驗研究以及鉆探(井)控制和開采方法等研究。
目前，氣體水合物動力學(xué)實驗大多采用光電等手段對生成/分解過程的形態(tài)動力學(xué)進行研究，其側(cè)重于水合物生成/分解形態(tài)研究，而對于氣體水合物生成/分解的內(nèi)在動力學(xué)性質(zhì)研究較少，本發(fā)明公開一種氣體水合物動力學(xué)分析裝置，采用電阻、扭矩和氣相組分分析等手段對氣體水合物生成/分解的動力學(xué)性質(zhì)進行系統(tǒng)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣體水合物動力學(xué)分析裝置，應(yīng)用混合氣體水合物動力學(xué)分析裝置和添加化學(xué)試劑的氣體水合物動力學(xué)分析裝置。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案 一種氣體水合物動力學(xué)分析裝置，包括穩(wěn)壓供氣單元、氣體水合物生成/分解單元、動力學(xué)分析單元、控溫單元、數(shù)據(jù)采集處理單元；穩(wěn)壓供氣單元，用于將其內(nèi)的反應(yīng)釜中的氣體和注入的實驗液體混合，并生成氣體水合物；氣體水合物生成/分解單元，用于將其內(nèi)的氣體和注入的實驗液體混合，并生成氣體水合物；動力學(xué)分析單元，
其用于對所述氣體水合物生成/分解單元內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)進行分析得到動力學(xué)數(shù)據(jù)；控溫單元，其用于控制氣體水合物生成/分解單元內(nèi)的溫度變化；數(shù)據(jù)采集處理單元，包括有相互電連接的采集控制板卡和計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其用于采集、保存和分析所述氣體水合物生成/分解單元、動力學(xué)分析單元的信號，并控制控溫單元。
該氣體水合物動力學(xué)分析裝置可以進行氣體與純水或化學(xué)試劑溶液形成水合物的生成/分解動力學(xué)，同時可以進行氣體與純水或化學(xué)試劑溶液形成水合物的相平衡實驗。
所述動力學(xué)分析單元包括攪拌裝置、電阻裝置、扭矩裝置、氣相色譜；攪拌裝置，用于對所述反應(yīng)釜內(nèi)的氣液混合物進行攪拌，并通過轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)得到水合物生成/分解隨轉(zhuǎn)速變化實驗數(shù)據(jù)；電阻裝置，其用于測量所述反應(yīng)釜內(nèi)電導(dǎo)率隨水合物生成/分解的變化情況，并采集數(shù)據(jù)傳遞到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；扭矩裝置，其用于測量水合物生成/分解過程中得扭矩變化，并采集數(shù)據(jù)傳遞到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；氣相色譜，其用于在線分析混合氣體水合物生成/分解的氣相組分變化，并采集數(shù)據(jù)傳遞到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。通過攪拌速度、電阻、扭矩和氣相色譜分別對氣體水合物生成/分解的進行分析得到動力學(xué)數(shù)據(jù)。
所述電阻裝置包括設(shè)置于所述反應(yīng)釜下部兩側(cè)的電極對、電阻測量儀，該電極對一端插入反應(yīng)釜內(nèi)，另一端通過所述電阻測量儀電連接到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。電極對置于反應(yīng)釜下部，測量反應(yīng)釜內(nèi)電導(dǎo)率隨水合物生成/分解的變化情況，通過電阻測量儀采集數(shù)據(jù)，傳遞到計算機顯示，電導(dǎo)率(電極)測量精度R0. 1%。
所述扭矩裝置包括三相異步電機、扭矩傳感器和扭矩測量儀，所述扭矩傳 感器設(shè)置于反應(yīng)釜外的攪拌器上，并與三相異步電機連接，所述扭矩測量儀一 端連接于扭矩傳感器，另一端與所述計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電連接。通過攪拌器 的轉(zhuǎn)動由扭矩傳感器測量水合物生成/分解過程中得扭矩變化，扭矩測量儀采集 數(shù)據(jù)傳遞到計算機，轉(zhuǎn)速測量精度為土2r/min，扭矩測量精度為0.2級，在轉(zhuǎn) 速較低時候，扭矩傳感器測量靈敏度相對較弱，通過三相異步電機與攪拌器反 向轉(zhuǎn)動，扭矩傳感器測量相對轉(zhuǎn)速來確定扭矩變化。
