二氧化碳置換水合物中甲烷氣體的實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水合物開采技術領域，具體涉及一種二氧化碳置換水合物中甲烷氣體的實驗系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002 ]天然氣水合物是由低沸點的烴類氣體(CH4、C2H6、C3H8等)與水分子在低溫高壓條件下形成的類冰型晶體。天然氣水合物是近二十年來在海洋和凍土帶發(fā)現(xiàn)的新型潔凈優(yōu)質資源，全球儲量巨大。
[0003]將二氧化碳氣體回收后儲存到地表之下以降低空氣中二氧化碳濃度，將二氧化碳注入到甲烷水合物藏中會使得甲烷水合物籠子分解，從而實現(xiàn)甲烷水合物到二氧化碳水合物的轉化。上述工藝不僅能促進甲烷氣體的回收，而且二氧化碳在沉積物孔隙中形成水合物后可以維持沉積物的機械穩(wěn)定性。以二氧化碳置換天然氣水合物中的甲烷，將資源開發(fā)(清潔能源生產(chǎn))與環(huán)境保護(溫室氣體埋藏)于一體。但是由于傳熱、傳質過程的影響，二氧化碳置換過程非常緩慢，需要通過實驗研究其置換機理，以提高置換效率。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化碳置換水合物中甲烷氣體的實驗系統(tǒng)，以提高二氧化碳置換效率。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是:
[0006]一種二氧化碳置換水合物中甲烷氣體的試驗系統(tǒng)，
[0007]包括甲烷高壓氣瓶1、二氧化碳高壓氣瓶2、減壓閥3、減壓閥3a、反應釜4、針閥5、針閥5a、甲烷/二氧化碳膜分離器6、預冷器7、二氧化碳輸送栗8、溫控系統(tǒng)9、溫控系統(tǒng)9a、溫度傳感器10、壓力傳感器11、數(shù)據(jù)采集板12、計算機13、真空栗14、電動計量栗15、蒸餾水罐16和甲烷收集器17;
[0008]真空栗14將本系統(tǒng)的管路抽真空，蒸餾水罐16經(jīng)過電動計量栗15向反應釜4內注入預定量的蒸餾水；甲烷高壓氣瓶I經(jīng)所述減壓閥3向反應釜4內注入甲烷氣體，壓力達到SMPa后關閉減壓閥3，溫控系統(tǒng)9開啟進行降溫，使反應釜4溫度保持在(TC，甲烷水合物開始形成;反應釜4內的蒸餾水完全轉化成甲烷水合物后，通過溫控系統(tǒng)9使反應釜4內降至-20°C，打開針閥5a，反應釜4內剩余自由甲烷氣進入甲烷收集器17，關閉針閥5a;二氧化碳高壓氣瓶2經(jīng)減壓閥3a向預冷器7內注入預定量的二氧化碳氣體后，預冷器7內的壓力達到4MPa后，關閉閥門3a，開啟溫控系統(tǒng)9a進行降溫，使預冷器7的溫度保持在2°C，二氧化碳經(jīng)二氧化碳輸送栗8送至反應釜4內；開啟溫控系統(tǒng)9進行升溫，使反應釜4溫度保持在2°C，此時二氧化碳開始置換水合物中的甲烷;溫度傳感器10和壓力傳感器11采集得到反應釜4的溫度和壓力的模擬信號，該模擬信號被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡12進行數(shù)據(jù)處理得到數(shù)字信號，數(shù)字信號傳入計算機13后進行數(shù)據(jù)顯示和存儲;置換后的甲烷-二氧化碳混合氣體經(jīng)針閥5進入甲烷/ 二氧化碳膜分離器6，通過甲烷/ 二氧化碳膜分離器6分離出來的甲烷氣體進入甲烷收集器17儲存，而分離后所得到的二氧化碳氣體進入預冷器7供循環(huán)使用。
[0009]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0010]本發(fā)明采用從反應釜底部進二氧化碳，頂部出二氧化碳循環(huán)的方式，二氧化碳與甲烷水合物充分接觸可強化二氧化碳置換過程的傳熱、傳質，提高置換效率;經(jīng)膜分離器后分離出來的二氧化碳氣體，會繼續(xù)參與后續(xù)的水合物置換反應，實驗循環(huán)進行，不僅節(jié)省了實驗成本，而且提高了實驗系統(tǒng)的利用效率。對實際二氧化碳置換天然氣水合物中甲烷的開采方法起重要的指導作用。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明二氧化碳置換水合物中甲烷氣體的實驗系統(tǒng)的結構示意圖。
[0012]圖中各部件說明:1_甲烷高壓氣瓶，2-二氧化碳高壓氣瓶，3、3a_減壓閥，4-反應釜，5、5a-針閥，6-甲烷/二氧化碳膜分離器，7-預冷器，8-二氧化碳輸送栗，9、9a_溫控系統(tǒng)，10-溫度傳感器，11-壓力傳感器，12-安捷倫數(shù)據(jù)采集板，13-計算機，14-真空栗，15-電動計量栗，16-蒸餾水罐，17-甲烷收集器。
【具體實施方式】
[0013]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。
[0014]本發(fā)明的目的是針對二氧化碳置換過程非常緩慢的問題，提供一種二氧化碳置換水合物中甲烷氣體的實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過底部進二氧化碳，頂部出二氧化碳循環(huán)的方式，可強化二氧化碳置換過程的傳熱、傳質，提高置換效率。
[0015]本發(fā)明的二氧化碳置換水合物中甲烷氣體的實驗系統(tǒng)，包括供氣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)五個部分。各部分組件分別是:供氣系統(tǒng)包括高壓氣瓶I和2，為實驗系統(tǒng)提供合適壓力的流動氣體。甲烷氣體經(jīng)過減壓閥3，二氧化碳氣體經(jīng)過減壓閥3a，進入反應釜4內反應。溫控系統(tǒng)主要為水浴恒溫箱，為實驗系統(tǒng)提供需要的溫度環(huán)境。反應系統(tǒng)主要為可視化高壓透明反應釜4，為一可耐高壓20MPa的反應容器，釜內分別安置溫度傳感器10、壓力傳感器11，以實時采集溫度、壓力等實驗參數(shù);釜體上端有出氣孔，與真空栗14管路相通，實驗中用于系統(tǒng)管路抽真空。動力系統(tǒng)主要由真空栗14、電動計量栗15和二氧化碳輸送栗8組成，為實驗系統(tǒng)提供真空環(huán)境、蒸餾水和保證氣體順利循環(huán)。真空栗14在實驗前將整個管路抽真空；電動計量栗15為實驗系統(tǒng)提供蒸餾水;二氧化碳輸送栗在管路中連接至反應釜4，實驗中為二氧化碳氣體流動提供必要的動力。實驗過程中，經(jīng)膜分離器6后分離出來的二氧化碳氣體，會繼續(xù)參與后續(xù)的水合物置換反應，實驗循環(huán)進行，不僅節(jié)省了實驗成本，而且提高了實驗系統(tǒng)的利用效率。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由安捷倫數(shù)據(jù)采集板12和高性能臺式計算機13組成，在實驗中實時采集溫度、壓力等數(shù)據(jù)并記錄，處理數(shù)據(jù)以直觀反映實驗的進展情況。
[0016]本實驗系統(tǒng)的實驗過程如下:
[0017]I)用蒸餾