一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置和方法，采用的反應(yīng)釜內(nèi)壁襯有氟塑料材料，生成前高溶解氣體、生成過程低過冷度，讓水合物在反應(yīng)釜內(nèi)氣液界面以下生成，得到的水合物樣品表面平整、內(nèi)部致密、含氣量高，與置于反應(yīng)釜底部的導(dǎo)熱探頭充分接觸，無需高壓致密；導(dǎo)熱測(cè)試裝置由一套瞬變平面熱源法熱物性分析測(cè)試儀構(gòu)成，導(dǎo)熱探頭粘連在背景材料層的表面，背景材料層平置于反應(yīng)釜底部，背景材料層采用高強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠固化后的圓柱體，導(dǎo)熱探頭通過同一材質(zhì)的高強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠粘在背景材料層上。本發(fā)明合成的水合物品質(zhì)高，導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)采集方便，測(cè)試值準(zhǔn)確可靠。
【專利說明】一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體水合物的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置，和一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物開發(fā)技術(shù)的研究進(jìn)展從根本上依賴于高品質(zhì)的物性數(shù)據(jù)的獲取和對(duì)天然氣水合物物化性質(zhì)的深刻認(rèn)識(shí)，可靠的物性數(shù)據(jù)對(duì)于模擬自然界天然氣水合物的成藏和天然氣水合物的勘探、開采具有重要意義。
[0003]制備高品質(zhì)的氣體水合物樣品，是實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得可靠的水合物導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室通常通過水合法制備水合物樣品，但通過水合法制備的樣品通常存在樣品稀松、孔隙大的問題，需要壓實(shí)致密，而從反應(yīng)釜內(nèi)移出樣品進(jìn)行壓實(shí)致密，會(huì)帶來傳輸和處理過程中的污染或水合物分解的可能，對(duì)后續(xù)的分析處理非常不利，所以水合物導(dǎo)熱系數(shù)常采用原位測(cè)試。
[0004]在水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試中，熱物性導(dǎo)熱探頭與水合物樣品是否充分接觸，以及在水合物樣品生成過程和測(cè)試過程中導(dǎo)熱探頭與背景材料層是否發(fā)生錯(cuò)位移動(dòng)等，均會(huì)影響導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試值的準(zhǔn)確性。
[0005]然而，水合物合成反應(yīng)中存在“爬壁效應(yīng)”，“爬壁效應(yīng)”的產(chǎn)生是由于生成的水合物向固體冷壁面上積聚，即向反應(yīng)爸內(nèi)壁表面積聚的效應(yīng)，或者水合物在氣液界面上方聚集生成。“爬壁效應(yīng)”的存在使得水合物的生長(zhǎng)不均勻，生成后的水合物塊表面十分凸凹不平，且生成的水合物塊基本不能與導(dǎo)熱探頭充分接觸，由此大大增加了導(dǎo)熱探頭和水合物樣品間的接觸熱阻。為解決該問題，通常的做法是采用活塞裝置對(duì)其進(jìn)行原位加壓致密，但這樣處理又使水合物晶體產(chǎn)生一定的晶體缺陷，使得導(dǎo)熱測(cè)試值偏大，同時(shí)對(duì)硬度過大的水合物(如二氧化碳水合物)無法進(jìn)行原位加壓致密。