所述氣相色譜的六通閥前段連接到氣體取樣裝置，該裝置由四個精密閥門 和一段取樣管線組成；六通閥樣品氣入口和排空口端分別與兩個精密閥門連接， 兩個閥門間通過三通連接取樣管線使得樣品氣入口和排空口端連通；取樣裝置 出口直接排空或與真空泵連接將取樣裝置內(nèi)氣體排空或抽真空；取樣裝置入口 與反應(yīng)釜相連，打開精密閥門使得反應(yīng)釜內(nèi)樣品氣進入取樣管線；打開與六通 閥樣品氣入口和排空口端連接的精密閥門，氣相色譜進樣，載氣通過取樣管線 載走樣品氣進入色譜柱分析。
所述穩(wěn)壓供氣單元包括設(shè)置在供氣管道上并依次連接的氣瓶、減壓陶、空 氣壓縮機、增壓泵、緩沖罐、壓力表、壓力調(diào)節(jié)閥，該供氣管道與所述氣體水合 物生成/分解單元連通。
所述氣體水合物生成/分解單元包括反應(yīng)釜，與該反應(yīng)釜依次連通的電磁 閥、儲氣罐，所述供氣管道的一路輸出到反應(yīng)釜，另'路與所述儲氣罐連通， 所述電磁閥與所述數(shù)據(jù)采集處理單元電連接。
所述數(shù)據(jù)采集處理單元包括有相互電連接的采集控制板卡和計算機數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)，所述采集控制板卡用于采集數(shù)據(jù)并傳送給計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析 處理；以及電連接于采集控制板卡和所述反應(yīng)釜之間的壓力傳感器、設(shè)置在靠 近所述儲氣罐的供氣管道上的溫度傳感器，所述電磁閥電連接到采集控制板卡。
壓力傳感器、溫度傳感器和程序控溫儀通過信號線連接采集控制板卡和控 制電路，然后通過數(shù)據(jù)線與計算機連接，反應(yīng)釜內(nèi)壓力和溫度、電阻率、扭矩 變化、恒溫水浴溫度、電磁閥控制穩(wěn)定壓力以及氣相色譜中氣體組分的分析數(shù) 據(jù)即時被采集保存，計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由色譜工作站、VB6編寫的數(shù)據(jù)處 理軟件構(gòu)成，將各個采集信號進行處理，同時可程序控制電磁閥開關(guān)和恒溫水浴溫度。
所述控溫單元包括恒溫水箱及用于調(diào)控恒溫水箱水溫的程序控溫儀，該程 序控溫儀通過所述采集控制板卡與所述計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電連接，所述反應(yīng) 釜設(shè)置于該恒溫水箱中。通過調(diào)節(jié)控溫程序，使得反應(yīng)釜內(nèi)溫度達到實驗要求。 程序控溫儀可以分段程序控制溫度變化，適用于水合物生成/分解中畫圖法實
驗，溫控精度士o. rc。
所述攪拌裝置包括直流電機、攪拌器和轉(zhuǎn)速測量儀，該攪拌器設(shè)置于所述 反應(yīng)釜內(nèi)的中心軸上，其頂端穿出所述反應(yīng)釜與直流電機連接，所述轉(zhuǎn)速測量 儀一端連接攪拌器，另一端與所述計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電連接。直流電源控制 直流電機的轉(zhuǎn)速，用以對反應(yīng)釜進行動攪拌，增加反應(yīng)釜內(nèi)氣液接觸，轉(zhuǎn)速為
100-2000轉(zhuǎn)/min，同時通過轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)得到水合物生成/分解隨轉(zhuǎn)速變化實驗數(shù) 據(jù)。
所述氣體水合物動力學(xué)分析裝置在進行氣體水合物生成/分解實驗時可以 采用畫圖法和恒壓法。在反應(yīng)釜內(nèi)注入去離子水或化學(xué)試劑溶液，然后注入反 應(yīng)氣體，如果需要高壓反應(yīng)可以通過增壓裝置對氣體增壓。打開電磁閥，計算 機控制反應(yīng)釜內(nèi)壓力恒定為實驗要求壓力，通過水合物儲氣罐中壓力變化得出 生成/分解的動力學(xué)數(shù)據(jù)。同時電阻測量儀和扭矩測量儀分別采集記錄水合物生 成/分解過程中電阻率和扭矩的變化。對于混合氣體水合物的生成/分解中氣相 組分的變化則通過氣相色譜分析氣相組分的變化得出。
