[发明专利]甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统

摘要

本发明涉及一种甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统，是由甲烷气源经静音空气压缩机、气体增压泵、储气容器、阀控流量计和单流阀与设在恒温箱内的反应釜底部设有的进气口连接，储气容器经回压阀和缓冲罐与手摇连接，平流泵分别经微生物容器和海水容器与进气口连接，真空泵与反应釜上部出气连接。解决了甲烷气体泄漏这一流动过程的刻画及沉积层中相关微生物作用的刻画，客观的再现了海底沉积层中因甲烷泄漏引起的生物地球化学行为，便于学生理解水‑岩‑气‑微生物相互作用及沉积层中相关微生物的作用。为研究水合物分解形成机理及其伴生环境效应提供了有利的设备和研究方法。

主权项

1.一种甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统，是由甲烷气源(1)通过管线、阀和法兰经静音空气压缩机(2)、气体增压泵(3)、储气容器(4)、阀控流量计(5)和单流阀(6)与设在恒温箱(17)内的反应釜(10)底部设有的进气口(24)连接，恒温箱(17)内侧壁上部装有甲烷泄漏报警器(8)，储气容器(4)通过管线、阀和法兰经回压阀(14)和缓冲罐(15)与手摇泵(16)连接，平流泵(13)通过管线、阀和法兰分别与带活塞的微生物容器(11)和带活塞的海水容器(12)连接，带活塞的微生物容器(11)和带活塞的海水容器(12)分别通过管线、阀和法兰与进气口(24)连接，真空泵(18)通过管线、阀和法兰与反应釜(10)上部抽真空孔(27)连接，静音空气压缩机(2)、气体增压泵(3)、阀控流量计(5)、单流阀(6)、温度测定传感器(7)、甲烷泄漏报警器(8)、电阻率测定仪(9)、平流泵(13)、回压阀(14)、恒温箱(17)、真空泵(18)、调压阀、控制阀和压力传感器分别与控制及显示(19)连接构成；反应釜(10)上部设有温度测定口(22)、伞形气液分离器(23)、进出气口(25)、抽真空口(27)和压力测定口，右侧壁设有三个液体取样口(20)，左侧壁设有电阻率测定口(21)，反应釜(10)内部设有滤网压板(26)构成；反应釜(10)上部设有的进出气口(25)通过三通与控制阀c(F3)与回压阀(14)间的管线连接，当给反应釜(10)增压时进出气口(25)是进气口，当反应釜(10)内压力大于回压时进出气口(25)是出气口；所述的甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统的实验方法，包括以下步骤：a、依照研究区的海水组分，配置模拟海水样品，培育相关微生物溶液，蒸馏水若干，研究区沉积物样品，充足的CH₄气源；b、将静音空气压缩机(2)、气体增压泵(3)、阀控流量计(5)、单流阀(6)、温度测定传感器(7)、甲烷泄漏报警器(8)、电阻率测定仪(9)、平流泵(13)、回压阀(14)、恒温箱(17)、真空泵(18)、所设调压阀、控制阀和压力传感器分别与控制及显示(19)连接；并将温度测定传感器(7)置于温度测定口(22)内，电阻率测定仪(9)置于电阻率测定口(21)内；c、打开电源开关，检查电路及传感器是否正常，检查是否有泄漏；d、将带活塞的微生物容器(11)和带活塞的海水容器(12)的活塞置于底部；e、打开反应釜(10)的上盖，加入约1/3体积的沉积物样品，盖上滤网压板(26)，然后盖上反应釜(10)的上盖，连接与反应釜(10)相连的各管线；f、打开控制阀c(F3)、控制阀d(F4)、控制阀g(F7)、控制阀k(F11)和真空泵(18)的开关，进行反应釜(10)及管路抽真空，待压力传感器e(P5)的压力为‑0.1Pa时关闭真空泵(18)、控制阀c(F3)、控制阀d(F4)、控制阀g(F7)和控制阀k(F11)；g、打开控制阀k(F11)、控制阀m(F13)、控制阀o(F15)、控制阀q(F17)，启动平流泵(13)，将模拟海水注入反应釜，待反应釜内液体达到3/4反应釜体积时关闭平流泵(13)、控制阀k(F11)、控制阀m(F13)、控制阀o(F15)和控制阀q(F17)；h、打开控制阀n(F14)、控制阀q(F17)，启动平流泵(13)，将微生物容器(11)中的压力增加到压力传感器f(P6)的读数大于压力传感器c(P3)时，打开控制阀k(F11)、控制阀l(F12)，微生物溶液在压力差驱动下注入反应釜，注入完成后，关闭平流泵(13)控制阀k(F11)、控制阀l(F12)、控制阀n(F14)和控制阀q(F17)；i、启动恒温箱，使恒温箱中反应釜(10)达到设定的温度0～20℃；j、利用手摇泵(16)和缓冲罐(15)，为回压阀(14)设定初始回压为3～30MPa，转动手摇泵(16)手柄至压力传感器d(P4)读数为3～30MPa；k、打开甲烷气源1的控制阀a(F1)，调压阀a(V1)，启动静音空气压缩机(2)和气体增压泵(3)，将甲烷增压储存到储气容器(4)中，压力传感器a(P1)读数比设定的3～30MPa回压大2MPa，关闭控制阀a(F1)、调压阀a(V1)、静音空气压缩机(2)和气体增压泵(3)；l、打开控制阀b(F2)、控制阀c(F3)和调压阀b(V2)，给反应釜(10)增压至压力传感器c(P3)的读数与压力传感器d(P4)设定的回压一致时，关闭控制阀c(F3)和调压阀b(V2)；m、通过阀控流量计(5)设定甲烷气体流量5‑100scc/min，调节调压阀b(V2)使进气压力传感器b(P2)读数略大于反应釜压力0.5～0.8MPa，打开控制阀d(F4)、控制阀f(F6)，甲烷气体向反应釜(10)移动，实现流动甲烷的注入；n、打开控制及显示(19)中计算机的数据采集系统，设置采集项目及参数，压力、温度、流量、电阻率，采集时间间隔，数据保存路径，开启数据实时显示；o、通过液体取样口K1～K3、气体取样口K4采集水样和气样，检测水样、气样中的化学成分；p、水样和气样采集完毕，关闭控制阀b(F2)、控制阀d(F4)，调压阀b(V2)，转动手摇泵(16)卸掉回压阀(14)中的压力，使压力传感器(P4)读数显示0，将甲烷气排放到安全通风处后关闭控制阀f(F6)；q、保存数据，关闭监测与控制系统、关闭电源开关；r、采集反应釜中水样，分析实验结束时水化学成分特征，分析其中的微生物特征；s、采集反应釜中泥样，通过X射线衍射、扫描电镜手段，分析样品矿物变化；t、清洗干净反应釜(10)、带活塞的微生物容器(11)和带活塞的海水容器(12)的内腔体，用蒸馏水清洗海水和微生物样品经过的管线，以防锈蚀。