技术领域
[0001] 本实用新型涉及甲烷水合物合成的技术领域，特别是涉及一种甲烷水合物合成装置。
背景技术
[0002] 甲烷水合物是一种类
冰状的
天然气矿藏，它是一种笼型化合物。其形成不是通过分子间的强吸引
力作用，而是水分子形成的笼状结构紧密的包裹着甲烷分子，在理想状态下其分子式是CH4•5.75H2O。在自然界中天然形成的甲烷水合物的
碳含量远大于目前所有化石
燃料中碳含量的总和。研究发现，1体积的甲烷水合物中含有160个体积以上的甲烷气体，甲烷水合物储存所需空间小且条件较容易获得。因此，将甲烷以水合物的形式进行储运可减少由于气体所需空间巨大而增加的成本。所以，研究甲烷水合物对新
能源的开发和利用具有重要意义。
[0003] 由于甲烷水合物的形成条件比较极端，需要高压和低温条件，因此绝大部分的甲烷水合物形成于海底和大陆永冻区。近年来一系列实验证明：在满足一定的外界条件下，甲烷水合物是完全可以在实验室内人工合成的。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种甲烷水合物合成装置，在实验室内模拟甲烷水合物合成所需条件，从而成功进行甲烷水合物的合成实验。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供一种甲烷水合物合成装置，包括供气系统、反应系统以及监控和数据收集系统；供气系统包括气瓶组、混气装置、
增压泵以及与所述
增压泵连接的空气
压缩机；气瓶组包括甲烷气瓶和氮气瓶；甲烷气瓶和氮气瓶的
瓶口均设置有减压
阀；混气装置的进气口通过气管与减压阀连接，出气口通过气管与增压泵的进气口连接；反应系统包括可视高压反应釜、用于控制所述可视高压反应釜内反应
温度的恒温循环装置以及用于搅拌所述可视高压反应釜内反应物的搅拌装置；可视高压反应釜上设置有气压表、气体温度
传感器和反应液温度传感器，进气口上设置有进气阀，排气口上设置有排气阀；进气阀通过气管与增压泵的出气口连接；监控和数据收集系统包括数据记录仪以及与数据记录仪通过数据线连接的计算机；数据记录仪分别与气压表、气体温度传感器和反应液温度传感器通过数据线连接。
[0006] 进一步地，混气装置上设置有取样管，取样管上设置有阀
门。
[0007] 进一步地，恒温循环装置设置有与数据记录仪连接的循环液温度传感器。
[0008] 进一步地，监控和数据收集系统还包括用于监测所述可视高压反应釜内反应物变化的釜内监控摄像头、与釜内监控摄像头连接的交换器以及连接所述交换器和计算机的
硬盘录像机。
[0009] 进一步地，监控和数据收集系统还包括实验室监控摄像头；实验室监控摄像头与交换器连接。
[0010] 本实用新型的有益效果是：
[0011] 本实用新型提供的甲烷水合物合成装置，向可视高压反应釜内添加水和甲烷气体，控制可视高压反应釜内的反应温度和反应压力，即可合成甲烷水合物，数据记录仪将检测到的气压值、气温值和反应液温度值反馈到计算机，经过计算机存储并分析相关数据，确定甲烷水合物合成的最佳条件。
附图说明
[0012] 图1为本实用新型
实施例提供的甲烷水合物合成装置的结构示意图；
[0013] 图2为图1所示甲烷水合物合成装置中供气系统的结构示意图；
[0014] 图3为图1所示甲烷水合物合成装置中反应系统的结构示意图；
[0015] 图4为图1所示甲烷水合物合成装置中监控和数据收集系统的结构示意图。
[0016] 图中：1.1-气瓶组；1.2-混气装置；1.3-增压泵；1.4-空气压缩机；1.5-减压阀；2.1-可视高压反应釜；2.2-恒温循环装置；2.3-气压表；2.4-气体温度传感器；2.5-反应液温度传感器；2.6-进气阀；2.7-排气阀；2.8-循环液温度传感器；3.1-数据记录仪；3.2-计算机；3.3-釜内监控摄像头；3.4-交换器；3.5-硬盘录像机；3.6-实验室监控摄像头。
具体实施方式
[0017] 本实施例提供一种甲烷水合物合成装置，由
煤与
煤层气共采国家重点实验室的研究人员研发，包括供气系统、反应系统以及监控和数据收集系统；供气系统包括气瓶组1.1、混气装置1.2、增压泵1.3以及与增压泵1.3连接的空气压缩机1.4；气瓶组1.1包括甲烷气瓶和氮气瓶；甲烷气瓶和氮气瓶的瓶口均设置有减压阀1.5；混气装置1.2的进气口通过气管与减压阀1.5连接，出气口通过气管与增压泵1.3的进气口连接；反应系统包括可视高压反应釜2.1、用于控制可视高压反应釜2.1内反应温度的恒温循环装置2.2以及用于搅拌可视高压反应釜2.1内反应物的搅拌装置；可视高压反应釜2.1上设置有气压表2.3、气体温度传感器2.4和反应液温度传感器2.5，进气口上设置有进气阀2.6，排气口上设置有排气阀2.7；进气阀2.6通过气管与增压泵1.3的出气口连接；监控和数据收集系统包括数据记录仪3.1以及与数据记录仪3.1通过数据线连接的计算机3.2；数据记录仪3.1分别与气压表2.3、气体温度传感器2.4和反应液温度传感器2.5通过数据线连接，用于获取并记录可视高压反应釜2.1内的气压、气体温度和反应液温度。