另外，該裝置可以進行氣體水合物的相平衡實驗。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
(1) 釆用程序升溫控溫手段，可以通過畫圖法做氣體水合物的相平衡實驗；
(2) 該裝置通過電阻、扭矩等手段對氣體水合物生成/分解過程進行研究；
(3) 該裝置對氣相色譜的六通閥前添加取樣裝置，可以減少氣相樣品的取 樣量，避免因為組分減少而產(chǎn)生的各相變化。


圖1為本發(fā)明原理框圖2為本發(fā)明水合物動力學(xué)分析裝置的實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明氣體水合物動力學(xué)分析裝置用于電阻和扭矩測試水合物生成/分解實驗中反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明氣體水合物動力學(xué)分析裝置中取樣裝置和氣相色譜中的六通 閥結(jié)構(gòu)示意附圖標記說明1、氣瓶，2、空氣壓縮機，3、增壓泵，4、緩沖罐，5、程 序控溫儀，6、電阻測量儀，7、反應(yīng)釜，8、溫度傳感器，9、電磁閥，10、儲 氣罐，11、壓力傳感器，12、水箱，13、計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，14、采集控制 板卡，15、氣相色譜，16、扭矩測量儀，17、轉(zhuǎn)速測量儀，18、直流電機，19、 扭矩傳感器，20、三相異步電機，21、壓力調(diào)節(jié)閥，22、壓力表，23、減壓閥， 24、法蘭，25、電極對，26、攪拌器，27、六通閥，28、取樣管線，29、精密 閥門(l'、 2'、 3\ 40 ,30、供氣管道，31、 32、 33、 34、 35、 36、氣相色譜 六通閥六個口。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步詳細說明。 實施例一-
請參閱圖1所示， 一種氣體水合物動力學(xué)分析裝置，包括穩(wěn)壓供氣單元、 氣體水合物生成/分解單元、動力學(xué)分析單元、控溫單元和數(shù)據(jù)采集處理單元；
穩(wěn)壓供氣單元，其用于向氣體水合物生成/分解單元提供試驗用氣體；氣體水合
物生成/分解單元，用于將其內(nèi)的氣體和注入的實驗液體混合，并生成氣體水合
物；動力學(xué)分析單元，其用于對所述氣體水合物生成/分解單元內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)進 行分析得到動力學(xué)數(shù)據(jù)；控溫單元，其用于控制氣體水合物生成/分解單元內(nèi)的 溫度變化；數(shù)據(jù)采集處理單元，其用于采集、保存和分析所述氣體水合物生成/ 分解單元、動力學(xué)分析單元的信號，并控制控溫單元。
請參閱圖2所示，高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7為氣體水合物生成/分解單元主 要部分，釜體上有氣體進口、氣相取樣口、電磁閥接口、電極探頭口、上/下溫 度傳感器接口、壓力傳感器接口等。氣體進口與穩(wěn)壓供氣單元連接，氣相取樣 口與氣相色譜15連接，電磁閥接口與電磁閥9連接，上/下溫度傳感器接口、
壓力傳感器接口分別與數(shù)據(jù)采集單元連接。
穩(wěn)壓供氣單元依次由設(shè)置在供氣管道30的氣瓶1、減壓閥23、空氣壓縮機2、 增壓泵3、緩沖罐4、壓力表22、壓力調(diào)節(jié)閥21相連，其中壓力調(diào)節(jié)閥21所在的供氣管道30輸出到反應(yīng)釜1的氣體進口。氣瓶l內(nèi)存儲實驗所需氣體，當氣瓶壓 力高于實驗壓力時減壓器23降低氣體出口壓力達到實驗需求，當氣瓶壓力低于
實驗壓力時空氣壓縮機2和增壓泵3增高氣體輸入壓力，使用緩沖罐4保證穩(wěn)定氣 體輸入。壓力表22顯示緩沖罐內(nèi)氣體壓力或減壓閥出來氣體壓力，壓力調(diào)節(jié)閥 21控制氣體輸入量大小，控制氣體輸入壓力精確度。
