專利名稱：水合物實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型水合物實(shí)驗(yàn)裝置屬于實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣水合物(Natural Gas Hydrate，簡(jiǎn)稱Gas Hydrate)是在低溫、高壓條件下 水和天然氣中低分子量的烴類化合物形成的一種非化學(xué)計(jì)量型、類冰狀、籠型結(jié)晶化合物。 天然氣水合物具有主-客體材料特征，水分子(主體)通過氫鍵結(jié)合形成空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，氣 體分子(客體)通過與水分子之間的范德華力填充于水分子點(diǎn)陣間的空穴中。自然界存在 的天然氣水合物以甲烷水合物為主，其中絕大部分賦存于海底，具有儲(chǔ)量大、分布廣、埋藏 淺、能量密度高、燃燒后無污染和殘留等優(yōu)點(diǎn)。單位體積的甲烷水合物分解可產(chǎn)生150-180 標(biāo)準(zhǔn)體積的甲烷氣體。海底及陸地永凍土層下存在著廣泛的天然氣水合物形成條件，據(jù)估 計(jì)，地球上以天然氣水合物形式儲(chǔ)藏的有機(jī)碳占全球總有機(jī)碳的53%，是煤、石油、天然氣 三種化石燃料總碳量的2倍。天然氣水合物以固體形式賦存于泥質(zhì)海底的松散沉積層中， 在開采過程中發(fā)生相轉(zhuǎn)化，與石油、天然氣的開采相比，具有很大的開采難度。天然氣水合 物，特別是海洋天然氣水合物的開采尚處于實(shí)驗(yàn)探索階段，迄今為止，人們尚未找到技術(shù)上 可行，經(jīng)濟(jì)上合理的海洋天然氣水合物的開采方法。氣體水合物室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行天然 氣水合物資源開發(fā)利用和水合物相關(guān)應(yīng)用技術(shù)研究的基礎(chǔ)，而室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)裝置是進(jìn)行氣 體水合物研究的關(guān)鍵。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種用于氣體水合物室 內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的水合物實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是水合物實(shí)驗(yàn)裝置是由水合物反應(yīng)釜、穩(wěn)壓供氣 模塊、溫度控制模塊、壓力控制模塊、取樣分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制面板、升降裝置及 相關(guān)管路組成。水合物反應(yīng)釜為一圓柱形反應(yīng)器，反應(yīng)釜一端可拆開，反應(yīng)釜側(cè)面相對(duì)開 設(shè)一對(duì)視窗，反應(yīng)釜內(nèi)安裝機(jī)械攪拌和磁力攪拌，在反應(yīng)釜頂蓋設(shè)置機(jī)械攪拌裝置，機(jī)械攪 拌裝置是由電機(jī)，帶動(dòng)外磁鋼體旋轉(zhuǎn)，通過磁力耦合而帶動(dòng)裝在密封罩體內(nèi)部的內(nèi)磁鋼體 旋轉(zhuǎn)，內(nèi)磁鋼體的軸與攪拌軸用連軸器聯(lián)為一體，對(duì)物料進(jìn)行攪拌。反應(yīng)釜底部設(shè)置磁力攪 拌裝置，磁力攪拌裝置是由微電機(jī)帶動(dòng)強(qiáng)力磁鐵產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)釜內(nèi)的攪拌子轉(zhuǎn) 動(dòng)，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)液體進(jìn)行攪拌。穩(wěn)壓供氣模塊包括高壓氣瓶、減壓閥、壓力調(diào)節(jié)閥、單向閥 等。溫度控制模塊是一套連續(xù)可調(diào)高低溫恒溫水浴系統(tǒng)、包括制冷系統(tǒng)、電加熱器、PID程 序控溫儀、探燈。壓力控制模塊由氣動(dòng)PID壓力控制閥、壓力傳感器、平衡釜、安全閥組成。 取樣分析模塊由管線、閥門組成。數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、電極，采集反 應(yīng)釜中溫度、壓力數(shù)據(jù)、平衡釜中壓力數(shù)據(jù)、恒溫水浴溫度數(shù)據(jù)、電導(dǎo)率數(shù)據(jù)?？