專利名稱：一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然氣水合物制備裝置和方法，尤其是制備懸浮態(tài)的天然氣水合物的裝置及制備方法。
背景技術(shù)：
天然氣水合物(Natural Gas Hydrates)是由水分子和碳?xì)錃怏w分子組成的具有籠狀結(jié)構(gòu)的似冰雪狀結(jié)晶化合物。因其中氣體分子以甲烷(CH4)為主(>90%)，故也被稱為甲烷天然氣水合物或“可燃冰”。決定天然氣水合物形成并穩(wěn)定存在條件的基礎(chǔ)因素有有充足的氣體和水存在，與氣體成分、水的相狀態(tài)、水的成分、溫度、壓力和PH值有關(guān)。天然氣水合物是在低溫(0 10°C )高壓(> IOMPa)條件下形成的。在海洋沉積地層中，賦存于沉積物孔隙中的天然氣水合物，在沉積物骨架顆粒間可能存在三種形態(tài)，即懸浮態(tài)、接觸 態(tài)和膠結(jié)態(tài)。現(xiàn)有的在實驗室條件下制備出的水合物一般都是膠結(jié)態(tài)或者是接觸態(tài)，還沒有一種方法比較成功的在多孔介質(zhì)中生成懸浮態(tài)水合物的方法，而且懸浮態(tài)水合物、膠結(jié)態(tài)水合物、接觸態(tài)水合物三者的地震波波速大小、波速衰減特性及電阻率等地球物理探測數(shù)據(jù)差異性較大，導(dǎo)致了不能很好地展開后續(xù)的地球物理和原位開采水合物等相關(guān)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的
裝置；本發(fā)明的另一目的是提供一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置，是由低溫循環(huán)冷凍裝置、微波加熱裝置和水合物反應(yīng)釜三部分構(gòu)成；—低溫循環(huán)冷凍裝置是由低溫冷凍液循環(huán)泵I通過循環(huán)泵出口管路2經(jīng)循環(huán)泵出口閥3、屏蔽式增壓泵4、增壓泵連通閥5和巖心冷凍器進(jìn)口 6與圓柱型巖心冷凍器7連接，樣品管10的下部通過螺紋連接樣品管底座8，樣品管10的上部通過螺紋連接樣品管上端蓋11，樣品管10內(nèi)裝有骨架材料9和去離子水，樣品管底座8、樣品管10和樣品管上端蓋11與圓柱型巖心冷凍器7之間構(gòu)成的環(huán)狀間隙為低溫酒精循環(huán)通道12，圓柱型巖心冷凍器7上端通過巖心冷凍器出口 13與循環(huán)泵進(jìn)口管路14連接構(gòu)成； ——微波加熱裝置是在六邊形支架15的中心點上通過螺栓固定著電動機(jī)19，電動機(jī)19的轉(zhuǎn)動軸上卡裝有托盤18，托盤18之上通過卡座固定圓柱型樣品管10，在六邊形支架15的剖面上設(shè)有三層波導(dǎo)管16，在平面上每層設(shè)有三個波導(dǎo)管16，每層波導(dǎo)管16按等圓心角分布，每層波導(dǎo)管16的后端均用螺栓連接磁控管17，第一層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的上部，第二層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的中部，第三層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的下部，在剖面上，第一層和第三層在同一剖面上，第二層相對一和三層逆時針旋轉(zhuǎn)60° ;—水合物反應(yīng)釜裝置是由高壓甲烷氣源20的上端經(jīng)節(jié)流閥21和出口管線22與恒溫水箱23內(nèi)的不銹鋼反應(yīng)釜24連接，不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)放置有裝有骨架材料9的樣品管10，不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)裝有兩個溫度傳感器和兩個壓カ傳感器，恒溫水箱23內(nèi)裝有一個溫度傳感器。