氣體水合物生成/分解單元包括反應(yīng)釜7，與該反應(yīng)釜7依次連通的電磁閥9、 儲氣罐IO，供氣管道30的一路輸出到反應(yīng)釜7，另一路與儲氣罐10連通，電磁閥 9與數(shù)據(jù)采集處理單元電連接，由數(shù)據(jù)采集處理單元控制電磁閥9開關(guān)大小和方 向，使得在水合物生成過程時在儲氣罐10注入壓力高于反應(yīng)釜7的氣體，通過電 磁閥9控制儲氣罐10向反應(yīng)釜7內(nèi)注入氣體以保持水合物恒壓生成；在水合物分 解過程時在儲氣罐10放空，通過電磁閥9控制反應(yīng)釜7內(nèi)分解出的氣體注入儲氣 罐10內(nèi)，以保持水合物恒壓分解；控溫單包括恒溫水箱12及用于調(diào)控該恒溫水 箱12水溫的程序控溫儀5，該程序控溫儀5通過采集控制板卡14與計算機數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)13電連接，反應(yīng)釜7設(shè)置于該恒溫水箱12中，程序控溫儀5可以程序控制 反應(yīng)釜7內(nèi)溫度達到實驗要求。
數(shù)據(jù)采集處理單元包括有相互電連接的采集控制板卡14和計算機數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)13，采集控制板卡M用于采集數(shù)據(jù)并傳送給計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13分析處 理；以及電連接于采集控制板卡14和反應(yīng)釜7之間的壓力傳感器8、設(shè)置在靠近 儲氣罐10的供氣管道30上的溫度傳感器11，電磁閥9電連接到采集控制板卡14; 反應(yīng)釜7內(nèi)溫度、壓力經(jīng)數(shù)據(jù)采集后通過計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13處理，水浴溫度 和反應(yīng)恒定壓力通過計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13程序控制。
請參閱圖3所示，動力學(xué)分析單元包括攪拌裝置、電阻裝置、扭矩裝置、氣 相色譜裝置，分別置于或連接于高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7;攪拌裝置，其用P對 所述反應(yīng)釜7內(nèi)的氣液混合物進行攪拌，并通過轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)得到水合物生成/分 解隨轉(zhuǎn)速變化實驗數(shù)據(jù)；電阻裝置，其用于測量所述反應(yīng)釜7內(nèi)電導(dǎo)率隨水合物 生成/分解的變化情況，并釆集數(shù)據(jù)傳遞到計算機；扭矩裝置，其用于通過所述 攪拌器26的轉(zhuǎn)動測量水合物生成/分解過程中得扭矩變化，并采集數(shù)據(jù)傳遞到計 算機；氣相色譜裝置，其用于在線分析混合氣體水合物生成/分解的氣相組分變 化，并采集數(shù)據(jù)傳遞到計算機。本實施例中的攪拌裝置為高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7頂部通過法蘭24將攪拌 裝置固定于釜頂，直流電機18帶動設(shè)置于反應(yīng)釜7內(nèi)的中心軸上的攪拌器26轉(zhuǎn)動 攪拌增大釜內(nèi)氣液混合速率，攪拌器26通過信號線與轉(zhuǎn)速測量儀17連接，轉(zhuǎn)速 測量儀17另一端連接到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13，采集顯示轉(zhuǎn)速。
電阻裝置包括設(shè)置于所述反應(yīng)釜7下部兩側(cè)的電極對25，該電極對25—端插 入反應(yīng)釜7內(nèi)，另一端通過電阻測量儀6電連接到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13。
本實施例中的扭矩裝置為扭矩傳感器19固定在攪拌裝置上，通過轉(zhuǎn)速測 扭矩，并通過信號線傳輸給扭矩測量儀16，其中在轉(zhuǎn)速較低時候使用三相異步 電機20與攪拌逆向轉(zhuǎn)動，通過相對轉(zhuǎn)速測扭矩，該扭矩測量儀16—端連接于扭 矩傳感器19，另一端與計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13電連接。
