[发明专利]多组分瓦斯水合物变体积相平衡测定装置

说明书

本发明涉及一种多组分瓦斯水合物变体积相平衡测定装置，包括可变体积反应釜，所述可变体积反应釜的耐高压透明内筒处于不锈钢夹套内腔并与其同轴设置，不锈钢夹套内壁贴附保温层，保温层与耐高压透明内筒之间为水循环夹层；可调节柱塞由不锈钢夹套底部进入耐高压透明内筒内部，伺服电机通过滚珠丝杠带动可调节柱塞在耐高压透明内筒内上下移动；不锈钢夹套上盖设置瓦斯气体管路、注水管路和压力监测管路，三条管路分别连通耐高压透明内筒；不锈钢夹套侧壁上沿圆周方向均匀设置四个可视窗。本发明能够在变体积条件下对瓦斯水合物进行相平衡测定，提高了相平衡测量的可靠性。

技术领域

本发明涉及瓦斯水合物相平衡测量技术领域，尤其涉及一种多组分瓦斯水合物变体积相平衡测定装置。

背景技术

瓦斯是一种成煤过程中生成并赋存在煤体中的非常规天然气。高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，对煤矿安全生产构成了严重威胁。实现矿井瓦斯的高效开发利用，有益于瓦斯灾害防治、生态环保以及优化能源结构。煤层中瓦斯气体以CH₄为主，另有N₂、O₂、CO₂及微量的惰性气体等组分构成了多元混合气体。针对不同体系的瓦斯气体，分别进行水合固化分离储运热力学条件的研究很有必要。其中，获得瓦斯水合物相平衡参数是水合固化分离储运热力学条件选取的关键依据。

目前，常用的相平衡参数测定方法为图形法和观察法，其中图形法根据气体状态方程，保持三个参数(P、T、V)中某一参数不变，改变其余两个参数中一个参数，使水合物生成/分解；其中P为压力、T为温度、V为体积。由于测量过程中，需要改变釜体的气体量进行实验，而气体量的改变导致气体成分随之改变，所以图形法并不适用于多组分瓦斯混合物的研究；并且，随着釜体内温度变化，釜内压力P—温度T变化曲线产生交点(即相平衡值)数据误差较大，需要重复实验验证其可靠性。

对于多组分瓦斯水合物相平衡实验研究，通常通过改变容积来测量相应温度下的相平衡参数(即压力值)。一般采用高压反应釜，包括固定体积反应釜与手动调节变体积反应釜。其中固定体积釜只能在固定的容器中进行，也就是说，无法改变与反应釜体积有关的参数或者工况进行实验；手动调节变体积反应釜调节的步长以及调节的精度无法保障，会造成水合物急剧生成或突然消失的现象，不利于实验的进行。

现有的水合物高压相平衡反应驱替系统解决了改变体积与搅拌的缺陷，可手动调节高压反应筒体的容积，也可电磁搅拌使水合物生成。但是手动调节的精度与准确度不易把控，调节过程中易产生人为误差，降低实验数据的可靠性；另一方面，电磁搅拌又使得无法判断水合物的生成是借助了外力还是本身经过诱导时间后的成核生长。

综上，现有瓦斯水合物相平衡测量中存在以下缺点：

1)、固定体积釜只能在固定的容器中进行，无法改变与反应釜体积有关的参数，只能改变气体量进行实验。而对于多组分瓦斯水合物来说，气体量的改变也改变了气体成分，不适用于多组分瓦斯水合物相平衡的测定。

2)、瓦斯水合物在诱导时间出现首个具有临界尺寸且性能稳定晶核或到达临界状态后晶核继续生长成为可视晶体的时候，传统反应釜不易观察，仅以单一数据记录判断瓦斯水合物进入生长阶段，缺乏实验的可靠性；

3)、对于手动调节控制反应釜体积变化的方式，一是每次手动调节的步长不一致，二是手动调节的精度不够，导致瓦斯水合物开始生成(分解)时出现急剧增多或突然消失的现象，实验无法保证顺利进行。

因此，针对以上不足，需要提供一种新的相平衡测定装置，能够自动进行反应釜内容积的调节，并增加实验过程的可视性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中反应釜体积变化依靠手动调节并且实验过程不可视的缺陷，提供一种多组分瓦斯水合物变体积相平衡测定装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多组分瓦斯水合物变体积相平衡测定装置，包括可变体积反应釜，