[发明专利]分子层面上在线红外光谱仪原位监测气体水合物生成与分解过程的装置及其使用方法

说明书

本发明提供一种分子层面上在线红外光谱仪原位监测气体水合物生成与分解过程的装置及其使用方法，可以进行气体、液体水合物的生成/分解等动力学实验，并实现微观过程原位定量红外监测。本装置包括包括反应釜系统S2，反应釜系统S2与在线红外光谱检测系统S1、液体自动进样装置S3、控压供气系统S5、真空系统S6和数据采集与处理系统S7分别相连，反应釜系统S2与控压供气系统S5之间设置预冷系统S4。本发明能实时、原位监测溶液中组分的红外光谱变化和浓度变化情况，无需取样，在分子水平上加深对客体分子溶解、诱导、成核及水合物生长等过程机理的理解，而且添加剂对水合物生成动力学的影响机理也可以得到进一步研究。

技术领域

本发明涉及一种分子层面上在线红外原位分析气体水合物技术领域，尤其涉及一种分子层面上在线红外光谱仪原位监测气体水合物生成与分解过程的装置及其使用方法。

背景技术

天然气水合物主要赋存于陆地永久冻土区和海洋沉积物中，具有分布广、储量大和能量密度高等特征，已经成为替代煤、炭、石油与天然气等传统能源的新能源。水合物技术也可应用于气体分离、天然气储运、二氧化碳捕获与封存、蓄冷技术等领域。然而天然气水合物的形成也会导致天然气管道堵塞、危及深海开采平台设备的安全。

气体水合物的形成与分解机理对于天然气水合物成藏机理、开采及相关技术的应用具有重要意义。气体水合物的生成需要满足气体扩散到液体、低温、高压的条件，这使得气体水合物形成与分解过程的微观监测及表征方法受到限制。水合物常用的表征方法有XRD，RAMAN，NMR，它们需要是借助反应釜生成水合物，然后转移水合物至低温台进行检测。取样过程中由于周围环境的变化，会引起水合物的分解或内部结构转变，从而无法实现原位表征水合物的微观结构。而对水合物的微观机理研究，目前主要通过反应釜透视窗直接观察，宏观压力、温度、电阻率等间接变量，以及计算机模拟和理论计算等方法。目前难以实时、原位获得水合物生成过程中高精度的分子变化行为，以及促进剂或抑制剂对水合物生成/分解机理的影响。为了满足水合物领域研究的需求，迫切需要一套能够从分子层面、在线原位监测气体水合物生成与分解过程的装置和表征方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分子层面上在线红外光谱仪原位监测气体水合物生成与分解过程的装置及其使用方法。通过在线红外光谱仪实时、原位监测体系分子的光谱变化，无需取样，结合宏观温度、压力随时间的变化，可以得到体系中的分子在水合物生成/分解前后的变化行为，从而在分子水平上加深对客体分子溶解、诱导、成核及水合物生长机理的理解，而且添加剂对水合物生成动力学的影响机理也可以得到进一步研究。

本发明的目的在于提供一种分子层面上在线红外光谱仪原位监测气体水合物生成与分解过程的装置，通过该装置结合宏观上温度变化以及微观分子的光谱变化，可以在线、原位监测溶液中分子转化为水合物前后的变化行为。

本发明采用现代精密监测仪器，准确度高，可以直接联合高压反应釜使用，无需定做带透视窗的复杂反应釜。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种分子层面上在线红外光谱仪原位监测气体水合物生成与分解过程的装置，包括反应釜系统S2，反应釜系统S2与在线红外光谱检测系统S1、液体自动进样装置S3、预冷系统S4、控压供气系统S5、真空系统S6和数据采集与处理系统S7分别相连，数据采集与处理系统S7与在线红外光谱检测系统S1、预冷系统S4分别相连。

进一步地，所述的反应釜系统S2包括反应釜，及与所述反应釜配合使用的能检测反应釜内水合物的温度的温度传感器A和检测压力的压力传感器A，以及设置在反应釜内部的搅拌器。