請參閱圖4所示，氣相色譜裝置包括電連接于所述反應(yīng)釜7與所述計算機數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)13之間的氣相色譜儀15。
高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7氣相取樣口與氣相色譜15連接，氣體樣品先通過精 密閥門29進入取樣管線28再進入六通閥27，對取樣管線28抽真空，氣體樣品通 過精密閥門29，進入取樣管線28，氣相色譜15進樣，載氣通過取樣管線28載走 樣品氣進入色譜柱分析。氣體組分分析由色譜工作站處理數(shù)據(jù)。
氣相色譜的六通閥前段連接氣體取樣裝置，該裝置由四個精密閥門和一段取 樣管線組成；六通閥樣品氣入口34和排空口35端分別與精密閥門1'和2'連接， 兩個閥門間通過三通連接取樣管線28使得樣品氣入口 34和排空口 35端能連通； 三通的另一口分別與精密闊門3'和4'連接，精密閥門3'另一端與反應(yīng)釜連接， 精密閥門4'另一端與排空管或真空泵連接；精密閥門3'和4'間所有管線抽真 空后，打開精密閥門3'控制少量氣體樣品進入取樣管線28，接通氣相色譜切換 六通閥，使得載氣通過31、 32、 33、 34、 T 、取樣管線28、 2' 、 35、 36，攜 帶氣體樣品到達色譜柱進行分析。
該裝置適用于氣相色譜在線分析混合氣體水合物生成/分解的氣相組分變 化，取樣量少，避免因為組分減少而產(chǎn)生的各相變化。
氣體水合物生成動力學(xué)分析實驗 本實驗采用恒壓法，主要實驗步驟如下1) 高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7內(nèi)注入實驗液體(純水或化學(xué)試劑溶液)；
2) 打開氣瓶l，減壓閥23，壓力調(diào)節(jié)閥21向儲氣罐10注入實驗氣體，如果氣瓶l壓力低于實驗要求壓力，通過空氣壓縮機2壓縮空氣推動增壓泵3增加氣體壓
力迸入緩沖罐4，當壓力達到要求時候注入儲氣罐10;
3) 調(diào)節(jié)程序控溫儀5使得水浴溫度達到實驗要求，高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7和儲
氣罐10溫度達到實驗溫度并穩(wěn)定；
4) 通過計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13控制電磁閥9開關(guān)，保證氣體從儲氣罐10進入高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7達到實驗設(shè)定的恒壓，打開直流電機18帶動攪拌器26開始攪拌，氣體水合物開始生成；
5) 隨著水合物不斷生成，高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7氣體消耗壓力降低，通過計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13控制電磁閥9開關(guān)使儲氣罐10內(nèi)氣體不斷補充，保持壓力恒定，儲氣罐10內(nèi)的壓力變化可以反應(yīng)氣體水合物生成過程的氣體消耗量，通過采集控制板卡14采集數(shù)據(jù)傳到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13處理；
6) 隨著水合物不斷生成，高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7內(nèi)液體電導(dǎo)率增加，電阻增力口，通過電阻測量儀6采集數(shù)據(jù)到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13處理分析；
7) 隨著水合物不斷生成，高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7內(nèi)液體逐漸變?yōu)楣腆w，攪拌器26的轉(zhuǎn)速降低，通過扭矩傳感器測量扭矩19，扭矩測量儀16采集數(shù)據(jù)到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13處理分析；
實施例二