所述的圓柱型巖心冷凍器7與樣品管10之間的環(huán)狀間隙為5mm。所述的巖心冷凍器7、樣品管10、樣品管上端蓋11、樣品管底座8和托盤18都用PPR材料制成，所述的骨架材料為具有吸波功能的碳化硅或輝石。一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的方法，包括以下步驟a、將所選具有吸波特性，且200vm-3mm粒徑的骨架材料9表面涂上ー層憎水劑，自然干燥后備用；b、把干燥后的骨架材料9裝入樣品管10中，并夯實后抽真空；C、往樣品管10內(nèi)注去離子水，使去離子水充滿骨架材料9之間的孔隙；d、將樣品管10放入巖心冷凍器7中，用低溫冷卻液循環(huán)泵I循環(huán)低于_40°C的低溫酒精對樣品管10內(nèi)充滿去離子水的骨架材料9低溫冷凍三小時；e、把樣品管10從巖心冷凍器7中取出，迅速地放到微波加熱裝置的托盤18上，調(diào)整波導(dǎo)管16的位置，使其盡可能靠近樣品管10，啟動轉(zhuǎn)速為150-1350轉(zhuǎn)/分鐘電動機(jī)，邊轉(zhuǎn)動邊對樣品管10內(nèi)的骨架材料9進(jìn)行10-30秒的微波加熱，通過遠(yuǎn)紅外儀觀察樣品管內(nèi)平的溶解程度，當(dāng)靠近樣品管10的冰融解成水，而樣品管10中間的冰顆粒沒有被融化停止加熱；f、把樣品管10從托盤18上取下抽水，將樣品管10中的水抽干，使骨架材料9顆粒間就只剩下沒融化的冰顆粒；g、把樣品管10的上端蓋11和底座8擰卸下來，并迅速地放入恒溫水箱23中的不 銹鋼反應(yīng)釜24中，再進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料9內(nèi)顆粒間的氣體以及不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)的氣體全部抽盡；h、開啟節(jié)流閥21，使高壓甲烷氣源20中的甲烷氣體進(jìn)入不銹鋼反應(yīng)釜24與骨架材料9顆粒之間的冰顆粒充分接觸反應(yīng)，在整個反應(yīng)過程中不銹鋼反應(yīng)釜24的壓強(qiáng)要維持在15 18MPa，溫度為3 5°C，反應(yīng)時間15-24小時；i、待反應(yīng)完成后，從不銹鋼反應(yīng)釜24中取出樣品管10，并擰上上端蓋11和底座8，再對樣品管10進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料9顆粒之間多余的甲烷氣體抽盡；j、往樣品管10內(nèi)注入低溫的海水或人工配置的海水，使骨架材料9的顆粒懸浮在海水或人工配置的海水中，從而制備出懸浮態(tài)天然氣水合物。有益效果本發(fā)明設(shè)計了合理的微波加熱裝置，使其具有均勻性良好的微波場強(qiáng)，在低溫冷凍骨架材料9時，骨架材料9整體溫度表現(xiàn)為由四周向中心逐漸升高的梯度，最外側(cè)溫度最低，中心部分溫度最高。而在用微波加熱裝置對樣品管進(jìn)行加熱時，由于樣品外側(cè)吸收微波量大并且場強(qiáng)也大，所以升溫明顯；而樣品內(nèi)部特別是中心部分吸收的微波量少，且場強(qiáng)弱，升溫不明顯。彌補(bǔ)了低溫冷凍時的溫度梯度，使樣品管10內(nèi)部和外部的溫度基本相同，為通入高壓甲烷氣體與冰顆粒反應(yīng)生成均勻的懸浮態(tài)天然氣水合物創(chuàng)造了有利條件。充分利用了微波加熱特性，采用了吸收微波能力遠(yuǎn)強(qiáng)于冰的輝石，碳化硅等作為骨架材料；對骨架材料9進(jìn)行表面處理，使其具有疏水性，避免骨架材料9本身被覆天然氣水合物層。


