[发明专利]一种基于高压节流控温技术的水合物相变过程可视化CT装置

说明书

一种基于高压节流控温技术的水合物相变过程可视化CT装置，属于水合物基础研究技术领域。高压气体通过气泵与低温探针进入控温池内，高压气体通过低温探针节流膨胀吸热进行温度控制，控温池与反应池通过自力式压力调节阀连接，自力式压力调节阀控制反应池内的压力，进而控制甲烷水合物生成与分解。出口气泵与控温池相连控制控温池内的压力。X射线CT实时扫描甲烷水合物生成分解过程。将高压气体节流低温装置与X射线CT结合，能够通过高压甲烷节流膨胀控制温度，解决了X射线CT扫描过程中反应釜旋转控温较难的问题。结合X射线CT扫描可视化观察在多孔介质表面甲烷水合物生成分解过程的三维结构，为水合物生成分解数值模拟研究提供基础数据。

技术领域

本发明属于水合物基础研究技术领域，涉及到一种基于高压节流控温技术的水合物相变过程可视化CT装置。

背景技术

资源危机是当今世界面临三大难题之一，天然气水合物因其相对比较清洁，能源密度高，储量大而开始备受关注。一立方米的天然气水合物可以释放164立方米的天然气。美国地质调查局报告中指出天然气水合物潜在含碳量约为全球可用常规化石能源的两倍。因此，如何高效开采天然气水合物藏已被多个国家研究。

目前天然气水合物分解动力学的研究已有很大突破，分解动力学模型被广泛研究。其中Kim-Bishnoi模型是比较经典的分解动力学模型，

其中，为水合物分解的摩尔速率，k_d为反应动力学常数，f_e为气、水、水合物三相平衡的逸度，f_g为当地逸度，A_s为水合物分解表面积，因为孔隙内微观可视化难以实现，在多孔介质内的水合物分解表面积很难测量，目前还没有合适的分解表面积的模型，本发明专利应用X射线CT进行可视化研究多孔介质内天然气水合物生成分解过程，以得到水合物分解表面积计算公式。因X射线CT扫描过程中，如何控制低温高压为水合物生成提供条件是目前应用X射线CT研究天然气水合物的难点，本专利应用医学中高压气节流低温治疗的方案，将节流降温装置安装可视区上方进行降温。

发明内容

本发明提供了一种基于高压节流控温技术的水合物相变过程可视化CT装置，实现精确控制温度，可视化研究天然气水合物生成分解过程，得到三维结构，为后续理论研究提供数据基础。

本发明的技术方案：

一种基于高压节流控温技术的水合物相变过程可视化CT装置，包括反应池16、温度控制系统、压力控制系统和数据采集系统；

所述的反应池16外部材料为耐高压PVC聚合材料，反应池16内部有蚀刻通道，通道内为不同形状的多孔介质，且蚀刻的通道不在同一平面内，以便于CT扫描三维成像；

所述的温度控制系统包括预冷换热器4和控温池15，预冷换热器4对注入反应池16内的气体进行初步降温，控制初始进气温度；控温池15内设有低温探针14，低温探针14为耐高压不锈钢具有夹层结构的毛细管，其顶端为封闭端，高压气体经过毛细管，遇到封闭端后进入夹层；控温池15为设置在反应池16内的嵌套管，控温池15可取出；

所述的压力控制系统包括第一气泵3、第二气泵9以及自力式压力调节阀13，所述的第一气泵3初始进行恒压注入，再改为恒流注入；第一气泵3设置在预冷换热器4端，第一气泵3内的气体通过预冷换热器4预热后，进入反应池16内；在第一气泵3与反应池16的管路上，设有温度传感器、压力表和温度反馈装置12，当控温池15内的温度高于或低于设定温度时，温度反馈装置直接反馈到第一气泵3，通过调节第一气泵3注入气体的流速来实现精确地控制温度；第二气泵9为恒压模式，通过第二气泵9控制控温池15内的压力，促使入口高流速气体通过低温探针14进入低压系统，使气体节流膨胀吸热；在第二气泵9与反应池16的管路上，设有温度传感器和压力表；