[发明专利]一种用于水合物制备实验装置的混合供气系统

说明书

技术领域

本发明属于水合物开采与利用技术领域，涉及一种用于水合物制备实验装置的混合供气系统。

背景技术

水合物是指含水的化合物，涉及的范围非常广泛，其中以天然气水合物最为典型。天然气水合物是指由主体分子水和客体分子甲烷、乙烷、丙烷等烃类气体，及二氧化碳、氮气等非烃类气体分子在低温高压条件下，通过范德华力相互作用，形成的结晶状笼形固体络合物，其中水分子借助氢键形成结晶网格，网格中的孔穴内充满轻烃、重烃或非烃分子。天然气水合物分布于深海沉积物或者永久冻土层中，并且储量巨大，所含的有机碳资源总量相当于全球已知煤、石油和天然气总量的两倍。天然气水合物具有极强的储载气体能力，一个单位体积中可储载100～200倍于该体积的气体量。它燃烧后仅产生少量的二氧化碳和水，污染相比于煤、石油和天然气小很多，属于清洁能源。因此，天然气水合物被国际公认为常规油气资源的接替能源。

近些年，对于天然气水合物的形成逐渐成为研究热点，因为对天然气水合物形成的研究能够为天然气水合物的开采、储存与运输等提供技术支撑。首先，天然气水合物的制备是进行开采试验的前期工作。天然气水合物的实际蕴藏环境的气体组分和形成条件比较复杂，气体组分包括甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳，氮气等，并且不同的地理环境其各组分的含量也有所不同，其形成条件是海底沉积层或永久冻土层的高压低温环境。在这种条件下水形成笼状晶体，气体分子进入笼状晶体最终形成了稳定的水合物结构。气体分子的种类、配比以及沉积层的温压条件都会影响天然气水合物的形成过程，包括形成的时间以及形成的最终状态。其次，对开采出来的天然气进行水合物合成是一种新的储运方法。常规的海上天然气储运是采用液化天然气技术，但是液化天然气的形成及保存工艺需要超低温环境-161.5℃，运输设备的投资和运行维护成本很高，而如果生成水合物进行储运，则只需要零上几度的低温环境即可，降低了投资和运行维护成本。但是天然气水合物的生成过程需要一定时间来完成，降低合成时间，提高合成效率是水合物储运方式的关键问题。基于上述原因，水合物形成制备技术的研究是开展天然气水合物开采实验、快速且经济的储存和运输的关键点之一。

天然气水合物制备的实验模拟需要尽量反映出海底的成藏条件和蕴藏环境，比如沉积层骨架、海底的低温高压条件、多组分气体条件等。需要突破上述可知天然气水合物的合成过程漫长、合成气体组分多样、合成环境复杂等技术难题。这就需要一套完整的混合供气系统，需要配备多种气瓶、设计混合方案以及检测混合气体组分。因此本发明设计了一种水合物制备实验装置的混合供气系统，用于提供实际成藏条件下天然气水合物形成方案多样化的功能需求。

发明内容

本发明目的是提供一种用于提供实际成藏条件下天然气水合物形成方案多样化的功能需求的用于水合物制备实验装置的混合供气系统。

为达到以上目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用于水合物制备实验装置的混合供气系统，由配气单元、增压泵、空压机、中间储罐、流量计、调压阀、水合物反应釜、气相色谱仪、数据采集仪、工控机以及配套管路阀门组成，配气单元的气体首先由增压泵进行加压形成高压气体，之后进入中间储罐稳压后继续供出；最终将高压气体通入水合物反应釜中；在供气系统中，采用流量计监测供气流量的瞬时值及累计值，通过调压阀来控制反应釜的压力；采用气相色谱仪在线检测反应釜混合气体各组分的比例，获得混合气体的组成。

配气单元由多种气瓶并行组成，包括甲烷气瓶、乙烷气瓶、丙烷气瓶、二氧化碳气瓶、氮气气瓶和连接管路及阀门；每个气瓶的连通管路都配有截止阀，向反应釜通入单组分气体进行水合物的制备，向反应釜在不同时间段通入不同种类气体进行多组分混合气体水合物的制备。

每个气瓶对应配有一个中间储罐，如果开启截止阀，关闭其他中间储罐截止阀，则实现甲烷的稳压供气；如果开启截止阀，关闭其他中间储罐截止阀，则实现乙烷的稳压供气；如果开启截止阀，关闭其他中间储罐截止阀，则实现丙烷的稳压供气；如果开启截止阀，关闭其他中间储罐截止阀，则实现二氧化碳的稳压供气；如果开启截止阀，关闭其他中间储罐截止阀，则实现氮气的稳压供气；每个中间储罐均为立式压力容器，容积为20L，实现最大1L/min的供气量，最高耐压能力为30MPa。

配备一个流量计监测供气流量的瞬时值及累计值，数据采集仪采集流量信号传递给工控机进行记录；通过调压阀来控制反应釜的压力，反应釜的压力信号被数据采集仪采集传递至工控机记录并反馈给调压阀，通过调节调压阀的开度来调控反应釜压力；反应釜的压力和流量计所测的流量用于反应釜内气体总物质量的相互校核。