圖I為一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置低溫循環(huán)冷凍裝置結(jié)構(gòu)2為圖IA-A剖面3為一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置微波加熱裝置結(jié)構(gòu)4為圖3B-B剖面5為圖3C-C剖面圖 圖6為圖3D-D剖面7為一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置合物反應(yīng)釜裝置結(jié)構(gòu)8為磁控管17的外聯(lián)電路9為一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的方法流程圖I低溫冷卻循環(huán)泵，2循環(huán)泵出口管路，3循環(huán)泵出口連通閥，4屏蔽式增壓泵，5增壓泵連通閥，6巖心冷凍器進(jìn)口，7巖心冷凍器，8樣品管底座，9骨架材料，10樣品管，11上端蓋，12低溫酒精循環(huán)通道，13巖心冷凍器出口，14循環(huán)泵進(jìn)口管路，15支架，16波導(dǎo)管，17磁控管，18托盤，19電動機(jī)，20高壓甲烷氣源，21節(jié)流閥，22氣源出口管線，23恒溫水箱，24不銹鋼反應(yīng)爸。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置，是由低溫循環(huán)冷凍裝置、微波加熱裝置和水合物反應(yīng)釜三部分構(gòu)成；—低溫循環(huán)冷凍裝置是由低溫冷凍液循環(huán)泵I通過循環(huán)泵出口管路2經(jīng)循環(huán)泵出口閥3、屏蔽式增壓泵4、增壓泵連通閥5和巖心冷凍器進(jìn)口 6與圓柱型巖心冷凍器7連接，樣品管10的下部通過螺紋連接樣品管底座8，樣品管10的上部通過螺紋連接樣品管上端蓋11，樣品管10內(nèi)裝有骨架材料9和去離子水，骨架材料為具有吸波功能的碳化硅或輝石。樣品管底座8、樣品管10和樣品管上端蓋11與圓柱型巖心冷凍器7之間構(gòu)成的環(huán)狀間隙為低溫酒精循環(huán)通道12，樣品管底座8與樣品管10之間和樣品管10與圓柱型巖心冷凍器7之間留有5mm環(huán)狀間隙的間隙，樣品管底座8與樣品管10之間和樣品管10與圓柱型巖心冷凍器7之間通過支撐連接固定，圓柱型巖心冷凍器7上端通過巖心冷凍器出口 13與循環(huán)泵進(jìn)口管路14連接構(gòu)成。巖心冷凍器7、樣品管10、樣品管上端蓋11、樣品管底座8和托盤18都用PPR材料制備而成?！⒉訜嵫b置是在六邊形支架15的中心點上通過螺栓固定著電動機(jī)19，電動機(jī)19的轉(zhuǎn)動軸上卡裝有托盤18，托盤18之上通過卡座固定圓柱型樣品管10，在六邊形支架15的剖面上設(shè)有三層波導(dǎo)管16，在平面上每層設(shè)有三個波導(dǎo)管16，每層波導(dǎo)管16按等圓心角分布，每層波導(dǎo)管16的后端均用螺栓連接磁控管17，第一層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的上部，第二層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的中部，第三層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的下部，在剖面上，第一層和第三層在同一剖面上，第二層相對一和三層逆時針旋轉(zhuǎn)60° ;—水合物反應(yīng)釜裝置是由高壓甲烷氣源20的上端經(jīng)節(jié)流閥21和出口管線22與恒溫水箱23內(nèi)的不銹鋼反應(yīng)釜24連接，不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)放置有裝有骨架材料9的樣品管10，不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)裝有兩個溫度傳感器和兩個壓カ傳感器，恒溫水箱23內(nèi)裝有一個溫度傳感器。