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種原位合成高品質(zhì)水合物樣品和準(zhǔn)確測(cè)試水合物導(dǎo)熱系數(shù)的裝置，以合成高品質(zhì)的水合物樣品，解決了硬度大、生成后難以壓實(shí)的水合物樣品生成問題，并克服了水合物樣品難以采用壓實(shí)致密的方式進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試的問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置，包括可控溫和可密封的反應(yīng)釜、熱物性分析測(cè)試儀、數(shù)據(jù)采集儀和電腦工作站，所述反應(yīng)釜的底部填充有背景材料層，背景材料層上方的反應(yīng)釜內(nèi)壁上設(shè)有氟塑料層，所述熱物性分析測(cè)試儀的輸入端為導(dǎo)熱探頭，該導(dǎo)熱探頭從開設(shè)在所述反應(yīng)釜的側(cè)面的開口伸入反應(yīng)釜內(nèi)，并通過結(jié)構(gòu)膠粘連在所述背景材料層的上表面，且所述背景材料層與結(jié)構(gòu)膠的材質(zhì)相同，還包括設(shè)置在所述反應(yīng)釜底部的溫度傳感器，以及向所述反應(yīng)釜內(nèi)充入氣體的充氣系統(tǒng)，在充氣系統(tǒng)連接至反應(yīng)釜的管道上設(shè)有壓力傳感器，所述數(shù)據(jù)采集儀的輸入端分別與溫度傳感器和壓力傳感器相連，所述電腦工作站分別與數(shù)據(jù)采集分析儀和熱物性分析測(cè)試儀的輸出端相連。
[0009]所述反應(yīng)釜置于空氣浴中。
[0010]所述充氣系統(tǒng)包括壓縮氣體儲(chǔ)氣罐、真空泵、設(shè)置在真空泵上的真空壓力表，以及將所述真空泵和儲(chǔ)氣罐與反應(yīng)釜相連的管路。
[0011]相應(yīng)地，本發(fā)明還提出了一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0012]制備生成水合物所需的水溶液；
[0013]將所述水溶液注入內(nèi)壁設(shè)有氟塑料層的反應(yīng)釜內(nèi)；
[0014]清除所述反應(yīng)釜內(nèi)的空氣；
[0015]向所述反應(yīng)爸充入生成水合物所需的反應(yīng)氣體,達(dá)到所述反應(yīng)氣體溶解于水溶液所需的壓力時(shí)，封閉所述反應(yīng)釜；
[0016]靜置所述反應(yīng)釜，直到所述反應(yīng)氣體充分溶解于水溶液中；
[0017]再次向所述反應(yīng)釜充入反應(yīng)氣體，使所述反應(yīng)釜達(dá)到預(yù)設(shè)氣壓；
[0018]將所述反應(yīng)釜降溫至水合物相平衡點(diǎn)；
[0019]根據(jù)預(yù)設(shè)壓力值和相平衡點(diǎn)溫度值，計(jì)算生成水合物的過冷度；
[0020]在所述過冷度的誤差范圍內(nèi)，逐步降低所述反應(yīng)釜的溫度，并檢測(cè)和記錄所述反應(yīng)釜的氣壓；
[0021]當(dāng)所述反應(yīng)釜的氣壓不變時(shí)，獲得水合物，并將水合物靜置；
[0022]采用熱物性分析測(cè)試儀，測(cè)量所述水合物的導(dǎo)熱系數(shù)，所述熱物性分析測(cè)試儀的輸入端為導(dǎo)熱探頭，該導(dǎo)熱探頭從開設(shè)在所述反應(yīng)釜的側(cè)面的開口伸入反應(yīng)釜內(nèi)，并通過結(jié)構(gòu)膠粘連在置于反應(yīng)釜底部的背景材料層的上表面，且所述背景材料層與結(jié)構(gòu)膠的材質(zhì)相同。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:可合成高品質(zhì)的水合物樣品并對(duì)該樣品進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，具有得到的水合物樣品表面平整、內(nèi)部致密、含氣量高、與置于反應(yīng)釜底部的導(dǎo)熱探頭充分接觸的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)采集方便，測(cè)試值準(zhǔn)確可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]附圖標(biāo)記說明:1、真空壓力表；2、真空泵；3、氟塑料層；4、水合物樣品；5、導(dǎo)熱探頭；6、背景材料層；7、反應(yīng)釜；8、壓力表；9、壓力傳感器；10、溫度傳感器；11、管道；12、數(shù)據(jù)采集儀；13、熱物性分析測(cè)試儀；14、電腦工作站；15、壓縮氣體儲(chǔ)氣罐；16、空氣浴。