氣體水合物分解動力學(xué)分析實驗
本實驗采用恒壓法，主要實驗步驟如下
1) 調(diào)節(jié)程序控溫儀5使得水浴溫度達到實驗要求，高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7和儲
氣罐10溫度達到實驗溫度并穩(wěn)定；
2) 高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7內(nèi)注入實驗液體和氣體，完全生成氣體水合物；
3) 儲氣罐10放空并抽真空，通過計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13控制電磁閥9開關(guān)，使
得高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7壓力到達實驗要求水合物分解的恒定壓力(該壓力低于相平衡壓力)，氣體從高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7向儲氣罐10放氣，反應(yīng)
釜壓力降低，水合物開始分解；
4) 隨著水合物不斷分解，儲氣罐10內(nèi)的壓力變化可以分析氣體水合物分解過程的氣體溢出量，通過采集控制板卡14采集數(shù)據(jù)傳到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13處理；
5) 隨著水合物不斷分解，高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7內(nèi)液體電導(dǎo)率降低，電阻降低，通過電阻測量儀6采集數(shù)據(jù)到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13處理分析；
6) 隨著水合物不斷分解，高壓不銹鋼透明反應(yīng)釜7內(nèi)水合物逐漸由固體變?yōu)橐后w，攪拌器26的轉(zhuǎn)速增加，通過扭矩傳感器測量扭矩19，扭矩測量儀16采集數(shù)據(jù)到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13處理分析。
實施例三
混合氣體水合物法生成/分解實驗
1) 進行實施例l和2的混合氣體水合物法生成/分解實驗，通過儲氣罐10內(nèi)的壓力變化得出混合氣體水合物法生成/分解的各個階段時間數(shù)據(jù)；
2) 按照該數(shù)據(jù)設(shè)定取樣時間分布，分別在氣體溶解/溢出階段、水合物生成/分解階段、水合物完全生成/分解階段取反應(yīng)釜內(nèi)氣體樣品；
3) 在各個階段首先對氣體取樣裝置抽真空，然后打開取樣口一端的精密閥門29樣品氣進入取樣管線28，打開與六通閥27樣品氣入口34和排空口35端連接的精密閥門29，然后氣相色譜15進樣，載氣通過取樣管線28載走樣品氣進入色譜柱分析；
4) 氣相色譜15分析結(jié)果傳到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13的色譜1作站分析。
氣休水合物動力學(xué)分析裝置還可以通過觀察法或作圖法進行氣體水合物相平衡實驗，同時改變攪拌器26的轉(zhuǎn)速可以分析不同轉(zhuǎn)速氣體水合物生成/分解過程的動力學(xué)實驗。
上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1、一種氣體水合物動力學(xué)分析裝置，其特征在于包括穩(wěn)壓供氣單元、氣體水合物生成/分解單元、動力學(xué)分析單元、控溫單元以及數(shù)據(jù)采集處理單元；穩(wěn)壓供氣單元，其用于向氣體水合物生成/分解單元提供試驗用氣體；氣體水合物生成/分解單元，用于將其內(nèi)的反應(yīng)釜(7)中的氣體和注入的實驗液體混合，并生成氣體水合物；動力學(xué)分析單元，其用于對所述氣體水合物生成/分解單元內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)進行分析得到動力學(xué)數(shù)據(jù)；控溫單元，其用于控制氣體水合物生成/分解單元內(nèi)的溫度變化；數(shù)據(jù)采集處理單元，包括有相互電連接的采集控制板卡(14)和計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(13)，其用于采集、保存和分析所述氣體水合物生成/分解單元、動力學(xué)分析單元的信號，并控制控溫單元。