一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的方法，包括以下步驟a、將所選具有吸波特性，且200vm-3mm粒徑的骨架材料9表面涂上ー層憎水劑，自然干燥后備用；b、把干燥后的骨架材料9裝入樣品管10中，并夯實后抽真空；C、往樣品管10內(nèi)注去離子水，使去離子水充滿骨架材料9之間的孔隙； d、將樣品管10放入巖心冷凍器7中，用低溫冷卻液循環(huán)泵I循環(huán)低于_40°C的低溫酒精對樣品管10內(nèi)充滿去離子水的骨架材料9低溫冷凍三小時；e、把樣品管10從巖心冷凍器7中取出，迅速地放到微波加熱裝置的托盤18上，調(diào)整波導(dǎo)管16的位置，使其盡可能靠近樣品管10，啟動轉(zhuǎn)速為150-1350轉(zhuǎn)/分鐘電動機(jī)，邊轉(zhuǎn)動邊對樣品管10內(nèi)的骨架材料9進(jìn)行10-30秒的微波加熱，微波的額定功率是700W，通過遠(yuǎn)紅外儀觀察樣品管內(nèi)平的溶解程度，當(dāng)靠近樣品管10的冰融解成水，而樣品管10中間的冰顆粒沒有被融化停止加熱；f、把樣品管10從托盤18上取下抽水，將樣品管10中的水抽干，使骨架材料9顆粒間就只剩下沒融化的冰顆粒；g、把樣品管10的上端蓋11和底座8擰卸下來，并迅速地放入恒溫水箱23中的不銹鋼反應(yīng)釜24中，再進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料9內(nèi)顆粒間的氣體以及不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)的氣體全部抽盡；h、開啟節(jié)流閥21，使高壓甲烷氣源20中的甲烷氣體進(jìn)入不銹鋼反應(yīng)釜24與骨架材料9顆粒之間的冰顆粒充分接觸反應(yīng)，在整個反應(yīng)過程中不銹鋼反應(yīng)釜24的壓強(qiáng)要維持在15 18MPa，溫度為3 5°C，反應(yīng)時間15-24小時；i、待反應(yīng)完成后，從不銹鋼反應(yīng)釜24中取出樣品管10，并擰上上端蓋11和底座8，再對樣品管10進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料9顆粒之間多余的甲烷氣體抽盡；j、往樣品管10內(nèi)注入低溫的海水或人工配置的海水，使骨架材料9的顆粒懸浮在海水或人工配置的海水中，從而制備出懸浮態(tài)天然氣水合物。實施例I :制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置，是由低溫循環(huán)冷凍裝置、微波加熱裝置和水合物反應(yīng)釜三部分構(gòu)成；——低溫循環(huán)冷凍裝置是由低溫冷凍液循環(huán)泵I通過循環(huán)泵出ロ管路2經(jīng)循環(huán)泵出口閥3、屏蔽式增壓泵4、增壓泵連通閥5和巖心冷凍器進(jìn)ロ 6與圓柱型巖心冷凍器7連接，樣品管10的下部通過螺紋連接樣品管底座8，樣品管10的上部通過螺紋連接樣品管上端蓋11，樣品管10內(nèi)裝有骨架材料9和去離子水，骨架材料為具有吸波功能的碳化硅。樣品管底座8、樣品管10和樣品管上端蓋11與圓柱型巖心冷凍器7之間構(gòu)成的環(huán)狀間隙為低溫酒精循環(huán)通道12，樣品管底座8與樣品管10之間和樣品管10與圓柱型巖心冷凍器7之間留有5mm環(huán)狀間隙的間隙，樣品管底座8與樣品管10之間和樣品管10與圓柱型巖心冷凍器7之間通過支撐連接固定，圓柱型巖心冷凍器7上端通過巖心冷凍器出口 13與循環(huán)泵進(jìn)口管路14連接構(gòu)成。巖心冷凍器7、樣品管10、樣品管上端蓋11、樣品管底座8和托盤18都用PPR材料制備而成。