一種電磁感應分解天然氣水合物的裝置及方法與流程

本發明涉及實驗室科研儀器領域，特別涉及一種電磁感應分解天然氣水合物的裝置及方法。

背景技術：

天然氣水合物是一種在一定條件下由水和天然氣組成的類冰的籠形結晶化合物，俗稱“可燃冰”，固體可燃燒，晶體分解可以釋放出大量的天然氣，被視為未來潛在的能源。天然氣水合物甲烷含量占80%～99.9%，燃燒污染比煤、石油、天然氣都小得多，而且儲量豐富，全球儲量足夠人類使用1000年，因而被各國視為未來石油天然氣的替代能源。因此，天然氣水合物的研究目前逐漸被人們所關注。

由于天然氣水合物特定的溫壓條件，在天然氣水合物開采過程中隨著溫壓條件的破壞，天然氣水合物極易分解，對天然氣水合物的研究取樣造成了極大的困難，加之取樣成本太高，實驗室條件下合成、分解天然氣水合物逐漸成為研究趨勢。

目前天然氣水合物分解實驗研究裝置主要集中在注熱、降壓、微波加熱等方法上，尚未有采用電磁感應原理分解天然氣水合物的裝置。目前分解天然氣水合物的裝置中，注熱法分解裝置熱量浪費嚴重熱利用率較低；降壓法分解裝置反應周期過長分解效率低下；微波加熱法分解裝置雖然分解效果較好，但是設備較為復雜，實驗室條件下易產生微波輻射；電磁感應原理分解天然氣水合物原理簡單，對儀器設備要求不高，熱效率提高很多。

技術實現要素：

針對上述缺陷，本發明的目的在于提供一種電磁感應分解天然氣水合物的裝置，以解決現有技術中的上述技術問題。

為此，本發明所采用的技術方案是：一種電磁感應分解天然氣水合物的裝置，包括高壓反應系統、低溫冷卻系統、循環系統、電磁感應系統、數據采集系統五部分；所述高壓反應系統由高壓氣瓶內的高壓天然氣提供壓力條件，高壓天然氣經緩沖瓶預處理罐進行預處理，反應在密閉反應釜內進行；所述低溫冷卻系統由恒溫水箱組成，將預處理罐、反應釜置于恒溫水箱中，反應進行過程中通過調節水箱內水的溫度來控制反應溫度，采用恒溫水浴來均勻加熱；所述電磁感應系統由感應線圈和可調節的大功率電源及控制系統組成，為分解天然氣水合物提供外部條件；所述數據采集系統由溫度傳感器、壓力變送器、電阻率探測電極、計算機組成，所述溫度傳感器、壓力變送器、電阻率探測電極將采集到的數據及時反饋到計算機中；所述循環系統使得分解得到的天然氣經過氣水分離器9回到回收氣瓶10中，經增壓泵19增壓再次流入高壓氣瓶1中。

作為優選，所述溫度傳感器為pt100溫度傳感器。

作為優選，所述壓力變送器為cyb-20s壓力變送器。

作為優選，所述反應釜采用不銹鋼的材質制作。

本發明的裝置通過以下方法實現電磁感應分解天然氣水合物：一種電磁感應分解天然氣水合物的方法，包括多孔介質天然氣水合物的合成過程以及電磁感應條件下天然氣水合物的分解過程；所述多孔介質天然氣水合物的合成過程包括以下步驟：首先，根據天然氣水合物形成所需的高壓、低溫地質條件，用不同粒徑的海砂模擬多孔介質；其次，將高壓氣瓶內的天然氣通過調壓閥、緩沖罐來降低它的壓力以保障獲取更平穩的壓力；再通過預處理罐，得到純凈的高壓天然氣進入反應釜內以構造實驗所需高壓環境；最后，采用底部注氣的方式模擬真實氣體擴散過程，將水注入反應釜內，當達到預先設定的水位后關閉進水口，預處理罐、反應釜置于恒溫水浴內以保證實驗所需溫度條件符合要求，在達到所需的溫度壓力條件下反應釜底部介質空隙中逐漸生成天然氣水合物晶體；所述電磁感應條件下天然氣水合物的分解過程包括以下步驟：首先，在反應釜外部繞上一定數量的感應線圈，線圈連接著可調節大功率電源，通過向感應線圈中加交流電源來構造交變磁場；其次，當磁場內磁力線通過絕緣層作用在鐵質容器外殼時，磁力線被切割，產生大量小渦流，使鐵質容器的自身迅速發熱，從而達到加熱的目的；最后，達到一定溫度壓力條件下，天然氣水合物進行分解；上述分解過程中的能量轉化過程如下：

電能→磁能→電能→熱能；其中第一個電能指由電源提供，第二個電能為用于發熱的感應電流和渦流，經過磁場轉變，有效的提高了發熱效率。

多孔介質天然氣水合物的合成過程以及電磁感應條件下天然氣水合物的分解過程，壓力變送器、溫度傳感器、以及電阻率探測電極組成的數據采集系統將反應釜內的實驗所測得的溫度、壓力數據及時反饋到計算機中；溫度傳感器測得水合物形成以及分解過程中內部主要位置的溫度變化；電阻率探測電極用來測量反應前后的電阻率變化，以觀察水合物形成和分解前后的沉積物變化特征；反應釜還內配有帶冷光源的探頭，隨時將反應釜內的情況反饋出來。