2、 如權(quán)利要求l所述的氣體水合物動力學(xué)分析裝置，其特征在于所述動力學(xué) 分析單元包括攪拌裝置、電阻裝置、扭矩裝置、氣相色譜； 攪拌裝置，用于對所述反應(yīng)釜(7)內(nèi)的氣液混合物進行攪拌，并通過轉(zhuǎn)速 的調(diào)節(jié)得到水合物生成/分解隨轉(zhuǎn)速變化實驗數(shù)據(jù)；電阻裝置，其用于測量所述反應(yīng)釜(7)內(nèi)電導(dǎo)率隨水合物生成/分解的變化 情況，并采集數(shù)據(jù)傳遞到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(13);扭矩裝置，其用于測量水合物生成/分解過程中得扭矩變化，并采集數(shù)據(jù)傳 遞到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(13);氣相色譜，其用于在線分析混合氣體水合物生成/分解的氣相組分變化，并 采集數(shù)據(jù)傳遞到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(13)。
3、 如權(quán)利要求2所述的氣體水合物動力學(xué)分析裝置，其特征在于所述電阻裝 置包括設(shè)置于所述反應(yīng)釜(7)下部兩側(cè)的電極對(25)、電阻測量儀(6)， 該電極對(25) —端插入反應(yīng)釜(7)內(nèi)，另一端通過所述電阻測量儀(6) 電連接到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(13)。
4、 如權(quán)利要求3所述的氣體水合物動力學(xué)分析裝置，其特征在于所述扭矩裝 置包括三相異步電機(20)、扭矩傳感器(19)和扭矩測量儀(16)，所述 扭矩傳感器(19)設(shè)置于反應(yīng)釜(7)外的攪拌器(26)上，并與三相異步 電機(20)連接，所述扭矩測量儀(16) —端連接于扭矩傳感器(19)，另一端與所述計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)U3)電連接。
5、如權(quán)利要求4所述的氣體水合物動力學(xué)分析裝置，其特征在于所述氣相色譜(15)的六通閥(27)前段連接到氣體取樣裝置，該裝置由四個精密閥門 (r、 2'、 3'、 4')和一段取樣管線(28)組成；六通閥(27)樣品氣入 口 (34)和排空口 (35)端分別與兩個精密閥門連接，兩個閥門間通過三 通連接取樣管線(28)使得樣品氣入口 (34)和排空口 (35)端連通；取 樣裝置出口直接排空或與真空泵連接將取樣裝置內(nèi)氣體排空或抽真空；取 樣裝置入口與反應(yīng)釜(7)相連，打開精密閥門使得反應(yīng)釜內(nèi)樣品氣進入取 樣管線(28);打開與六通閥樣品氣入口 (34)和排空口 (35)端連接的精 密閥門，氣相色譜(15)進樣，載氣通過取樣管線(28)載走樣品氣進入色 譜柱分析。
全文摘要
本發(fā)明是公開一種氣體水合物動力學(xué)分析裝置，該裝置由穩(wěn)壓供氣單元、氣體水合物生成/分解單元、動力學(xué)分析單元、控溫單元和數(shù)據(jù)采集處理單元組成。該裝置通過電阻、扭矩等手段對氣體水合物生成/分解過程進行研究，并對氣相色譜進行改裝，可以減少氣相樣品的取樣量，避免因為組分減少而產(chǎn)生的各相變化。本發(fā)明解決了氣體水合物生成/分解過程中動力學(xué)分析，通過電阻、扭矩、攪拌器轉(zhuǎn)速和氣相色譜等手段，使動力學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果多方面，真實準確。適用于混合氣體水合物生成/分解動力學(xué)分析以及添加化學(xué)試劑的氣體水合物動力學(xué)分析實驗研究。該方法及裝置簡單、操作方便。
文檔編號G01N31/00GK101477093SQ20081022050
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者剛 李, 李小森, 楊海建, 陳朝陽, 顏克鳳 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所