——微波加熱裝置是在六邊形支架15的中心點上通過螺栓固定著電動機(jī)19，電動機(jī)19的轉(zhuǎn)動軸上卡裝有托盤18，托盤18之上通過卡座固定圓柱型樣品管10，在六邊形支架15的剖面上設(shè)有三層波導(dǎo)管16，在平面上每層設(shè)有三個波導(dǎo)管16，每層波導(dǎo)管16按等圓心角分布，每層波導(dǎo)管16的后端均用螺栓連接磁控管17，第一層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的上部，第二層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的中部，第三層波導(dǎo)管16的開口對著樣品管10的下部，在剖面上，第一層和第三層在同一剖面上，第二層相對一和三層逆時針旋轉(zhuǎn)60° ;—水合物反應(yīng)釜裝置是由高壓甲烷氣源20的上端經(jīng)節(jié)流閥21和出口管線22 與恒溫水箱23內(nèi)的不銹鋼反應(yīng)釜24連接，不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)放置有裝有骨架材料9的樣品管10，不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)裝有兩個溫度傳感器和兩個壓力傳感器，恒溫水箱23內(nèi)裝有一個溫度傳感器?！N制備懸浮態(tài)天然氣水合物的方法，包括以下步驟a、將所選具有吸波特性，且200vm-3mm粒徑的骨架材料9表面涂上一層憎水劑，自然干燥后備用；b、把干燥后的骨架材料9裝入樣品管10中，并夯實后抽真空；C、往樣品管10內(nèi)注去離子水，使去離子水充滿骨架材料9之間的孔隙；d、將樣品管10放入巖心冷凍器7中，用低溫冷卻液循環(huán)泵I循環(huán)低于_40°C的低溫酒精對樣品管10內(nèi)充滿去離子水的骨架材料9低溫冷凍三小時；e、把樣品管10從巖心冷凍器7中取出，迅速地放到微波加熱裝置的托盤18上，調(diào)整波導(dǎo)管16的位置，使其盡可能靠近樣品管10，啟動轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分鐘電動機(jī)，邊轉(zhuǎn)動邊對樣品管10內(nèi)的骨架材料9進(jìn)行700W 20秒的微波加熱，通過遠(yuǎn)紅外儀觀察樣品管內(nèi)平的溶解程度，當(dāng)靠近樣品管10的冰融解成水，而樣品管10中間的冰顆粒沒有被融化停止加執(zhí).f、把樣品管10從托盤18上取下抽水，將樣品管10中的水抽干，使骨架材料9顆粒間就只剩下沒融化的冰顆粒；g、把樣品管10的上端蓋11和底座8擰卸下來，并迅速地放入恒溫水箱23中的不銹鋼反應(yīng)釜24中，再進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料9內(nèi)顆粒間的氣體以及不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)的氣體全部抽盡；h、開啟節(jié)流閥21，使高壓甲烷氣源20中的甲烷氣體進(jìn)入不銹鋼反應(yīng)釜24與骨架材料9顆粒之間的冰顆粒充分接觸反應(yīng)，在整個反應(yīng)過程中不銹鋼反應(yīng)釜24的壓強(qiáng)要維持在15MPa，溫度為4°C，反應(yīng)時間24小時；i、待反應(yīng)完成后，從不銹鋼反應(yīng)爸24中取出樣品管10,并抒上上端蓋11和底座8，再對樣品管10進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料9顆粒之間多余的甲烷氣體抽盡；j、往樣品管10內(nèi)注入低溫的海水或人工配置的海水，使骨架材料9的顆粒懸浮在海水或人工配置的海水中，從而制備出懸浮態(tài)天然氣水合物。