刂泼姘逵煽?制面板上各種控制數(shù)顯儀表，底架底部安裝有四個(gè)腳輪，可自由推動(dòng)。在底架上設(shè)置恒溫水浴池，在底架上設(shè)置升降裝置，在底架上設(shè)置水合物控制柜，攪拌器安裝固定在攪拌器固定架上，平衡釜為一密閉高壓容器，平衡釜置于恒溫水浴中，反 應(yīng)釜安裝在恒溫水浴池中，升降裝置是由電機(jī)，螺旋升降器螺桿組成。電機(jī)帶動(dòng)螺旋升降器 螺桿，使升降臂上下滑動(dòng)。本實(shí)用新型研究水合物相平衡及形成、分解動(dòng)力學(xué)，具有壓力高，控壓精度高，可 進(jìn)行恒壓、恒容實(shí)驗(yàn)，讀取、采集并保存溫度、壓力、電阻等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可直接觀察反應(yīng)狀態(tài)。

附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖4是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖中底架1，恒溫水浴池2，腳輪3，機(jī)械攪拌器4，反應(yīng)釜5，水合物控制柜6，截止 閥8，手動(dòng)調(diào)壓閥9，升降裝置10，面板11，攪拌器固定架12，平衡釜15，反應(yīng)釜銅極16，氣動(dòng) PID壓力控制閥18，取樣閥19，壓力傳感器20，壓力表23，壓力調(diào)節(jié)閥25，電子壓力控制器 27，壓力送變器28，截止閥29，壓力表30。如附圖1、附圖2、附圖3、附圖4所示，本實(shí)用新型是包括底架1，恒溫水浴池2，腳 輪3，機(jī)械攪拌器4，反應(yīng)釜5，水合物控制柜6，截止閥8，手動(dòng)調(diào)壓閥9，升降裝置10，面板 11，攪拌器固定架12，平衡釜15，反應(yīng)釜銅極16，氣動(dòng)PID壓力控制閥18，取樣閥19，壓力 傳感器20，壓力表23，壓力調(diào)節(jié)閥25，電子壓力控制器27，壓力送變器28，截止閥29，壓力 表30。在底架上設(shè)置恒溫水浴池，在底架上設(shè)置升降裝置，在底架上設(shè)置水合物控制柜，攪 拌器安裝固定在攪拌器固定架上，水合物實(shí)驗(yàn)裝置是由水合物反應(yīng)釜、穩(wěn)壓供氣模塊、溫度 控制模塊、壓力控制模塊、取樣分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制面板、升降裝置及相關(guān)管路組 成。水合物反應(yīng)釜5為一圓柱形反應(yīng)器，反應(yīng)釜一端可拆開，反應(yīng)釜側(cè)面相對(duì)開設(shè)一對(duì)視 窗，反應(yīng)釜內(nèi)安裝機(jī)械攪拌和磁力攪拌，在反應(yīng)釜頂蓋設(shè)置機(jī)械攪拌器4，機(jī)械攪拌器是由 電機(jī)，帶動(dòng)外磁鋼體旋轉(zhuǎn)，通過磁力耦合而帶動(dòng)裝在密封罩體內(nèi)部的內(nèi)磁鋼體旋轉(zhuǎn)，內(nèi)磁鋼 體的軸與攪拌軸用連軸器聯(lián)為一體，對(duì)物料進(jìn)行攪拌。反應(yīng)釜底部設(shè)置磁力攪拌器，磁力攪 拌器是由微電機(jī)帶動(dòng)強(qiáng)力磁鐵產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)釜內(nèi)的攪拌子轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)液 體進(jìn)行攪拌。穩(wěn)壓供氣模塊包括高壓氣瓶、減壓閥、壓力調(diào)節(jié)閥、單向閥等。溫度控制模塊是 一套連續(xù)可調(diào)高低溫恒溫水浴系統(tǒng)、包括制冷系統(tǒng)、電加熱器、PID程序控溫儀、探燈。壓力 控制模塊由氣動(dòng)PID壓力控制閥18、壓力傳感器20、平衡釜、安全閥組成。取樣分析模塊由 管線、閥門組成。數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、電極，采集反應(yīng)釜中溫度、壓 力數(shù)據(jù)、平衡釜中壓力數(shù)據(jù)、恒溫水浴溫度數(shù)據(jù)、電導(dǎo)率數(shù)據(jù)?？刂泼姘逵煽刂泼姘迳细鞣N 控制數(shù)顯儀表，底架1底部安裝有四個(gè)腳輪3，可自由推動(dòng)。平衡釜15為一密閉高壓容器， 平衡釜置于恒溫水浴中，反應(yīng)釜安裝在恒溫水浴池2中，升降裝置10是由電機(jī)，螺旋升降器 螺桿組成。電機(jī)帶動(dòng)螺旋升降器螺桿，使升降臂上下滑動(dòng)。穩(wěn)壓供氣模塊包括高壓氣瓶、減 壓閥、單向閥等。壓力調(diào)節(jié)閥25，溫度控制模塊，反應(yīng)釜安裝在恒溫水浴池中，一套連續(xù)可調(diào)