【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0027]實(shí)施例
[0028]如圖1所示，一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置，包括可控溫和可密封的反應(yīng)釜7、熱物性分析測(cè)試儀13、數(shù)據(jù)采集儀12和電腦工作站14，所述反應(yīng)釜7的底部填充有背景材料層6，背景材料層6上方的反應(yīng)釜7內(nèi)壁上設(shè)有氟塑料層3，所述熱物性分析測(cè)試儀13的輸入端為導(dǎo)熱探頭5，該導(dǎo)熱探頭5從開設(shè)在所述反應(yīng)釜7的側(cè)面的開口伸入反應(yīng)釜7內(nèi)，并通過結(jié)構(gòu)膠粘連在所述背景材料層6的上表面，且所述背景材料層6與結(jié)構(gòu)膠的材質(zhì)相同，還包括設(shè)置在所述反應(yīng)釜7底部的溫度傳感器10，以及向所述反應(yīng)釜7內(nèi)充入氣體的充氣系統(tǒng)，在充氣系統(tǒng)連接至反應(yīng)釜7的管道11上設(shè)有壓力傳感器9，所述數(shù)據(jù)采集儀12的輸入端分別與溫度傳感器10和壓力傳感器9相連，所述電腦工作站14分別與數(shù)據(jù)采集分析儀和熱物性分析測(cè)試儀13的輸出端相連；所述反應(yīng)釜7置于空氣浴16中；所述充氣系統(tǒng)包括壓縮氣體儲(chǔ)氣罐15、真空泵2、設(shè)置在真空泵2上的真空壓力表1，以及將所述真空泵2和儲(chǔ)氣罐與反應(yīng)釜7相連的管路。
[0029]本發(fā)明的氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置，是一套集水合物樣品合成與水合物導(dǎo)熱測(cè)試于一體的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置。
[0030]本實(shí)施例中，反應(yīng)釜7為圓柱形反應(yīng)器，反應(yīng)釜7內(nèi)體積為150ml，內(nèi)徑26mm，用不銹鋼制成，耐壓25MPa，該反應(yīng)釜7內(nèi)壁襯有氟朔料材料，釜底部放置背景材料層6 ;氟朔料層厚1mm，高60mm ;背景材料層6為托馬斯高強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠固化后的圓柱體，圓柱體內(nèi)徑25mm ；導(dǎo)熱探頭5通過托馬斯高強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠粘在背景材料層6的表面上，即背景材料層6與粘膠為同一材料。其中，托馬斯高強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠固化后內(nèi)部堅(jiān)韌致密、耐高壓、耐冷熱沖擊、耐介質(zhì)性能優(yōu)良，而其導(dǎo)熱系數(shù)約0.42w/m.k，非常適合作氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試的背景材料。
[0031]反應(yīng)釜7側(cè)面開口，在開口處設(shè)有一個(gè)垂直于反應(yīng)釜7的空心圓柱體，導(dǎo)熱探頭5的電纜由此處引出，并與熱物性分析測(cè)試儀相連；空心圓柱體內(nèi)徑15_，通過焊接方式或其它固定方式與反應(yīng)釜7連接，空心圓柱體設(shè)有一個(gè)側(cè)端蓋，該側(cè)端蓋設(shè)有多個(gè)開孔，導(dǎo)熱探頭5的電纜與開孔對(duì)應(yīng)，由開孔引出至熱物性分析測(cè)試儀。