實施例2 制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置，是由低溫循環(huán)冷凍裝置、微波加熱裝置和水合物反應(yīng)釜三部分構(gòu)成；——低溫循環(huán)冷凍裝置是由低溫冷凍液循環(huán)泵I通過循環(huán)泵出ロ管路2經(jīng)循環(huán)泵出口閥3、屏蔽式增壓泵4、增壓泵連通閥5和巖心冷凍器進(jìn)ロ 6與圓柱型巖心冷凍器7連接，樣品管10的下部通過螺紋連接樣品管底座8，樣品管10的上部通過螺紋連接樣品管上端蓋11，樣品管10內(nèi)裝有骨架材料9和去離子水，骨架材料為具有吸波功能的輝石。樣品管底座8、樣品管10和樣品管上端蓋11與圓柱型巖心冷凍器7之間構(gòu)成的環(huán)狀間隙為低溫酒精循環(huán)通道12，樣品管底座8與樣品管10之間和樣品管10與圓柱型巖心冷凍器7之間留有5mm環(huán)狀間隙的間隙，樣品管底座8與樣品管10之間和樣品管10與圓柱型巖心冷凍器7之間通過支撐連接固定，圓柱型巖心冷凍器7上端通過巖心冷凍器出ロ 13與循環(huán)泵進(jìn)ロ管路14連接構(gòu)成。巖心冷凍器7、樣品管10、樣品管上端蓋11、樣品管底座8和托盤18都用PPR材料制備而成?！⒉訜嵫b置是在六邊形支架15的中心點上通過螺栓固定著電動機(jī)19，電動機(jī)19的轉(zhuǎn)動軸上卡裝有托盤18，托盤18之上通過卡座固定圓柱型樣品管10，在六邊形支架15的剖面上設(shè)有三層波導(dǎo)管16，在平面上每層設(shè)有三個波導(dǎo)管16，每層波導(dǎo)管16按等圓心角分布，每層波導(dǎo)管16的后端均用螺栓連接磁控管17，第一層波導(dǎo)管16的開ロ對著樣品管10的上部，第二層波導(dǎo)管16的開ロ對著樣品管10的中部，第三層波導(dǎo)管16的開ロ對著樣品管10的下部，在剖面上，第一層和第三層在同一剖面上，第二層相對一和三層逆時針旋轉(zhuǎn)60° ;—水合物反應(yīng)釜裝置是由高壓甲烷氣源20的上端經(jīng)節(jié)流閥21和出口管線22與恒溫水箱23內(nèi)的不銹鋼反應(yīng)釜24連接，不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)放置有裝有骨架材料9的樣品管10，不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)裝有兩個溫度傳感器和兩個壓カ傳感器，恒溫水箱23內(nèi)裝有一個溫度傳感器?！N制備懸浮態(tài)天然氣水合物的方法，包括以下步驟a、將所選具有吸波特性，且200vm-3mm粒徑的骨架材料9表面涂上ー層憎水劑，自然干燥后備用；b、把干燥后的骨架材料9裝入樣品管10中，并夯實后抽真空；C、往樣品管10內(nèi)注去離子水，使去離子水充滿骨架材料9之間的孔隙；d、將樣品管10放入巖心冷凍器7中，用低溫冷卻液循環(huán)泵I循環(huán)低于_40°C的低溫酒精對樣品管10內(nèi)充滿去離子水的骨架材料9低溫冷凍三小時；e、把樣品管10從巖心冷凍器7中取出，迅速地放到微波加熱裝置的托盤18上，調(diào)整波導(dǎo)管16的位置，使其盡可能靠近樣品管10，啟動轉(zhuǎn)速為1300轉(zhuǎn)/分鐘電動機(jī)，邊轉(zhuǎn)動邊對樣品管10內(nèi)的骨架材料9進(jìn)行700W 30秒的微波加熱，通過遠(yuǎn)紅外儀觀察樣品管內(nèi)平的溶解程度，當(dāng)靠近樣品管10的冰融解成水，而樣品管10中間的冰顆粒沒有被融化停止加執(zhí).f、把樣品管10從托盤18上取下抽水，將樣品管10中的水抽干，使骨架材料9顆粒間就只剩下沒融化的冰顆粒；g、把樣品管10的上端蓋11和底座8擰卸下來，并迅速地放入恒溫水箱23中的不、銹鋼反應(yīng)釜24中，再進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料9內(nèi)顆粒間的氣體以及不銹鋼反應(yīng)釜24內(nèi)的氣體全部抽盡；h、開啟節(jié)流閥21，使高壓甲烷氣源20中的甲烷氣體進(jìn)入不銹鋼反應(yīng)釜24與骨架材料9顆粒之間的冰顆粒充分接觸反應(yīng)，在整個反應(yīng)過程中不銹鋼反應(yīng)釜24的壓強(qiáng)要維持在18MPa，溫度為5°C，反應(yīng)時間18小時；i、待反應(yīng)完成后，從不銹鋼反應(yīng)釜24中取出樣品管10，并擰上上端蓋11和底座8，再對樣品管10進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料9顆粒之間多余的甲烷氣體抽盡；
j、往樣品管10內(nèi)注入低溫的海水或人工配置的海水，使骨架材料9的顆粒懸浮在海水或人工配置的海水中，從而制備出懸浮態(tài)天然氣水合物。
權(quán)利要求
1.一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置，其特征在于，是由低溫循環(huán)冷凍裝置、微波加熱裝置和水合物反應(yīng)釜三部分構(gòu)成； —低溫循環(huán)冷凍裝置是由低溫冷凍液循環(huán)泵(I)通過循環(huán)泵出口管路(2)經(jīng)循環(huán)泵出口閥(3)、屏蔽式增壓泵(4)、增壓泵連通閥(5)和巖心冷凍器進(jìn)口(6)與圓柱型巖心冷凍器(7)連接，樣品管(10)的下部通過螺紋連接樣品管底座(8)，樣品管(10)的上部通過螺紋連接樣品管上端蓋(11)，樣品管(10)內(nèi)裝有骨架材料(9)和去離子水，樣品管底座(8)、樣品管(10)和樣品管上端蓋(11)與圓柱型巖心冷凍器(7)之間構(gòu)成的環(huán)狀間隙為低溫酒精循環(huán)通道(12)，圓柱型巖心冷凍器(7)上端通過巖心冷凍器出口(13)與循環(huán)泵進(jìn)口管路(14)連接構(gòu)成； ——微波加熱裝置是在六邊形支架(15)的中心點上通過螺栓固定著電動機(jī)(19)，電動機(jī)(19)的轉(zhuǎn)動軸上卡裝有托盤(18)，托盤(18)之上通過卡座固定圓柱型樣品管(10)，在六邊形支架(15)的剖面上設(shè)有三層波導(dǎo)管(16)，在平面上每層設(shè)有三個波導(dǎo)管(16)，每層波導(dǎo)管(16)按等圓心角分布，每層波導(dǎo)管(16)的后端均用螺栓連接磁控管(17)，第一層波導(dǎo)管(16)的開口對著樣品管(10)的上部，第二層波導(dǎo)管(16)的開口對著樣品管(10)的中部，第三層波導(dǎo)管(16)的開口對著樣品管(10)的下部，在剖面上，第一層和第三層在同一剖面上，第二層相對一和三層逆時針旋轉(zhuǎn)60° ; ——水合物反應(yīng)釜裝置是由高壓甲烷氣源(20)的上端經(jīng)節(jié)流閥(21)和出口管線(22)與恒溫水箱(23)內(nèi)的不銹鋼反應(yīng)釜(24)連接，不銹鋼反應(yīng)釜(24)內(nèi)放置有裝有骨架材料(9)的樣品管(10)，不銹鋼反應(yīng)釜(24)內(nèi)裝有兩個溫度傳感器和兩個壓力傳感器，恒溫水箱(23)內(nèi)裝有一個溫度傳感器。
2.按照權(quán)利要求I所說的一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置，其特征在于，圓柱型巖心冷凍器(7)與樣品管(10)之間的環(huán)狀間隙為5mmcm。
3.一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置，其特征在于，巖心冷凍器(7)、樣品管(10)、樣品管上端蓋(11)、樣品管底座(8)和托盤(18)都用PPR材料制成。
4.一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置，其特征在于，所述的骨架材料(9)為具有吸波功能的碳化硅或輝石。
