[发明专利]沉积物中扩散型水合物生成过程实验模拟系统及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沉积物中扩散型水合物生成过程实验模拟系统及实验方法。

背景技术

天然气水合物是指一些低分子量气体和某些易挥发性液体，如C₁-C₄轻烃、N₂、O₂、CO₂、H₂S、环氧乙烷、四氢呋喃和卤代烷烃等在接近冰点温度和较高压力的条件下可与水生成一类笼形结构的非化学计量型晶体化合物，通常称之为笼形水合物(clathrate hydrates)，简称水合物。可被看作是一类主-客体(host-guest)化合物或材料。水分子(氢键)形成一种点阵结构，气体分子填充于点阵间的空穴。目前，自然界中发现的水合物结构主要有I、II和H型三种。水合物的理论储气能力为1∶164，即在标准条件下，1单位体积天然气水合物可容纳164体积的天然气，能量密度很高，可以作为21世纪的潜在能源，有效缓解我国能源危机。

自然界存在的水合物主要赋存在深海海底和永久冻土带，据估计，地球上以天然气水合物形式储藏的有机碳占全球总有机碳的53％，是煤、石油、天然气三种化石能源总碳量的2倍，若能够加以开采利用可以有效缓解我国未来的能源危机，从容面对未来能源形势。同时，自然界中水合物也与环境和气候息息相关，水合物中含有大量的甲烷，温室效应是CO₂气体的20倍，一旦赋存条件发生变化，水合物发生分解则会对地球环境产生巨大的影响，因此无论从能源利用方向还是从环境气候变化方向考虑，都必须了解水合物在自然界的生成过程和分布规律，掌握外界条件对水合物生成及分布特性的影响，表征沉积物中水合物的生成特性。但是，自然界中水合物样品的采集和原位测量都非常困难，需要根据现有的海底勘探数据在实验室条件下模拟自然界中扩散型水合物生成环境，利用各种检测手段监测水合物赋存条件的变化对水合物生成过程的影响，得到扩散型水合物在沉积物中的分布规律，反演自然界中水合物的生成和分布特征以及外界条件对水合物生成过程的影响，通过实验模拟得到的沉积物中水合物饱和度估算自然界中水合物的资源量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沉积物中扩散型水合物生成过程实验模拟系统及方法，以解决目前水合物样品采集以及原位测量的困难的难题，根据海底实际物化环境在实验室模拟自然界沉积物中扩散型水合物的生成过程，研究不同的外界条件对沉积物中水合物生成过程及分布规律的影响，得到沉积物中水合物的饱和度，反演自然界中水合物含量。

本发明实施例是这样实现的，

一种沉积物中扩散型水合物生成过程实验模拟系统，该系统包括：储气瓶、手动增压泵、气体缓冲罐、真空泵、恒温水浴、大反应釜、小反应釜、直流稳压电源、数据采集仪、电脑工作站、管路；其中，

所述储气瓶与管路连接，且该储气瓶上接有阀门；

所述手动增压泵与气体缓冲罐连接且中间设有阀门，该气体缓冲罐的上端通过管路和阀门与大反应釜连接；

所述真空泵与管路连接，且该真空泵上端接有阀门；

所述小反应釜放置于大反应釜内，该大反应釜放在恒温水浴中并通过焊接管道外接一单向阀门接入管路作为进气通道，且进气通道内装有流量计；

所述大反应釜的上端盖开孔，开孔内设有压力传感器、温度传感器和LCR电阻探头，且温度传感器、压力传感器、流量计和直流稳压电源分别与数据采集仪连接，该数据采集仪与电脑工作站连接。

其中，所述大反应釜为圆柱形反应器，用不锈钢制成，其上端盖采用螺纹固定、O型圈密封、可自由拆卸且该上端盖上开有7个孔。

其中，所述大反应釜的上端盖上的7个孔中分别放置4个温度传感器、1个压力传感器和1对LCR电极；其中，4个温度传感器分别位于气相中、小反应釜顶面和左右侧面，压力传感器位于气相中，LCR电极探头分别位于小反应釜侧面上部1/3处的位置。

其中，所述LCR电极探头与大反应釜接触处包裹有聚四氟乙烯。

其中，所述温度传感器采用Pt-100铂电阻温度传感器。

其中，所述小反应釜采用聚四氟乙烯制成，其侧圆柱面四周布满小孔，上部覆盖300目筛网盖子，用螺丝固定。

其中，所述气体缓冲罐呈圆柱形，由不锈钢制成，内部有可上下移动密封挡板。

其中，所述大反应釜的内体积为700ml，外径为11.5cm，内高为9cm；所述小反应釜的内体积为65ml，高为5cm，外体积为130ml；所述气体缓冲罐的内体积为2L。