[发明专利]一种二氧化碳封存实验模拟装置及方法

权利要求书

1.一种二氧化碳封存实验模拟装置，包括高压反应釜、与高压反应釜相连接的供气供液系统，温度压力采集系统以及样品采集和测试系统，高压反应釜包括反应釜筒体(18)和端盖(3)，所述供气供液系统包括恒压泵(21)、液相注入口(1)，液相注入口(1)通过阀门连接一真空泵(16)，其特征在于：

所述温度压力采集系统包括多组单独控温的水浴夹套(19)，水浴夹套(19)沿高压反应釜外侧壁从上至下依次设置；在高压反应釜内不同高度位置设置有多组与数据采集器(12)相连的压力传感器(10)和温度传感器(9)；

所述反应釜筒体(18)的内侧壁上不同高度设有多组安装槽，反应釜筒体(18)内部设置两组可拆卸的活动隔板(11)，活动隔板(11)采用透气透水材质，以根据实验设计要求安装在不同高度位置的安装槽处，用于限制沉积物的位置。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳封存实验模拟装置，其特征在于：所述高压反应釜内腔体的上端设置有活塞(21)和活塞杆(20)，端盖(3)与活塞(21)之间构成液压腔，液压腔通过管道与恒压泵(2)相连，通过活塞(21)向高压反应釜内水体施加恒定的压力；活塞杆(20)为中空结构，一端与活塞(21)相连，另一端伸出端盖(3)，活塞杆(20)中空部分与活塞(21)及端盖(3)相通形成高压反应釜的液相进出口，与液相注入口(1)相连。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳封存实验模拟装置，其特征在于：所述样品采集和测试系统包括液相采集端子、高压样品仓(6)、拉曼光谱探头(5)和拉曼测试仪(4)；拉曼光谱探头(5)设置在高压样品仓(6)内，且与拉曼测试仪(4)相连；液相采集端子包括取样滤网(8)及取样阀(7)，高压反应釜轴线方向上设有多组采样口，取样滤网(8)安装在反应釜筒体内、并通过采样口引出，采样口通过取样阀(7)与高压样品仓(6)相连，通过原位拉曼探头(5)对采集到的样品进行实时测试，并基于拉曼光谱仪(4)进行分析。

4.根据权利要求3所述的二氧化碳封存实验模拟装置，其特征在于：所述高压样品仓(6)的底部设有样品排出口，样品排出口处设置有放空阀(15)。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳封存实验模拟装置，其特征在于：所述供气供液系统包括高压气瓶、减压阀、液化系统(13)、注入泵；高压气瓶经减压阀与液化系统(13)相连，液化后的二氧化碳经注入泵分成两路与高压反应釜连接。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳封存实验模拟装置，其特征在于：所述高压反应釜侧壁上还设置电阻率测试口，通过对电阻率的测试高压反应釜体内沉积物中二氧化碳水合物的生成情况，评估二氧化碳在海底环境下的封存能力。

7.基于权利要求1-6任一项所述二氧化碳封存实验模拟装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、沉积物样品制备：按照实验设计要求筛选合适粒径的天然或人工砂样，或按实际沉积物组成将不同粒径人工砂样混合模拟海底沉积物孔隙条件，将沉积物样品清洗干净放在干燥箱中烘干后待用；

步骤B、沉积物填充：按照实验设计要求调节高压反应釜内活动隔板(11)的位置，并将沉积物样品填充压实至需要的位置；

步骤C、注入水样：

(1)关闭高压反应釜，开启上盖(3)与真空泵(16)相连的阀门，打开真空泵(16)将高压反应釜抽真空后，关闭阀门与真空泵(16)；

(2)将去离子水或人工海水注入至高压反应釜内，当高压反应釜内液面位置高于沉积物时停止注入；

(3)再次打开真空泵及连接阀门抽真空，排出沉积物中的气泡，静置若干小时后，重复上述过程，直至沉积物中完全充满水样；

(4)最后将高压反应釜内注满水样，打开恒压泵(2)推动高压反应釜上端活塞(21)使高压反应釜内压力达到实验需要压力；

步骤D、实验模拟：

(1)按实验设计设定，开启循环水浴(19)，使高压反应釜内温度达到模拟条件；

(2)打开二氧化碳液化系统及注入泵，向高压反应釜内注入液相二氧化碳，并通过流量计记录注入液相二氧化碳的量，开始水合物的封存实验。