反應(yīng)釜7的上端蓋可采用螺栓固定，并用O型圈密封，其上端蓋可自由拆卸，并在上端蓋上開有一個(gè)進(jìn)氣孔，通過焊接設(shè)置一條管路，作為進(jìn)氣管；進(jìn)氣管臨近反應(yīng)釜7處設(shè)有壓力傳感器9，量程O — 25MPa，精度為0.25級(jí)；溫度傳感器10的測(cè)點(diǎn)位于反應(yīng)釜7底部，溫度傳感器10可采用Pt-1OO鉬電阻溫度傳感器10，量程為-50 — 200°C，精度為±0.1°C。控制反應(yīng)釜7溫度時(shí)，可采用空氣浴16控制，溫控范圍-50°C-100°C，溫控精度為±0.1°C。實(shí)驗(yàn)全程保證反應(yīng)釜7及管路密封，無氣體泄漏。數(shù)據(jù)采集由數(shù)據(jù)采集儀12完成。管路由相關(guān)的管道11和閥門組成。
[0032]熱物性分析測(cè)試儀13可采用瑞典Hotdisk AB公司生產(chǎn)的Hot Disk導(dǎo)熱分析儀(Hotdisk Thermal Constant Analyser),其工作原理基于瞬變平面熱源法(TransientPlane Source Method, TPS)，導(dǎo)熱探頭5采用雙螺旋結(jié)構(gòu)，是由10微米厚的鎳金屬按雙螺旋線布置，并用聚酰亞胺材料保護(hù)起來，該導(dǎo)熱探頭5在測(cè)試過程既是加熱樣品的熱源，又是用來記錄溫度升高的阻值溫度計(jì)。
[0033]導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試中，采用導(dǎo)熱測(cè)試平面熱源法，其又分單面法和雙面法。當(dāng)測(cè)試時(shí)，導(dǎo)熱探頭5置于被測(cè)材料之中，為雙面法；當(dāng)測(cè)試時(shí)，導(dǎo)熱探頭5水平放置，被測(cè)材料放在導(dǎo)熱探頭5上方，下面放置背景材料層6，為單面法。其中，背景材料是導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)已知的材料，且背景材料的導(dǎo)熱系數(shù)稍小于被測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。本專利使用的熱物性分析測(cè)試儀13 (Hot Disk導(dǎo)熱分析儀)是采用平面熱源單面法進(jìn)行導(dǎo)熱測(cè)試。
[0034]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0035]制備生成水合物所需的水溶液；
[0036]將所述水溶液注入內(nèi)壁設(shè)有氟塑料層3的反應(yīng)釜7內(nèi)；
[0037]清除所述反應(yīng)釜7內(nèi)的空氣；
[0038]向所述反應(yīng)釜7充入生成水合物所需的反應(yīng)氣體，達(dá)到所述反應(yīng)氣體溶解于水溶液所需的壓力時(shí)，封閉所述反應(yīng)釜7 ;
[0039]靜置所述反應(yīng)釜7，直到所述反應(yīng)氣體充分溶解于水溶液中；
[0040]再次向所述反應(yīng)釜7充入反應(yīng)氣體，使所述反應(yīng)釜7達(dá)到預(yù)設(shè)氣壓；
[0041 ] 將所述反應(yīng)釜7降溫至水合物相平衡點(diǎn)；
[0042]根據(jù)預(yù)設(shè)壓力值和相平衡點(diǎn)溫度值，計(jì)算生成水合物的過冷度；
[0043]在所述過冷度的誤差范圍內(nèi)，逐步降低所述反應(yīng)釜7的溫度，并檢測(cè)和記錄所述反應(yīng)釜7的氣壓；
[0044]當(dāng)所述反應(yīng)釜7的氣壓不變時(shí)，獲得水合物，并將水合物靜置；
[0045]采用熱物性分析測(cè)試儀13，測(cè)量所述水合物的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0046]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工作過程和原理作進(jìn)一步說明:
[0047]壓縮氣體儲(chǔ)氣罐15與管路連接，該儲(chǔ)氣罐上接有閥門V6，真空泵2前面接真空壓力表1，用于監(jiān)測(cè)抽真空過程中的真空度。進(jìn)氣前，首先需要將閥門V1，V6關(guān)上，保持其它閥門暢通，利用真空泵2將整個(gè)裝置抽真空，然后打開閥門V6進(jìn)氣；或者將閥門V1，V2，V6關(guān)上，保持其它閥門暢通，接著打開閥門V6向反應(yīng)釜7充入高壓反應(yīng)氣體，關(guān)閉閥門V6，再打開閥門VI，放散充入的高壓反應(yīng)氣體，通過多次充入、放散高壓反應(yīng)氣體，吹走反應(yīng)釜7和管路內(nèi)的空氣。
[0048]在連接反應(yīng)釜7的進(jìn)氣管上設(shè)置壓力表8，監(jiān)測(cè)進(jìn)氣時(shí)反應(yīng)釜7內(nèi)和儲(chǔ)氣罐出口壓力。反應(yīng)結(jié)束后，打開閥門Vl可以放空管路中殘留的高壓反應(yīng)氣體。反應(yīng)釜7放在空氣浴16中，背景材料層6位于反應(yīng)釜7底部，氟塑料層3襯于反應(yīng)釜7內(nèi)壁處，可使得水合物在氣液界面處均勻生成。導(dǎo)熱探頭5粘在背景材料層6上表面中心位置處，導(dǎo)熱探頭5與背景材料層6不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位移動(dòng)，導(dǎo)熱探頭5的電纜經(jīng)由反應(yīng)釜7側(cè)面開口引出，與Hotdisk熱物性分析測(cè)試儀13的本體相連，完成導(dǎo)熱測(cè)試和導(dǎo)熱系數(shù)的分析處理。
[0049]反應(yīng)釜7的上端蓋開孔進(jìn)氣，壓力傳感器9接在進(jìn)氣孔引出的進(jìn)氣管上，反應(yīng)釜7的上端蓋通過螺栓Bl-B2(共10個(gè)，其他未示出)連接。反應(yīng)釜7底部開小孔，溫度傳感器10位于該小孔內(nèi)。壓力傳感器9和溫度傳感器10分別監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜7內(nèi)氣體壓力和溫度。溫度傳感器10、壓力傳感器9的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集儀12采集，輸出到電腦工作站14進(jìn)行后續(xù)處理。
[0050]下面再以兩個(gè)具體實(shí)例進(jìn)行說明。
[0051]實(shí)例一
[0052]以二氧化碳、蒸餾水為實(shí)驗(yàn)材料，利用發(fā)明進(jìn)行二氧化碳水合物樣品的合成和導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。
[0053]首先打開反應(yīng)釜7，對(duì)反應(yīng)釜7進(jìn)行清洗，晾干后加入25ml蒸餾水，蓋上反應(yīng)釜7蓋。此后，通過多次充入、放散高壓二氧化碳?xì)怏w的方法吹走反應(yīng)釜7和管路空氣。關(guān)閉閥門V1、V2，保持其它閥門的暢通，讓反應(yīng)釜7內(nèi)緩慢充入高壓二氧化碳?xì)怏w，時(shí)間約為5分鐘，當(dāng)反應(yīng)釜7內(nèi)壓力超過3MPa時(shí)，關(guān)閉閥門V6，打開閥門Vl放散釜內(nèi)二氧化碳?xì)怏w，當(dāng)壓力接近2-3atm時(shí)迅速關(guān)閉閥門Vl ;如此反復(fù)，反應(yīng)釜7內(nèi)充入、放散高壓二氧化碳?xì)怏w，反復(fù)3-4次。之后反應(yīng)釜7進(jìn)氣，壓力達(dá)到3MPa時(shí)，關(guān)閉反應(yīng)釜7，靜置3天，讓二氧化碳?xì)怏w充分溶于水中；3天后反應(yīng)釜7再次進(jìn)氣，釜內(nèi)壓力再次達(dá)3MPa，開啟空氣浴16，設(shè)定溫度約10°C，對(duì)反應(yīng)釜7降溫，反應(yīng)釜7達(dá)到設(shè)定溫度前，確保釜內(nèi)溫度壓力不在水合物生成范圍內(nèi)。達(dá)到空氣浴16設(shè)定溫度10°C后維持I小時(shí)。此后每隔I小時(shí)空氣浴16設(shè)定溫度降低1°C。當(dāng)釜內(nèi)溫度壓力在水合物生成范圍內(nèi)，根據(jù)釜內(nèi)溫度、壓力，計(jì)算過冷度，并重新設(shè)定空氣浴16溫度，控制過冷度不超過1°C，并維持I小時(shí)。