二氧化碳置换水合物中甲烷气体的实验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水合物开采技术领域，具体涉及一种二氧化碳置换水合物中甲烷气体的实验系统。
【背景技术】
[0002 ]天然气水合物是由低沸点的烃类气体(CH4、C2H6、C3H8等)与水分子在低温高压条件下形成的类冰型晶体。天然气水合物是近二十年来在海洋和冻土带发现的新型洁净优质资源，全球储量巨大。
[0003]将二氧化碳气体回收后储存到地表之下以降低空气中二氧化碳浓度，将二氧化碳注入到甲烷水合物藏中会使得甲烷水合物笼子分解，从而实现甲烷水合物到二氧化碳水合物的转化。上述工艺不仅能促进甲烷气体的回收，而且二氧化碳在沉积物孔隙中形成水合物后可以维持沉积物的机械稳定性。以二氧化碳置换天然气水合物中的甲烷，将资源开发(清洁能源生产)与环境保护(温室气体埋藏)于一体。但是由于传热、传质过程的影响，二氧化碳置换过程非常缓慢，需要通过实验研究其置换机理，以提高置换效率。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二氧化碳置换水合物中甲烷气体的实验系统，以提高二氧化碳置换效率。
[0005]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是:
[0006]一种二氧化碳置换水合物中甲烷气体的试验系统，
[0007]包括甲烷高压气瓶1、二氧化碳高压气瓶2、减压阀3、减压阀3a、反应釜4、针阀5、针阀5a、甲烷/二氧化碳膜分离器6、预冷器7、二氧化碳输送栗8、温控系统9、温控系统9a、温度传感器10、压力传感器11、数据采集板12、计算机13、真空栗14、电动计量栗15、蒸馏水罐16和甲烷收集器17;
[0008]真空栗14将本系统的管路抽真空，蒸馏水罐16经过电动计量栗15向反应釜4内注入预定量的蒸馏水；甲烷高压气瓶I经所述减压阀3向反应釜4内注入甲烷气体，压力达到SMPa后关闭减压阀3，温控系统9开启进行降温，使反应釜4温度保持在(TC，甲烷水合物开始形成;反应釜4内的蒸馏水完全转化成甲烷水合物后，通过温控系统9使反应釜4内降至-20°C，打开针阀5a，反应釜4内剩余自由甲烷气进入甲烷收集器17，关闭针阀5a;二氧化碳高压气瓶2经减压阀3a向预冷器7内注入预定量的二氧化碳气体后，预冷器7内的压力达到4MPa后，关闭阀门3a，开启温控系统9a进行降温，使预冷器7的温度保持在2°C，二氧化碳经二氧化碳输送栗8送至反应釜4内；开启温控系统9进行升温，使反应釜4温度保持在2°C，此时二氧化碳开始置换水合物中的甲烷;温度传感器10和压力传感器11采集得到反应釜4的温度和压力的模拟信号，该模拟信号被传输到数据采集卡12进行数据处理得到数字信号，数字信号传入计算机13后进行数据显示和存储;置换后的甲烷-二氧化碳混合气体经针阀5进入甲烷/ 二氧化碳膜分离器6，通过甲烷/ 二氧化碳膜分离器6分离出来的甲烷气体进入甲烷收集器17储存，而分离后所得到的二氧化碳气体进入预冷器7供循环使用。
[0009]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0010]本发明采用从反应釜底部进二氧化碳，顶部出二氧化碳循环的方式，二氧化碳与甲烷水合物充分接触可强化二氧化碳置换过程的传热、传质，提高置换效率;经膜分离器后分离出来的二氧化碳气体，会继续参与后续的水合物置换反应，实验循环进行，不仅节省了实验成本，而且提高了实验系统的利用效率。对实际二氧化碳置换天然气水合物中甲烷的开采方法起重要的指导作用。
【附图说明】
[0011]图1为本发明二氧化碳置换水合物中甲烷气体的实验系统的结构示意图。
[0012]图中各部件说明:1_甲烷高压气瓶，2-二氧化碳高压气瓶，3、3a_减压阀，4-反应釜，5、5a-针阀，6-甲烷/二氧化碳膜分离器，7-预冷器，8-二氧化碳输送栗，9、9a_温控系统，10-温度传感器，11-压力传感器，12-安捷伦数据采集板，13-计算机，14-真空栗，15-电动计量栗，16-蒸馏水罐，17-甲烷收集器。
【具体实施方式】
[0013]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0014]本发明的目的是针对二氧化碳置换过程非常缓慢的问题，提供一种二氧化碳置换水合物中甲烷气体的实验系统。该系统通过底部进二氧化碳，顶部出二氧化碳循环的方式，可强化二氧化碳置换过程的传热、传质，提高置换效率。
[0015]本发明的二氧化碳置换水合物中甲烷气体的实验系统，包括供气系统、温控系统、反应系统、动力系统和数据采集系统五个部分。各部分组件分别是:供气系统包括高压气瓶I和2，为实验系统提供合适压力的流动气体。甲烷气体经过减压阀3，二氧化碳气体经过减压阀3a，进入反应釜4内反应。温控系统主要为水浴恒温箱，为实验系统提供需要的温度环境。反应系统主要为可视化高压透明反应釜4，为一可耐高压20MPa的反应容器，釜内分别安置温度传感器10、压力传感器11，以实时采集温度、压力等实验参数;釜体上端有出气孔，与真空栗14管路相通，实验中用于系统管路抽真空。动力系统主要由真空栗14、电动计量栗15和二氧化碳输送栗8组成，为实验系统提供真空环境、蒸馏水和保证气体顺利循环。真空栗14在实验前将整个管路抽真空；电动计量栗15为实验系统提供蒸馏水;二氧化碳输送栗在管路中连接至反应釜4，实验中为二氧化碳气体流动提供必要的动力。实验过程中，经膜分离器6后分离出来的二氧化碳气体，会继续参与后续的水合物置换反应，实验循环进行，不仅节省了实验成本，而且提高了实验系统的利用效率。数据采集系统由安捷伦数据采集板12和高性能台式计算机13组成，在实验中实时采集温度、压力等数据并记录，处理数据以直观反映实验的进展情况。
[0016]本实验系统的实验过程如下:
[0017]I)用蒸馏