[发明专利]一种气体水合物晶体培养装置

说明书

本发明公开了一种气体水合物晶体培养装置，包括耐高压晶体培养皿、温度控制系统、压力控制系统、数据采集系统和移动台架。本发明通过改变耐高压晶体培养皿中的实验配件即可完成鼓泡法、液滴法、溶液生长法等多种实验研究方法，提高了设备的通用性。其次，本发明针对传统气体水合物晶体培养装置遇到的观测精度不高，装置耐压能力较低的情况，强化了水合物晶体培养皿围护结构对外界环境中热传导和热辐射的隔离效果，改良了水合物晶体培养皿内部背景光源的入射质量和入射方式，实现了摄像镜头的二维遥控移动，提高了水合物晶体培养皿的耐压和耐低温能力。这使得水合物晶体学测量更加精准，被用于水合物晶体测量的种类更加丰富。

技术领域

本发明涉及晶体培养设备技术领域，具体涉及一种气体水合物晶体培养装置。

背景技术

气体水合物是由气体分子和水分子组成的、形成于低温和高压条件下的具有笼状结构的似冰状结晶化合物。自然形成的气体水合物广泛分布于深海沉积物或者大陆永久冻土层中。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2.1×10¹⁶m³，是传统化石能源总量的两倍以上。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，在室温和一个大气压的常规条件下难以完成水合物相关物性和晶体特性方面的测量。与此同时，气体水合物的多孔特性，非化学计量特性以及晶体结构对气体压力的敏感性导致单个气体水合物晶体难以生长成为肉眼可见的可测量的尺寸，使得对气体水合物进行的单晶测量更加困难，水合物晶体在溶液中的生长动力学特性的研究也无法开展。为了完成气体水合物在晶体学领域的研究与突破，必须对原有设备进行改进。

目前，国际上一些研究机构已经研发出相关的气体水合物晶体培养设备。这些设备可以完成4MPa和10℃以下的环境条件中，气体水合物晶体的生长动力学研究或者单晶制备。同时，由于晶体培养设备的容积较小，光源设置不合理等原因导致实验结果并不具有较好的说服力。因此，提高仪器的耐压能力，扩大仪器在不同晶体学研究手段中的应用，改善气体水合物晶体培养设备中光源和拍摄设置，是实现气体水合物晶体结构的原位测量成为进一步展开气体水合物晶体学实验分析的重大难题。

发明内容

本发明提供一种气体水合物晶体培养装置，以期达到通用性的目地，使得测量更加精准的技术效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种气体水合物晶体培养装置，包括移动台架、温度控制系统、压力控制系统、数据采集系统和耐高压晶体培养皿，所述耐高压晶体培养皿、所述温度控制系统、所述压力控制系统和所述数据采集系统均安装于所述移动台架上；

所述耐高压晶体培养皿，包括耐高压晶体培养皿本体，所述耐高压晶体培养皿本体的上端设有入射激光窗口端盖，下端设有耐高压晶体培养皿固定支架，内部设有耐高压腔体，所述入射激光窗口端盖下方设有入射激光窗口玻璃，所述入射激光窗口玻璃两侧分别为所述耐高压腔体进气口和排气口，所述进气口连通加长进气管，所述耐高压腔体外侧设有冷却液夹套，冷却液的进口和出口位于冷却液夹套底部中央，所述耐高压腔体侧壁底部设有所述载物台，所述耐高压腔体两侧面对称分布耐高压腔体窗口玻璃，所述耐高压腔体窗口玻璃外设有耐高压腔体窗口端盖；