[发明专利]一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备方法和装置

权利要求书

1.一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备装置，包括高压反应釜，以及用于调节和控制高压反应釜中气体含量的稳压供气模块，用于实时调节与控制系统压力及溶液的补充的恒压供液模块，用于为高压反应釜提供恒定温度环境的恒温水浴模块，用于控制稳压供气模块和恒压供液模块的自动控制模块，用于采集高压反应釜、稳压供气模块、恒压供液模块、恒温水浴模块的沉积物孔隙度、目标三相饱和度、目标生成压力及温度的数据采集和处理模块， 

其特征在于：所述高压反应釜由内层反应釜（1）和外层反应釜（2）构成，内层反应釜（1）内填充有沉积物，内层反应釜（1）外壁面和外层反应釜（2）内壁面之间设有壁面间隙空腔（3），外层反应釜（2）由筒体（5）、上法兰（6）及下法兰（7）密封，内层反应釜（1）的内层反应釜壁面（22）上布置有若干微孔及过滤网（18），所述壁面间隙空腔（3）通过微孔及过滤网（18）与内层反应釜（1）内腔相通，在所述外层反应釜（2）顶端和底端分别设有上端气液口（9）和下端气液口（10），所述稳压供气模块和恒压供液模块分别与上端气液口（9）和下端气液口（10）连接。

2.如权利要求1所述的一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备装置，其特征在于：所述稳压供气模块包括用于将气体输入到高压反应釜中的高压气源（13），恒压供液模块包括用于将溶液泵入到高压反应釜中的恒压平流泵（16），所述自动控制模块包括相互连接的计算机（19）及PID控制器（20），所述恒压平流泵（16）与PID控制器（20）连接。 

3.如权利要求1所述的一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备装置，其特征在于：所述内层反应釜（1）和外层反应釜（2）之间的间隙为1～5mm，内层反应釜（1）和外层反应釜（2）内部形状可分别为圆柱形、方形或球形，内层反应釜（1）的内腔容积5～2000L。 

4.如权利要求1所述的一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备装置，其特征在于：所述高压反应釜位于恒温水浴中，温度控制范围为-15～30℃，控温精度±0.1℃；高压反应釜进口与稳压供气模块及恒压供液模块相连接。 

5.如权利要求1到5中任一所述的一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备装置，其特征在于：所述微孔及过滤网（18）的微孔面积为1～10mm²，开孔密度为1～100个/100cm²壁面，微孔与沉积物之间由耐压过滤网隔开。 

6.一种沉积物中均匀高饱和度天然气水合物制备方法，其特征在于：包括 如下步骤： 

步骤一：将填好多孔沉积物的内层反应釜固定于外层反应釜内，并对外层反应釜进行密封，对内层反应釜和外层反应釜设定一恒定温度，将内层反应釜和外层反应釜抽真空； 

步骤二：根据测定的沉积物孔隙度、目标三相饱和度、目标生成压力及温度，由实际气体状态方程及质量守恒原理计算水合物生成前所需总的气体和溶液的标况体积； 

步骤三：打开外层反应釜进口阀门，打开高压气源出口阀门，调节减压阀，气体经气体流量计注入外层反应釜中，待指定气量完全注入后，关闭高压气源出口阀门； 

步骤四：设定恒压平流泵工作压力及注液速率，打开恒压平流泵出口阀门，溶液以预定速率稳定注入壁面间隙空腔中，并经微孔及过滤网均匀扩散到内层反应釜的沉积物中，待内层反应釜压力上升到水合物生成压力时，平流泵暂停注液；当体系压力因水合物生成而降低预定差量时，平流泵启动并继续向反应釜注入溶液，直至体系压力重新上升到预定的生成压力； 

步骤五：当平流泵累积注液量达到所需理论总溶液量时，平流泵停止工作，体系压力将随水合物生成而持续降低，待其降低到目标生成压力时，水合物生成过程结束，体系三相饱和度与目标值相吻合。