作為優選，所述感應線圈采用絕緣耐溫材料進行保護。

作為優選，傳感器的位置分別位于反應釜底部邊緣、二分之一半徑以及圓心處。

作為優選，探針距底部三分之一、三分之二及頂部。

作為優選，探測電極均勻分布于反應釜內壁，每四個一組，共四組16個。

本發明的優點和積極效果是：

1）、能模擬地層條件下天然氣水合物形成過程。

2）、能夠測定多種因素：反應前后系統溫度的變化、系統壓力的變化、天然氣水合物形成和分解過程中電阻率的變化值。

3）、底部注氣的方式更接近于真實環境氣體擴散過程，使實驗結果更為可靠。

4）、相比于熱電阻的傳統加熱方式而言，感應線圈本身并不發熱，并且通過磁場加熱的方式效率更高，儀器的使用壽命更長。

5）、此裝置制作簡單，成本較低，彌補了微波加熱輻射強、實驗裝置復雜的缺點。

6）、當電磁感應技術應用于現場天然氣水合物的開采時能夠有效解決注熱法注熱效率低、熱量浪費嚴重的缺點，為不同類型的天然氣水合物氣藏的開采提供技術支持。

7）、此裝置的循環系統保證了實驗所用的氣體和水源能夠重復利用。

此外，在實驗室條件下合成天然氣水合物；實時監測天然氣水合物形成、分解過程中溫度、壓力的變化；在實驗室條件下利用電磁感應原理分解天然氣水合物；實時監測天然氣水合物在形成和分解過程中電阻率變化，方便掌握水合物沉積物的變化過程；實時觀察水合物形成分解的變化過程，為更高效利用電磁感應原理開采天然氣水合物打下堅實的基礎。

附圖說明

圖1為本發明的電磁感應分解天然氣水合物的裝置示意圖。

圖2為本發明的溫度傳感器分布位置。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的電磁感應分解天然氣水合物的裝置作進一步詳細說明。

如圖1-2所示，本發明的電磁感應分解天然氣水合物的裝置，包括高壓反應系統、低溫冷卻系統、循環系統、電磁感應系統、數據采集系統五部分；所述高壓反應系統由高壓氣瓶1內的高壓天然氣提供壓力條件，高壓天然氣經緩沖瓶2、預處理罐3進行預處理，反應在密閉的不銹鋼反應釜4內進行；所述低溫冷卻系統由恒溫水箱5組成，將預處理罐3、不銹鋼反應釜4置于恒溫水箱中，反應進行過程中通過調節水箱內水的溫度來控制反應溫度，采用恒溫水浴來均勻加熱；所述電磁感應系統由感應線圈11和可調節的大功率電源及控制系統6組成，為分解天然氣水合物提供外部條件；所述數據采集系統由pt100溫度傳感器12、cyb-20s壓力變送器14、電阻率探測電極13、計算機7組成，所述pt100溫度傳感器12、cyb-20s壓力變送器14、電阻率探測電極13將采集到的數據及時反饋到計算機7中；所述循環系統使得分解得到的天然氣經過氣水分離器9回到回收氣瓶10中，經增壓泵19增壓再次流入高壓氣瓶1中。

本發明的裝置通過以下方法實現電磁感應分解天然氣水合物：包括多孔介質天然氣水合物的合成過程以及電磁感應條件下天然氣水合物的分解過程；所述多孔介質天然氣水合物的合成過程包括以下步驟：首先，根據天然氣水合物形成所需的高壓、低溫地質條件，用不同粒徑的海砂模擬多孔介質；其次，將高壓氣瓶內的天然氣通過調壓閥18、緩沖罐2來降低它的壓力以保障獲取更平穩的壓力；再通過預處理罐3，得到純凈的高壓天然氣由進氣口17進入反應釜4內以構造實驗所需高壓環境；最后，采用底部注氣的方式模擬真實氣體擴散過程，將控溫水箱8中的水經進水口15注入反應釜4內，當達到預先設定的水位后關閉進水口，預處理罐3、反應釜4置于恒溫水浴內以保證實驗所需溫度條件符合要求，在達到所需的溫度壓力條件下反應釜4底部介質空隙中逐漸生成天然氣水合物晶體；所述電磁感應條件下天然氣水合物的分解過程包括以下步驟：首先，在反應釜4外部繞上一定數量的感應線圈11，線圈連接著可調節大功率電源及控制系統6，通過向感應線圈11中加交流電源來構造交變磁場；其次，當磁場內磁力線通過絕緣層作用在鐵質容器外殼時，磁力線被切割，產生大量小渦流，使容器自身迅速發熱，從而達到加熱的目的；最后，達到一定溫度壓力條件下，天然氣水合物進行分解；上述分解過程中的能量轉化過程如下：

電能→磁能→電能→熱能；其中第一個電能指由電源提供，第二個電能為用于發熱的感應電流和渦流，經過磁場轉變，有效的提高了發熱效率。

多孔介質天然氣水合物的合成過程以及電磁感應條件下天然氣水合物的分解過程，壓力變送器14、溫度傳感器12、以及電阻率探測電極13組成的數據采集系統將反應釜4內的實驗所測得的溫度、壓力數據及時反饋到計算機7中；溫度傳感器12測得水合物形成以及分解過程中內部主要位置的溫度變化；電阻率探測電極13用來測量反應前后的電阻率變化，以觀察水合物形成和分解前后的沉積物變化特征；反應釜4還內配有帶冷光源的探頭21，隨時將反應釜4內的情況反饋出來。

所述感應線圈11采用絕緣耐溫材料進行保護。

溫度傳感器12的位置分別位于反應釜4底部邊緣、二分之一半徑以及圓心處。

溫度傳感器12距反應釜4底部三分之一、三分之二及頂部。

電阻率探測電極13均勻分布于反應釜內壁，每四個一組，共四組16個。

以上所述的實施例僅用于說明本發明的技術思想及特點，其目的在于使本領域內的技術人員能夠理解本發明的內容并據以實施，不能僅以本實施例來限定本發明的專利范圍，即凡本發明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發明的專利范圍內。