[发明专利]一种气体水合物取样分析方法及装置

说明书

技术领域：

本发明是涉及一种气体水合物取样分析方法及装置，尤其应用于水合物体系中的气相、水溶液相、水合物浆相、水合物相的取样，和分析混合气体在水合物体系中气相、水溶液相、水合物浆相、水合物相的组分，以及气体在溶液中的溶解度、溶液中的气体浓度、分别进入水合物浆和水合物相的气体量、水合物浆相对气体的储气能力、水合物相对气体的储气能力、水的转化率、水合物相气水比等关键参数的测试和分析。

背景技术：

气体水合物又称笼形水合物，是在一定的温度和压力条件下由水分子通过氢键形成笼形主体晶格和被包笼在晶格中的小分子气体(CO₂、CH₄等，称为客体分子)结晶而成的一种非化学计量比的笼形冰状晶体化合物。气体水合物的基本结构特征是主体水分子通过氢键在空间相连形成笼型孔穴，而客体分子与主体分子间以van der Waals力作用填充在笼型孔穴中。空的水合物晶格就像一个高效的分子水平的气体储存器，每立方水合物可储存160～180m³的天然气。目前发现的水合物主要分为三种结构：体心立方结构的SI水合物，面心立方结构的SII水合物，六方结构的SH水合物。

自1810年Davy在实验室合成氯气水合物以来，人们对气体水合物有了200多年的研究历史。随着全球能源、环境问题的日趋严峻，气体水合物研究已经从简单的基础物性研究发展到以管道水合物抑制技术、天然气固态储存、氢气储运和水合物分离气体混合物等新型应用技术，天然气水合物资源勘探与开发，温室气体的水合物法捕集与封存等为基本方向的气体水合物研究大格局。气体水合物因其独特的物理化学特性已经作为一种全新的技术经广泛应用于资源、环保、气候、油气储运、石油化工、生化制药等诸多领域。其中典型的例子有水合物法淡化海水以弥补淡水资源的不足；水合物发分离捕集CO₂等温室气体或CH₄和H₂等清洁燃料气体；水合物法永久性的将温室气体CO₂存于海底以改善全球气候环境；以水合物的形式储存和运输天然气、氢气等清洁能源气体；水合物法溶液提浓；利用水合物的反应热用作制冷剂以及相关方面的储能等。

而在进行相关水合物基础研究或水合物应用技术开发时，需要获得水合物体系的各相组分、水合物相内的气液比、水的转化率、水合物的储气量以及高压条件下气体在水(溶液)中的溶解性等关键参数，这要求对水合物体系中的气相、水溶液相、水合物浆相、水合物相进行精确的取样测试和分析。现有的水合物测试分析方法很大程度上依赖于气相色谱(GC)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)、核磁共振(NMR)等高端仪器设备。而这些测试设备不仅价格昂贵，很难满足大规模的研究需要；同时由于气体水合物需要高压、低温保存条件，这些设备很难实现真实条件下的在线测试。现有的取样方法也是通过外接取样管来实现，特别是对水合物相的取样分析更是直接通过打开反应釜取样来实现，而这很难规避外界坏境对水合物样品的影响。我们已经在CN101477086A专利中申请了有关气体水合物生成取样分析方法及装置，此方法的取样都是通过外接取样管来实现，其特点是只能采集固定点的样品。此方法在气相分析方面确实较为方便和精确，但由于水合物相是通过气液分离分离水合物浆相获得，气液分离器效果并不理想，也较难操作，并且由于水溶液和水合物相的流动差异，取样很难均匀，以致水合物相或者溶液相的组分确定、水的转化率、水合物相的气液比、水合物的储气量等参数无法得到有效表征。因此，开发一种方便、低廉、准确可靠的取样分析方法和设备显得尤为关键。

发明内容：

本发明的目的是提供一种气体水合物取样分析方法及装置，可对反应釜内的任意高度空间进行任意容积取样，可对水合物反应体系中的气相、溶液相、水合物浆相、水合物相任意相态进行取样，取样真实均匀，取样设备方便低廉，分析方法准确可靠。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：一种气体水合物取样分析装置如下：

(1)取样模块：由透明可耐高压树脂玻璃管的取样器、取样器内的上压缩活塞、取样器内的下压缩活塞、上联动轴、下联动轴、样品输送管以及相关的连接部件组成。根据反应釜体实际尺寸大小和实验需要，对反应釜内任意高度空间采集任意体积的样品，并输送到样品收集罐。

(2)样品分解模块：主要由样品收集罐和加热附件构成。实现气体等样品的储存以备分析，或实现水溶液、水合物浆相、压缩的水合物相的充分分解以备分析。