本發(fā)明涉及氣體水合物誘導時間精確測量方法和測量，具體涉及一種精確觀測氣體水合物誘導時間的裝置和方法。

背景技術：

籠形水合物是像冰一樣的晶體由水氫鍵構成的籠子包圍小客體分子組成，小客體分子如甲烷或其他輕的碳氫化合物。管道中天然氣運輸與應用的一個問題是氣體水合物生成易堵塞管道，注入化學抑制劑是最有效的抑制水合物生成的方法。而水合物生長速率和誘導時間通常作為評價水合物添加劑的重要指標。較長的誘導時間有利于天然氣的運輸

氣體水合反應體系達到可生成水合物的平衡條件后，需經(jīng)歷一段時間后才會生成水合物，這段時間是水合物晶核的形成階段，稱為誘導時間。目前，對誘導時間的定義存在兩種觀點，一種認為誘導時間是從系統(tǒng)穩(wěn)定后，某些狀態(tài)參數(shù)從緩慢變化到開始急劇變化所經(jīng)歷的時間；另一種觀點認為誘導時間是從系統(tǒng)處于穩(wěn)定態(tài)到水合系統(tǒng)中出現(xiàn)水合物晶體所需的時間。當水合物大量出現(xiàn)時，系統(tǒng)壓力溫度和電阻會發(fā)生變化。傳統(tǒng)測量誘導時間的方法包括可視觀察透明反應釜中是否形成水合物，或通過測量溫度壓力、電阻的波動來測量水合物的誘導時間。在水合物的形成過程中，一定尺寸的單晶首先形成，一段時間后大量的晶體才會形成，而只有當大量晶體形成時，溫度壓力、電阻才會有所波動，因此宏觀觀察和通過P、T波動來測量誘導時間存在一定的誤差。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述技術問題，本發(fā)明提供了一種更加精確觀測氣體水合物誘導時間的方法和裝置，以克服通過溫度壓力的變化得到誘導時間滯后的不足。

本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種精確觀測氣體水合物誘導時間的裝置，包括設置在冷臺上的聚四氟乙烯管、用于拍攝聚四氟乙烯管內水合物晶體生長的顯微鏡、數(shù)據(jù)采集儀、電腦，所述聚四氟乙烯管為一端密封的變徑管，其開口端通過管路依次連接緩沖器、第二截止閥、丙烷氣瓶，,所述冷臺上還設置有與數(shù)據(jù)采集儀電路連接的溫度傳感器，所述緩沖器與第二截止閥之間的管路上設置有與數(shù)據(jù)采集儀電路連接的壓力傳感器，所述電腦與數(shù)據(jù)采集儀和顯微鏡電路連接。

進一步地，所述壓力傳感器與第二截止閥之間的管路上還旁接有第一截止閥。

進一步地，所述聚四氟乙烯管的細端內氣液界面能完全顯示在顯微視野范圍內。

進一步地，所述溫度傳感器為熱電偶。

一種基于所述裝置的精確觀測氣體水合物誘導時間的方法，包括步驟：

(1)在聚四氟乙烯管的細端注入水溶液后封口，將封好液體的變徑管放入離心機中離心20min，使水溶液完全充滿聚四氟乙烯管的封口端；

(2)將封裝好水溶液的變徑聚四氟乙烯管連接入管線中，關閉第一截止閥，打開第二截止閥，充入丙烷氣體后關閉第二截止閥，打開第一截止閥，使丙烷氣體攜帶少量的空氣排出管線，如此反復充放氣若干次后直到排出管線中所有空氣；

(3)關閉第一截止閥，打開第二截止閥，丙烷氣沖壓至0.2MPa，使聚四氟乙烯管中的氣液界面在顯微鏡視野范圍內，關閉閥門；

(4)打開溫度及壓力傳感器，將冷臺溫度設定到30℃維持1h以消除“記憶效應”；

(5)按一定的速率降低溫度到指定的實驗溫度，并記錄下降溫時間t_c；

(6)維持此溫度直至顯微觀察到第一粒水合物晶體生成時，記錄下此時的時間t_d及錄制水合物晶體生長過程，則得出誘導時間t_i＝t_d-t_c。

進一步地，所述的水溶液采用蒸餾水、添加有1wt％抑制劑蒸餾水混合液或添加有1wt％促進劑的蒸餾水混合液。

進一步地，所述的抑制劑包括熱力學抑制劑(THI)和低劑量水合物抑制劑(LDHI)，其中熱力學抑制劑包括甲醇、乙二醇等；低劑量水合物抑制劑包括動力學抑制劑(KHI)和防聚劑(AA)。

進一步地，所述的促進劑包括表面活性劑，所述的表面活性劑包括十二烷基硫酸鈉(SDS)、十六烷基硫酸鈉(SHS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)等。

進一步地，所述的水溶液的體積為3-10μL。

本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點：

1、本發(fā)明裝置簡單，便于操作，可直接觀察氣體水合物生長形貌以及動態(tài)變化，方便直觀。

2、由于本發(fā)明可以通過顯微觀察到水合物晶體微小顆粒，相比通過溫度壓力波動的方法得到水合物誘導時間更加準確。

3、本發(fā)明可以進行水合物生長速率的測算，從而判定水合物在某一條件下的生長情況和不同條件對于生長速率的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一的精確觀測氣體水合物誘導時間的反應裝置的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例二的冷臺中溫度變化過程示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例三的冷臺中溫度變化過程示意圖。

