[发明专利]天然气水合物在多孔介质中的热扩散效应实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种热扩散效应的实验装置。

背景技术

天然气水合物是天然气中低分子量的烃类化合物与水在低温、高压下形成的固体合物，是自然界存在的最典型的气体水合物，天然气水合物具有储量大、分布广、埋藏浅、能量密度高、燃烧后无污染等优点。随着气体水合物研究的日益深入，特别是天然气水合物开采技术研究的发展，气体水合物技术在天然气储运、混合气体分离等方面的应用前景日益显现。在气体水合物模拟实验研究中，气体水合物形成、分解条件及其动力学的模拟实验研究是实现天然气水合物资源开采利用以及气体水合物技术在其它领域应用的的基础和前提条件。

天然气水合物是一种潜力巨大的新型能源，同时也是全球碳循环的重要组成部分。水合物赋存环境温度超过相平点后会分解出自由气体。影响水合物加热分解的因素很多，如水合物沉积层的热扩散系数、水合物吸热能力以及加热开采能效比等。通过研究多孔介质中水合物的热扩散效应，寻找出热传递的最佳温度和热效半径，可以为海洋天然气水合物的开采工作的开展提供技术支持。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种天然气水合物在多孔介质中的热扩散效应实验装置，其结构简单，实验效果好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括密封容器，密封容器置于恒温箱内，密封容器内部上下端分别设有绝热板，密封容器通过管道分别与供气装置、背压阀连通；上端的绝热板上设有时域反射探针，下端的绝热板上设有热电阻；密封容器内设有加热装置。

本项发明的实验设备能够进行水合物合成、单点加热分解、温度二维梯度测量以及TDR(时域反射)监测等。密封容器的最高工作压力为10MPa，容器壁厚10mm，内径300mm，容器内沉积物高150mm。恒温箱采用“雪中碳”低温冷却系统，温度范围为-30℃至室温。容器内上下各由一块厚约30mm的聚四氟乙烯绝热板隔开，以实现沉积物与上下端盖的绝热，保证系统的温度梯度只存在于水平面上，形成一个二维的温度场。恒压环境由Tescom公司的电控气动背压阀控制，背压阀内置压力控制PID算法，控制精度高，达到控制压力幅的0.1％。

时域反射探针设置6-8个，热电阻设有6-8个。加热装置采用电热棒，加热棒置于容器中央，长度150mm，加热功率最大200W，实际工作可通过PID控制输出功率达到恒温加热效果。

热电阻以反应釜中心(加热棒)为中心，按照依次渐远的位置排列，用来监测水合物模拟实验过程中密封容器内温度梯度的变化。此外，密封容器内还安置了时域反射探针，用来计算多孔介质中水合物饱和度。

本装置以水合物分解热扩散效应研究为目的，通过专门研制的水合物分解热效应模拟实验装置，综合采用沉积物温度梯度监测技术和水合物饱和度的时域反射(TDR)测试技术进行了一系列模拟实验。讨论了水合物生成过程，沉积物降温梯度变化以及相对应的水合物饱和度关系；水合物分解过程中沉积物温度梯度受热源距离、加热时间的影响以及水合物热扩散能力等。

密封容器内上、下绝热板之间设有多孔介质填充区，利用供气装置将气体引入密封容器内，气体沿多孔介质扩散，与多孔介质内的水反应，生成水合物。在利用本发明的实验装置进行天然气水合物开采模拟时，需要预先在多孔介质中生成水合物样品。可以根据所模拟的实际条件，在不同条件下生成水合物样品。

在排气系统上设有背压阀，以确保实验过程中水合物的分解能在指定的恒压下进行。

本发明的天然气水合物在多孔介质中的热扩散效应实验装置，可以精确测定水合物热扩散效应，所述装置简单、造价低廉、操作方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本装置做详细描述：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

本装置包括密封容器1，密封容器1置于恒温箱2内，密封容器1内部上下端皆设有绝热板3，密封容器1通过管道分别与供气装置4、背压阀5连通；上端的绝热板3上设有时域反射探针6，下端的绝热板3上设有热电阻7；密封容器1内设有加热装置8，加热装置8采用电热棒。

时域反射探针6设置八个，热电阻7设有八个。密封容器内上、下绝热板之间设有多孔介质填充区9。

实验流程如下：

1.在密封容器1内生成水合物；

2.根据试验安排，在圆筒形密封容器1中心采用加热装置8线加热方式加热，考察沿半径方向的温度梯度场变化。

3.在密封容器1的上、下端盖处，采用绝热板3的绝热设计，以在容器内形成近似的、纵向温度变化小的二维温度场。