當(dāng)釜內(nèi)壓力讀數(shù)基本不發(fā)生變化，可以認(rèn)為水合物反應(yīng)基本結(jié)束。再次充入二氧化碳?xì)怏w壓力達(dá)到3MPa。靜置3天，讓水合物老化3天。水合物樣品4合成完畢。打開熱物性分析測(cè)試儀對(duì)水合物樣品4進(jìn)行導(dǎo)熱測(cè)試。導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量時(shí)，每個(gè)溫度點(diǎn)測(cè)量3次，每次測(cè)量時(shí)間間隔15分鐘，取3次測(cè)量結(jié)果的平均值作為該點(diǎn)的測(cè)量值。利用本發(fā)明，測(cè)量結(jié)果為:二氧化碳水合物溫度6.83°C，導(dǎo)熱系數(shù) 0.87610w/m.k。
[0054]實(shí)例二
[0055]以四氫呋喃、蒸餾水為實(shí)驗(yàn)材料，利用本發(fā)明合成四氫呋喃水合物樣品并進(jìn)行其導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試。
[0056]取蒸餾水加熱煮沸30分鐘，去除蒸餾水中溶解的空氣，冷卻后配置質(zhì)量百分比23%的四氫呋喃水溶液。關(guān)閉閥門V1、V4、V6，開啟真空泵2對(duì)反應(yīng)釜7及管路抽真空，抽完真空后關(guān)閉閥門V5。開啟空氣浴16，對(duì)反應(yīng)釜7降溫?？諝庠?6設(shè)定溫度4°C，當(dāng)反應(yīng)釜7溫度降到約4°C后維持2小時(shí)。此后每隔I小時(shí)空氣浴16設(shè)定溫度降低0.5°C。當(dāng)釜內(nèi)壓力讀數(shù)基本不發(fā)生變化，可以認(rèn)為水合物反應(yīng)基本結(jié)束。靜置3天，讓水合物老化3天。水合物樣品4合成完畢。打開導(dǎo)熱測(cè)試分析設(shè)備對(duì)樣品進(jìn)行導(dǎo)熱性能測(cè)試。利用本發(fā)明，測(cè)量結(jié)果為:四氫呋喃水合物溫度-4.7°C，導(dǎo)熱系數(shù)0.4902w/m.k。
[0057]實(shí)際上，許多因素影響著水合物晶體的形成和成長(zhǎng)過程，比如反應(yīng)釜7內(nèi)壁表面情況，溶液中的溶質(zhì)的化學(xué)成分，電場(chǎng)、磁場(chǎng)的存在，甚至照明度會(huì)影響水合物晶體的成核、生長(zhǎng)。
[0058]研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)釜7材料會(huì)影響水合物成核的出現(xiàn)位置和水合物形成過程中的傳質(zhì)特性。當(dāng)反應(yīng)釜7內(nèi)壁襯有氟塑料材料時(shí)，水合物在氣液界面處均勻形成，沿著液相均勻生長(zhǎng)，生成的水合物塊表面平整，且生成之初形成水合物膜并覆蓋氣液界面，該水合物膜阻礙了氣體向溶液內(nèi)部繼續(xù)溶解。但當(dāng)生成前溶液本身溶解了大量氣體，如二氧化碳?xì)怏w時(shí)，水合物膜卻沒有阻止水合物繼續(xù)生成，相反新的水合物在水合物膜下層繼續(xù)生長(zhǎng)，形成新的水合物膜，結(jié)果使得二氧化碳水合物逐層由氣液界面向下生成，形成水合物塊；當(dāng)過冷度越低，水合物在長(zhǎng)度和和寬度方向上的生長(zhǎng)速度越均一；因此，形成的水合物層厚度均勻。
[0059]本發(fā)明提出一種通過反應(yīng)釜7內(nèi)壁襯有氟塑料材料，生成前高溶解氣體、生成過程低過冷度，讓水合物在反應(yīng)釜7內(nèi)氣液界面以下生成的水合物樣品4合成方法，該方法可避免爬壁效應(yīng)，并具有得到的水合物樣品4表面平整、內(nèi)部致密、含氣量高，與置于反應(yīng)釜7底部的導(dǎo)熱探頭5充分接觸、無需采用高壓致密的優(yōu)點(diǎn)。
