[发明专利]一种原位观测气体水合物粒度分布的高压冷台装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种原位观测气体水合物粒度分布的高压冷台装置，该装置与激光粒度仪配合完成流体中气体水合物晶体的粒度大小和粒度分布的测量，该装置包括耐高压透视仓、耐高压反应仓、温度控制系统、压力控制系统、计算机数据采集系统；本发明作为激光粒度仪的配件装置拓展了现有激光粒度仪的使用与测量条件范围，使其可以对高压低温环境下的固‑液两相流体进行粒度大小与粒度分布的测量。其测量方法简单，测量精度远远高于国际其他国家所研制的类似实验装置。本发明对定量分析气体水合物的生成、分解等过程并揭示气体水合物的相关动力学机理起着重要的指导作用。

技术领域：

本发明涉及水合物粒度表征技术领域，具体涉及一种原位观测气体水合物粒度分布的高压冷台装置及使用方法。

背景技术：

气体水合物是由气体分子和水分子在低温和高压条件下生成的呈冰状物质的混合物。自然形成的气体水合物广泛分布于浅海大陆架的沉积物层以及高原冻土层中。近年来随着天然气水合物在全球范围内的大量发现，使其成为一种极具开发潜力的可替代能源而得到世界各国的重视。目前，在全球范围内已经探明的天然气水合物储量达到2.1×10¹⁵m³，是传统化石能源总量的两倍多。与此同时，气体水合物的储气密度大。1标准体积的气体水合物可以存储高达160标准体积的气体。其存储所需的温度和压力条件又比液化气体温和，因此可以广泛应用于天然气储运和二氧化碳的固定与封存。因此，研究气体水合物的动力学特性和相关机理对于实现天然气水合物的开采、储运以及温室气体的捕集与封存具有十分重要的意义。

气体水合物在常温常压条件下处于不稳定状态，极易分解成气体和液态水。而维持水合物晶体结构稳定则需要较低的温度和较高的压力。例如在1℃下，保持甲烷气体水合物晶体稳定所需要的最低压力约为2.9MPa。因此，在低温高压条件下，完成液相中气体水合物晶体生长的观察与分析极为困难。目前，国内外主要的科学研究机构主要是先在反应釜内合成水合物样品，然后在低温高压条件下利用不同目数的筛网在高压溶液中进行筛选和过滤，将获得水合物颗粒移出高压容器并在液氮条件下进行粒径和质量的测量；或者利用便携式激光粒度仪，通过高压反应釜上的可视窗口对溶液中的气体水合物粒径分布变化进行原位测量。上述方法无法真实模拟水合物实际的高压反应过程，存在较大误差或者需要对仪器设备进行大幅改进，所需成本较高。因此，对溶液中气体水合物晶体的粒径生长与变化过程进行定量测量与分析成为制约气体水合物动力学机理研究的主要难题。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的不足，提供一种原位观测气体水合物粒度分布的高压冷台装置及使用方法，该装置能够模拟不同温度、压力、流体流速等环境中进行气体水合物晶体在液相中的生成、分解过程，实时测定样品尺寸和粒度分布的变化，实现液相中气体水合物晶体生长过程的原位测量。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种原位观测气体水合物粒度分布的高压冷台装置，该装置与激光粒度仪配合完成流体中气体水合物晶体的粒度大小和粒度分布的测量，该装置包括耐高压透视仓、耐高压反应仓、温度控制系统、压力控制系统、计算机数据采集系统；所述耐高压透视仓是具有蓝宝石玻璃视窗的耐高压容器，采用覆盖有增透膜的蓝宝石玻璃作为可视窗，为激光粒度仪提供待测样品；所述耐高压透视仓固定在激光粒度仪内部的保持架上，该保持架通过耐高压透视仓固定挂架的上、下两固定挂架将耐高压透视仓固定，耐高压透视仓固定挂架包括上固定挂架、石英玻璃罩和下固定挂架，石英玻璃罩位于上下固定挂架之间，耐高压透视仓封闭在由上下固定挂架和石英玻璃罩组成的密闭真空环境中；耐高压反应仓是气体水合物形成的主要装置，设在激光粒度仪外部，为耐高压透视仓存储并提供连续稳定的待测流体；温度控制系统、压力控制系统、计算机数据采集系统分别为耐高压透视仓和耐高压反应仓提供恒定的温度和压力环境，并对待测流体的温度和压力参数进行实时测量和记录。