圖中所示為：1-電腦，2-數(shù)據(jù)采集儀，3-溫度傳感器，4-聚四氟乙烯管，5-顯微鏡，6-冷臺，7-緩沖器，8-壓力傳感器，9-第一截止閥，10-第二截止閥，11-丙烷氣瓶。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的內容作進一步詳細說明。

實施例一

如圖1所示，一種精確觀測氣體水合物誘導時間的裝置，包括設置在裝有乙醇介質的冷臺6上的聚四氟乙烯管4、用于拍攝聚四氟乙烯管4內水合物晶體生長的顯微鏡5、數(shù)據(jù)采集儀2、電腦1，所述聚四氟乙烯管4為一端密封的變徑管，其開口端通過管路依次連接緩沖器7、第二截止閥10、丙烷氣瓶11，,所述冷臺6上還設置有與數(shù)據(jù)采集儀2電路連接的溫度傳感器3，所述緩沖器7與第二截止閥10之間的管路上設置有與數(shù)據(jù)采集儀2電路連接的壓力傳感器8，所述電腦1與數(shù)據(jù)采集儀2和顯微鏡5電路連接。

所述壓力傳感器8與第二截止閥10之間的管路上還旁接有第一截止閥(9)。

所述聚四氟乙烯管4的細端內氣液界面能完全顯示在顯微視野范圍內。

所述溫度傳感器3為熱電偶。

本實施例中，聚四氟乙烯管4是由變徑的聚四氟乙烯管(細端：外徑0.8mm，內徑0.5mm；粗端外徑3mm，內徑2mm)連接，裝置其余部分采用不銹鋼管連接。拉制時取長度為10cm的聚四氟乙烯管(外徑3mm，內徑2mm)，將聚四氟乙烯管4的一端通過加熱后拉細為外徑0.8mm，內徑0.5mm，此時管子為一根變徑管。

實施例二

一種基于所述裝置的精確觀測氣體水合物誘導時間的方法，包括步驟：

(1)在拉制好的聚四氟乙烯管4的細端注入5μL蒸餾水，加熱端口處后用尖嘴鉗封住，將封好液體的變徑管放入離心機中離心20min，使水溶液完全充滿聚四氟乙烯管4的封口端；

(2)將封裝好水溶液的變徑聚四氟乙烯管4連接入管線中，關閉第一截止閥9，打開第二截止閥10，充入丙烷氣體后關閉第二截止閥10，打開第一截止閥9，使丙烷氣體攜帶少量的空氣排出管線，如此反復充放氣若5次后直到排出管線中所有空氣；

(3)關閉截止閥9，打開截止閥10，丙烷氣沖壓至0.2MPa，使聚四氟乙烯管(4)中的氣液界面在顯微鏡視野范圍內，關閉閥門10；

(4)打開溫度及壓力傳感器，將冷臺6溫度設定到30℃維持1h以消除“記憶效應”；

(5)按一定的速率降低溫度到實驗所需溫度-4.4℃，并記錄下降溫時間t_c；

(6)維持此溫度直至顯微觀察到第一粒水合物晶體生成時，記錄下此時的時間t_d及錄制水合物晶體生長過程，圖2是個典型的冷臺中溫度變化過程，從圖2可以看出，經(jīng)過時間t_c，冷臺溫度從室溫大約30℃降溫至設定溫度-4.4℃，在t_d時刻，通過顯微鏡觀察到第一粒丙烷水合物生成，誘導時間t_i即t_d與t_c的差值：t_i＝t_d-t_c＝8.8h。

實施例三

一種基于所述裝置的精確觀測氣體水合物誘導時間的方法，包括步驟：

(1)在拉制好的聚四氟乙烯管4的細端注入5μL添加有1wt％抑制劑的蒸餾水混合液，如甲醇、乙二醇，加熱端口處后用尖嘴鉗封住，將封好液體的變徑管放入離心機中離心20min，使水溶液完全充滿聚四氟乙烯管4的封口端；

(2)將封裝好水溶液的變徑聚四氟乙烯管(4)連接入管線中，關閉第一截止閥9，打開第二截止閥10，充入丙烷氣體后關閉第二截止閥10，打開第一截止閥9，使丙烷氣體攜帶少量的空氣排出管線，如此反復充放氣5次后直到排出管線中所有空氣；

(3)關閉截止閥9，打開截止閥10，丙烷氣沖壓至0.2MPa，使聚四氟乙烯管(4)中的氣液界面在顯微鏡視野范圍內，關閉閥門10；

(4)打開溫度及壓力傳感器，將冷臺6溫度設定到30℃維持1h以消除“記憶效應”；

(5)按一定的速率降低溫度到實驗所需溫度-4.4℃，并記錄下降溫時間t_c；

(6)維持此溫度直至顯微觀察到第一粒水合物晶體生成時，記錄下此時的時間t_d及錄制水合物晶體生長過程，圖3是個典型的冷臺中溫度變化過程，從圖3可以看出，經(jīng)過時間t_c，冷臺溫度從室溫大約30℃降溫至設定溫度-4.4℃，在t_d時刻，通過顯微鏡觀察到第一粒丙烷水合物生成，加入抑制劑后的誘導時間t_i即t_d與t_c的差值：t_i＝t_d-t_c＝11h。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。