[0060]本發(fā)明可合成高品質(zhì)的水合物樣品，解決了硬度大、生成后難以壓實(shí)的水合物樣品生成問題，并克服了水合物樣品難以采用壓實(shí)致密的方式進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試的問題；在原位測(cè)試中，當(dāng)采用加壓法對(duì)水合物樣品致密時(shí)通常會(huì)發(fā)生背景材料層破裂的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響導(dǎo)熱測(cè)試值，本發(fā)明設(shè)計(jì)的背景材料層解決了傳統(tǒng)的聚四氟乙烯等背景材料層不耐壓、背景材料層與導(dǎo)熱探頭發(fā)生錯(cuò)位移動(dòng)等問題。由此，本發(fā)明合成的水合物品質(zhì)高，導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)采集方便，測(cè)試值準(zhǔn)確可靠。
[0061]上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置，其特征在于，包括可控溫和可密封的反應(yīng)釜、熱物性分析測(cè)試儀、數(shù)據(jù)采集儀和電腦工作站，所述反應(yīng)釜的底部填充有背景材料層，背景材料層上方的反應(yīng)釜內(nèi)壁上設(shè)有氟塑料層，所述熱物性分析測(cè)試儀的輸入端為導(dǎo)熱探頭，該導(dǎo)熱探頭從開設(shè)在所述反應(yīng)釜的側(cè)面的開口伸入反應(yīng)釜內(nèi)，并通過結(jié)構(gòu)膠粘連在所述背景材料層的上表面，且所述背景材料層與結(jié)構(gòu)膠的材質(zhì)相同，還包括設(shè)置在所述反應(yīng)釜底部的溫度傳感器，以及向所述反應(yīng)釜內(nèi)充入氣體的充氣系統(tǒng)，在充氣系統(tǒng)連接至反應(yīng)釜的管道上設(shè)有壓力傳感器，所述數(shù)據(jù)采集儀的輸入端分別與溫度傳感器和壓力傳感器相連，所述電腦工作站分別與數(shù)據(jù)采集分析儀和熱物性分析測(cè)試儀的輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置，其特征在于，所述反應(yīng)釜置于空氣浴中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試裝置，其特征在于，所述充氣系統(tǒng)包括壓縮氣體儲(chǔ)氣罐、真空泵、設(shè)置在真空泵上的真空壓力表，以及將所述真空泵和儲(chǔ)氣罐與反應(yīng)釜相連的管路。
4.一種氣體水合物導(dǎo)熱系數(shù)原位測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟: 制備生成水合物所需的水溶液； 將所述水溶液注入內(nèi)壁設(shè)有氟塑料層的反應(yīng)釜內(nèi)； 清除所述反應(yīng)釜內(nèi)的空氣； 向所述反應(yīng)爸充入生成水合物所需的反應(yīng)氣體，達(dá)到所述反應(yīng)氣體溶解于水溶液所需的壓力時(shí)，封閉所述反應(yīng)釜； 靜置所述反應(yīng)釜，直到所述反應(yīng)氣體充分溶解于水溶液中； 再次向所述反應(yīng)釜充入反應(yīng)氣體，使所述反應(yīng)釜達(dá)到預(yù)設(shè)氣壓； 將所述反應(yīng)釜降溫至水合物相平衡點(diǎn)； 根據(jù)預(yù)設(shè)壓力值和相平衡點(diǎn)溫度值，計(jì)算生成水合物的過冷度； 在所述過冷度的誤差范圍內(nèi)，逐步降低所述反應(yīng)釜的溫度，并檢測(cè)和記錄所述反應(yīng)釜的氣壓； 當(dāng)所述反應(yīng)釜的氣壓不變時(shí)，獲得水合物，并將水合物靜置； 采用權(quán)利要求1所述的熱物性分析測(cè)試儀，測(cè)量所述水合物的導(dǎo)熱系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N25/48GK104374800SQ201410658805
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】萬麗華, 梁德青 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所