4高低溫恒溫水浴系統(tǒng)、包括制冷系統(tǒng)、電加熱器、PID程序控溫儀、探燈。壓力控制模塊由氣 動(dòng)PID壓力控制閥、壓力傳感器、平衡釜、安全閥組成。反應(yīng)釜中的壓力通過壓力控制閥控 制，氣動(dòng)PID壓力控制閥是由電子壓力控制器27、減壓閥、壓力傳感器組成的反饋系統(tǒng)，對(duì) 容器內(nèi)的壓力進(jìn)行精確控制。平衡釜為一密閉高壓容器，平衡釜置于恒溫水浴中，平衡釜釜 頂設(shè)置接口 4個(gè)，釜底設(shè)置排盡接口 1個(gè)；平衡釜上設(shè)置1個(gè)，連接于放空管路上。反應(yīng)釜 上加安全閥1個(gè)，安裝于放空管路上。氣體從反應(yīng)釜和平衡釜中雙向流動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)定壓力。 取樣分析模塊由管線、閥門組成。對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)氣相和液相分別進(jìn)行取樣。數(shù)據(jù)采集模塊包 括溫度傳感器3套、壓力傳感器2套、電極1對(duì)，采集反應(yīng)釜中溫度(2個(gè))壓力(1個(gè))數(shù) 據(jù)、平衡釜中壓力(1個(gè))數(shù)據(jù)、恒溫水浴溫度數(shù)據(jù)(1個(gè))、電導(dǎo)率(1對(duì))?？刂泼姘逵煽?制面板上各種控制數(shù)顯儀表，顯示反應(yīng)釜中溫度(2個(gè))壓力(1個(gè))數(shù)據(jù)、平衡釜中壓力(1 個(gè))數(shù)據(jù)、恒溫水浴溫度數(shù)據(jù)(1個(gè))、水浴溫度控制、機(jī)械攪拌器時(shí)間和轉(zhuǎn)速。及包括所有 功能操作所需要的旋鈕開關(guān)組成。升降裝置是由電機(jī)，螺旋升降器螺桿組成。電機(jī)帶動(dòng)螺 旋升降器螺桿，使升降臂上下滑動(dòng)。 反應(yīng)釜由316不銹鋼制成，為一圓柱形反應(yīng)器，有效容積398mL，一端可拆開，反 應(yīng)釜側(cè)面相對(duì)開設(shè)一對(duì)視窗，能直接觀察反應(yīng)釜內(nèi)水合物的生成與分解狀況和攝像；反應(yīng) 釜內(nèi)安裝機(jī)械攪拌和磁力攪拌可對(duì)釜內(nèi)液體進(jìn)行攪拌；反應(yīng)釜最高工作壓力為30MPa。水 浴系統(tǒng)是用來提供水合物試驗(yàn)所需的溫度環(huán)境，溫度范圍是-15°C 90°C。反應(yīng)釜安裝 在恒溫水浴池中，通過控制恒溫水浴的溫度來控制反應(yīng)釜中的工作溫度，反應(yīng)釜工作溫 度-15 90°C，溫度控制精度士0. 1°C。平衡釜也是由316不銹鋼制成，同樣置于恒溫水 浴內(nèi)，容積1000mL。該裝置主要用于水合物相平衡及形成、分解動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，可做恒壓 實(shí)驗(yàn)或恒容實(shí)驗(yàn)。做恒壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，關(guān)閉反應(yīng)釜進(jìn)氣閥，甲烷從氣瓶出來，經(jīng)調(diào)壓閥進(jìn)入平衡 釜，再經(jīng)由電子壓力控制器ER3000控制的調(diào)壓閥進(jìn)入反應(yīng)釜。由于普通氣瓶壓力一般不超 過15MPa，當(dāng)要做高壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，需一臺(tái)增壓泵將氣瓶出來的甲烷增壓到高于所需壓力一定程 度，輸入到平衡釜，再經(jīng)過調(diào)壓閥進(jìn)入反應(yīng)釜，以保持壓力恒定。做恒容實(shí)驗(yàn)時(shí)，把反應(yīng)釜進(jìn) 氣閥打開的同時(shí)，關(guān)閉平衡釜進(jìn)氣閥，讓反應(yīng)釜與平衡釜直接連通。無論在做恒壓還是恒容 實(shí)驗(yàn)時(shí)，均可獨(dú)立開啟機(jī)械攪拌(磁力耦合攪拌)和磁力攪拌，二者不同時(shí)使用。該裝置能 直接通過視窗觀察反應(yīng)情況；通過數(shù)顯表讀取反應(yīng)釜內(nèi)壓力、溫度，通過數(shù)據(jù)采集卡，在電 腦上還能讀取試驗(yàn)溶液的電阻，并保存各種數(shù)據(jù)；能通過3個(gè)取樣閥口對(duì)實(shí)驗(yàn)漿液取樣。反 應(yīng)釜的工作壓力高達(dá)30MPa，電子壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)進(jìn)入反應(yīng)釜的氣體壓力，控制氣體輸入 量，輸入/輸出0 30MPa，控壓精度士0. 02MPa。磁力耦合攪拌(機(jī)械攪拌)，通過磁力耦 合，有效地解決了氣密性問題。
