[发明专利]一种气体水合物沉积物热导率的测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体水合物沉积物热导率的测量装置和方法，属于新能源开发技术领域。

背景技术

天然气水合物是21世纪最有前景的新型洁净资源之一。为了利用这种资源，首先需要对水合物的分解和气体释放过程有明确的理解。由于水合物的分解是一种吸热反应，其开发过程中不可避免的存在着热传递现象；同时，注热法也被认为是开发水合物资源的一种方式，在注热法中，气体水合物沉积物的热传递规律对水合物的分解状况有着决定性的影响，因此，气体水合物沉积物的热导率测定是研究气体水合物分解过程和规律的重要内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体水合物沉积物热导率的测量装置和方法，该装置安装有热探针和热电阻，模拟气体水合物沉积物的注热开发过程，并测量气体水合物沉积物体系同一平面不同位置处不同时间的温度，以测得气体水合物沉积物的热导率。

本发明提供的气体水合物沉积物热导率的测量装置，包括气体水合物生产反应器(1)；

所述气体水合物生产反应器(1)外套设一制冷夹套(2)；所述制冷夹套(2)上设有注水口(3)和注气口(4)，所述注水口(3)和所述注气口(4)均与所述气体水合物生产反应器(1)相连通；

所述制冷夹套(2)与所述气体水合物生产反应器(1)之间的环腔内沿其周向设有若干个挡板(9)，所述挡板(9)与所述环腔的底部和顶部交替密封配合；

所述制冷夹套(2)上设有制冷液进口(5)和制冷液出口(6)，所述制冷液进口(5)设于所述制冷夹套(2)的下部，所述制冷液出口(6)设于所述制冷夹套(2)的上部；所述制冷液进口(5)和所述制冷液出口(6)均与所述环腔相连通；

所述气体水合物生产反应器(1)的轴心方向上设有加热探针(7)；

所述气体水合物生产反应器(1)的一水平面上设有若干个热电阻(8)，且所述若干个热电阻(8)与所述气体水合物生产反应器(1)轴心之间的距离不等。

上述的测量装置，所述注水口设于所述制冷夹套的上部，所述注气口设于所述制冷夹套下部，且沿所述气体水合物生产反应器(1)的轴心方向对称设置。

上述的测量装置，所述气体水合物生产反应器(1)为一圆柱体。

上述的测量装置，所述制冷液进口(5)和所述制冷液出口(6)为对称设置。

上述的测量装置，所述挡板(9)的高度大于所述环腔的高度的二分之一，且不大于所述环腔的高度的五分之四。

上述的测量装置，若干个所述挡板(9)沿所述环腔的周向为均匀布置。

本发明中所述挡板与环腔的底部和顶部的交替密封配合可起到如下作用：使制冷剂只能从下部流过，且为曲线流过，直到制冷剂从制冷液出口流出。通过这种曲线流动，可以增加制冷剂在制冷夹套中的传热效果，同时减少制冷剂流动过程中的死角，保证反应器中水合物沉积物温度分布均匀，同时保证测量的水合物沉积物的热导率是原位生成的。

上述的测量装置，若干个所述热电阻(8)沿所述水平面为均匀布置。

利用上述测量装置测量气体水合物沉积物的热导率的方法，包括如下步骤：

1)向所述气体水合物生产反应器(1)内装满细砂，并通过所述注气口(3)和所述注水口(4)分别注入生成所述气体水合物相同种类的气体和水；然后通过制冷液进口(5)向所述环腔内注入制冷液，并通过所述制冷液出口(6)进行循环；在所述制冷液的循环冷却下，生成所述气体水合物相同种类的气体和水生成气体水合物，经沉积即得到气体水合物沉积物，并记录所述气体水合物生产反应器(1)内的温度，计为T₀；

2)利用所述加热探针(7)加热所述气体水合物沉积物，同时利用所述热电阻(8)测量其相应位置处的温度，计为T_t，根据T₀和T_t，以及由T₀变化至T_t的时间，即能计算出气体水合物沉积物的热导率。

上述的方法，所述细砂的粒度可根据研究目标的具体情况具体选择。

上述的方法，在步骤2)之前，向所述气体水合物生产反应器(1)中通入生成所述气体水合物相同种类的气体，以使所述气体水合物生产反应器内的压力高于经步骤2)中加热至T_t时，所述气体水合物所对应的平衡压力，以确保在测量过程中水合物不分解。

上述的方法中，在步骤2)之前，控制所述气体水合物生产反应器(1)内的压力比经步骤2)中加热至T_t时所述气体水合物所对应的平衡压力高0.5MPa以上。