5.一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的方法，其特征在于，包括以下步驟 a、將所選具有吸波特性，且50iim-6mm粒徑的骨架材料(9)表面涂上一層憎水劑，自然干燥后備用； b、把干燥后的骨架材料(9)裝入樣品管(10)中，并振動密實后抽真空； C、往樣品管(10)內(nèi)注去離子水，使去離子水充滿骨架材料(9)之間的孔隙； d、將樣品管(10)放入巖心冷凍器(7)中，用低溫冷卻液循環(huán)泵I循環(huán)低于-10°C的低溫酒精對樣品管(10)內(nèi)充滿去離子水的骨架材料(9)低溫冷凍六小時以上，使孔隙水充分轉(zhuǎn)化為冰； e、把樣品管(10)從巖心冷凍器(7)中取出，迅速地放到微波加熱裝置的托盤(18)上，調(diào)整波導(dǎo)管(16)的位置，使其盡可能靠近樣品管(10)，啟動轉(zhuǎn)速為150-1350轉(zhuǎn)/分鐘電機(jī)，邊轉(zhuǎn)動邊對樣品管(10)內(nèi)的骨架材料(9)進(jìn)行5-20秒的微波加熱，通過遠(yuǎn)紅外熱成像儀觀察樣品管(10)內(nèi)冰的融化程度，當(dāng)與骨架材料(9)接觸的冰融化成水，而骨架材料(9)顆粒之間的孔隙中間部分的冰顆粒并沒有被融化時停止加熱；f、把樣品管(10)從托盤(18)上取下抽水，將樣品管(10)中的水抽干，使骨架材料(9)顆粒間就只剩下沒融化的冰顆粒； g、把樣品管(10)的上端蓋(11)和底座(8)擰卸下來，并迅速地放入恒溫水箱(23)中的不銹鋼反應(yīng)釜(24)中，再進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料(9)內(nèi)顆粒間的氣體以及不銹鋼反應(yīng)釜(24)內(nèi)的氣體全部抽盡； h、開啟節(jié)流閥(21)，使高壓甲烷氣源(20)中的甲烷氣體進(jìn)入不銹鋼反應(yīng)釜(24)與骨架材料(9)顆粒之間的冰顆粒充分接觸反應(yīng)，在整個反應(yīng)過程中不銹鋼反應(yīng)釜(24)的壓強(qiáng)要維持在15 18MPa，溫度為-15°C，反應(yīng)時間至少8小時，時間越長越有利于完全反應(yīng)； i、待反應(yīng)完成后，從不銹鋼反應(yīng)釜(24)中取出樣品管(10)，并擰上上端蓋(11)和底座 (8)，再對樣品管(10)進(jìn)行抽真空處理，把骨架材料(9)顆粒之間多余的甲烷氣體抽盡； j、往樣品管(10)內(nèi)注入低溫人工配置的海底水合物層的孔隙水，使生成的天然氣水合物顆粒懸浮在孔隙水中，從而制備出懸浮態(tài)天然氣水合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備懸浮態(tài)天然氣水合物的裝置及其制備方法。裝置由低溫循環(huán)冷凍裝置、微波加熱裝置和水合物反應(yīng)釜三部分構(gòu)成；制備方法是將骨架材料涂上憎水劑，裝入樣品管中，低溫冷凍后放到微波加熱裝置中，邊轉(zhuǎn)動邊對樣品管內(nèi)骨架材料微波加熱，卸下端蓋和底座放入不銹鋼反應(yīng)釜中，開啟節(jié)流閥使甲烷氣體與冰顆粒充分反應(yīng)后，注入人工海水，使骨架材料懸浮在孔隙水中，從而制備出懸浮態(tài)天然氣水合物。用微波加熱升溫明顯，樣品內(nèi)部吸收微波量少，升溫不明顯，彌補(bǔ)了低溫冷凍時的溫度梯度，為甲烷氣體與冰顆粒反應(yīng)生成均勻的懸浮態(tài)天然氣水合物創(chuàng)造了有利條件。骨架材料經(jīng)表面處理，使其具有疏水性，避免骨架材料本身被覆天然氣水合物層。
文檔編號C10L7/00GK102703152SQ20121019297
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者何將福, 吳冬宇, 姚佳琪, 張強(qiáng), 張鑫鑫, 彭枧明, 王維, 甘心, 羅永江, 陳寶義 申請人:吉林大學(xué)