權(quán)利要求一種水合物實(shí)驗(yàn)裝置，是由水合物反應(yīng)釜、穩(wěn)壓供氣模塊、溫度控制模塊、壓力控制模塊、取樣分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制面板、升降裝置及管路組成，水合物反應(yīng)釜為一圓柱形反應(yīng)器，反應(yīng)釜一端可拆開，反應(yīng)釜側(cè)面相對(duì)開設(shè)一對(duì)視窗，反應(yīng)釜內(nèi)安裝機(jī)械攪拌和磁力攪拌，穩(wěn)壓供氣模塊包括高壓氣瓶、減壓閥、壓力調(diào)節(jié)閥、單向閥，溫度控制模塊是一套連續(xù)可調(diào)高低溫恒溫水浴系統(tǒng)、包括制冷系統(tǒng)、電加熱器、PID程序控溫儀、探燈，壓力控制模塊由氣動(dòng)PID壓力控制閥、壓力傳感器、平衡釜、安全閥組成，取樣分析模塊由管線、閥門組成，數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、電極，采集反應(yīng)釜中溫度、壓力數(shù)據(jù)、平衡釜中壓力數(shù)據(jù)、恒溫水浴溫度數(shù)據(jù)、電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，控制面板由控制面板上控制數(shù)顯儀表，底架底部安裝有四個(gè)腳輪，其特征是在底架上設(shè)置恒溫水浴池，平衡釜置于恒溫水浴中，反應(yīng)釜安裝在恒溫水浴池中，在底架上設(shè)置升降裝置，升降裝置是由電機(jī)，螺旋升降器螺桿組成，電機(jī)帶動(dòng)螺旋升降器螺桿，升降臂上下滑動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水合物實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是在反應(yīng)釜頂蓋設(shè)置機(jī)械攪拌裝 置，機(jī)械攪拌裝置是由電機(jī)，帶動(dòng)外磁鋼體旋轉(zhuǎn)，通過磁力耦合而帶動(dòng)裝在密封罩體內(nèi)部的 內(nèi)磁鋼體旋轉(zhuǎn)，內(nèi)磁鋼體的軸與攪拌軸用連軸器聯(lián)為一體，反應(yīng)釜底部設(shè)置磁力攪拌裝置， 磁力攪拌裝置是由微電機(jī)帶動(dòng)強(qiáng)力磁鐵產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)釜內(nèi)的攪拌子轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水合物實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是在底架上設(shè)置水合物控制柜。
專利摘要本實(shí)用新型水合物實(shí)驗(yàn)裝置屬于實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，是由水合物反應(yīng)釜、穩(wěn)壓供氣模塊、溫度控制模塊、壓力控制模塊、取樣分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制面板、升降裝置及管路組成，水合物反應(yīng)釜為一圓柱形反應(yīng)器，穩(wěn)壓供氣模塊包括高壓氣瓶、減壓閥、壓力調(diào)節(jié)閥、單向閥，壓力控制模塊由氣動(dòng)PID壓力控制閥、壓力傳感器、平衡釜、安全閥組成，取樣分析模塊由管線、閥門組成，數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器、壓力傳感器、電極，平衡釜置于恒溫水浴中，反應(yīng)釜安裝在恒溫水浴池中，升降裝置是由電機(jī)，螺旋升降器螺桿組成，本實(shí)用新型研究水合物相平衡及形成、分解動(dòng)力學(xué)，具有壓力高，控壓精度高。
文檔編號(hào)B01J10/00GK201603545SQ200920264318
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者何子衛(wèi) 申請(qǐng)人:廣東省廣州石油機(jī)械廠