[0018] 进一步地，甲烷气瓶和氮气瓶额定压力14MPa，经过混气装置1.2向增压泵1.3供气的压力要求小于0.8 MPa。
[0019] 进一步地，混气装置1.2上设置有取样管，取样管上设置有阀门。打开取样管上的阀门，可以从混气装置1.2中收集气体样品，检测样品成分。
[0020] 进一步地，恒温循环装置2.2设置有与数据记录仪3.1连接的循环液温度传感器2.8，用于检测恒温循环装置2.2中循环液的温度。
[0021] 进一步地，监控和数据收集系统还包括用于监测可视高压反应釜2.1内反应物变化的釜内监控摄像头3.3、与釜内监控摄像头3.3连接的交换器3.4以及连接交换器3.4和计算机3.2的硬盘录像机3.5。釜内监控摄像头3.3用于记录釜内反应情况，交换器3.4接收记录的视频并将视频转成合适的格式传递给硬盘录像机3.5进行存储。
[0022] 进一步地，监控和数据收集系统还包括实验室监控摄像头3.6；实验室监控摄像头3.6与交换器3.4连接，用于记录实验室内的情况。
[0023] 应当说明是，上述甲烷水合物合成装置中各配件根据实验室环境及实验要求选型，计算机3.2中处理
软件由相关技术领域的专业人员进行编写，计算机3.2优选
笔记本电脑，便于携带。
[0024] 具体的操作过程如下所述：
[0025] （1）准备工作
[0026] A、打开可视高压反应釜2.1上盖，使用量筒量定一定量的水（约30-40mL），加入可视高压反应釜2.1
内衬烧杯中，置入可视高压反应釜2.1内，盖好上盖，对
角拧紧螺丝；
[0027] B、检查增压泵1.3
泄压阀处于关闭状态，可视高压反应釜2.1的进气阀2.7处于开启状态，排气阀2.8处于闭合状态；
[0028] C、打开恒温循环装置2.2，设定温度，一般设置到-3℃，启动恒温循环装置2.2，检查恒温循环装置2.2运行状况；
[0029] （2）试压
[0030] 打开甲烷气瓶和氮气瓶的减压阀1.5，甲烷和氮气进入到混气装置1.2进行混合，打开增压泵1.3的进气阀和增压
开关以及空气压缩机1.4，增压机1.3运行，观察数据记录仪3.1压力变化，当压力达到3MPa左右，停机，观察压力变化，当压力长期稳定或下降非常缓慢时，初步认定检漏合格；
[0031] （3）试验
[0032] A、调整增压泵1.3进气为甲烷，驱动气（氮气）与被压缩气或试验气（甲烷）分离；
[0033] B、打开增压泵1.3的进气阀和增压开关以及空气压缩机1.4，增压泵1.3运行，观察数据记录仪3.1压力变化，这个过程中通过甲烷气瓶前期释放的部分甲烷经增压泵1.3增压后向可视高压反应釜2.1内充入甲烷，表现为釜内压力升高，减压阀1.5两侧压力下降；
[0034] C、当釜内压力达到1.5MPa左右，停机，观察压力变化，使用便携式甲烷检测仪检测可视高压反应釜2.1各接头处甲烷浓度，若某连接处出现甲烷超标报警，控制排气阀2.8缓慢放气后检查处理，如果没有漏气现象，进入下一步试验环节；
[0035] D、轻触恒温循环装置2.2恒温液体外循环开关，恒温循环装置2.2外循环开启，准备对可视高压反应釜2.1进行降温；
[0036] E、设置数据记录仪3.1的循环液温度报警点，通过对比反应液温度传感器2.6的检测值（即釜内水的温度值）控制恒温循环装置2.2，当反应液温度传感器2.6的检测值高于循环液温度报警点时，启动恒温循环装置2.2，釜内温度下降，当釜内温度下降到循环液温度报警点以下时，高温报警解除，关闭恒温循环装置2.2；
[0037] F、当可视高压反应釜2.1内水的温度值控制到一定范围后（稳定时间约10s）控制排气阀2.8缓慢排气，把釜内混合气体排出，排气完成后关闭排气阀2.8，打开搅拌装置2.3，打开甲烷气瓶出气阀和减压阀1.5，重复上述步骤，继续向釜内补充甲烷气体，必要时进行二次排空气，保证釜内空气成分降到最低；
[0038] G、釜内气体置换完成，在保证釜内甲烷气体浓度符合要求的情况下，向釜内陆续补充甲烷气体，随时观察并记录釜内变化情况，观察甲烷水合物的生成过程及形态特征；
[0039] H、当水合物结晶生成后，观察可视高压反应釜2.1上的气压表2.4数值不再变换，且观察到釜内液态水全部参与合成后，水合物生成过程试验结束；
[0040] I、当甲烷水合物合成后，可以停止恒温循环装置2.2，考察釜内甲烷水合物的分解过程，记录其温度与压力变化情况，调节釜内温度范围，继续考察水合物的再次合成情况，如此反复进行，温度由低向高调整，考察水合物合成情况及分解临界条件（温度及压力）；
[0041] J、当水合物试验告一段落，在合成物形成的条件下，缓慢分批次打开排气阀2.8控制放气，观察釜内压力与水合物结晶体的变化情况，直到压力降至0MPa。
[0042] 以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的
专利范围，凡是利用本实用新型
说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
