一种全可视多功能气体水合物动力学测定系统及方法

专利示意图

一、技术领域

气体水合物动力学测量系统领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：202211329921.3

发明人：殷振元、任俊杰、曾思雨

2.专利说明书摘要

本发明提供一种全可视多功能气体水合物动力学测定系统及方法，包括：透明水槽；反应釜，侧壁由透明材料制成；流体供应装置，用于向反应釜中注入实验流体；水温调节装置，用于调节水温；测量装置，用于测量反应釜内部压力和温度；搅拌装置，用于搅拌所述反应釜内流体；放散管，用于排出实验废气和抽真空；图像采集装置，用于采集所述反应釜内的图像；计算装置，用于接收并处理其测量或采集到的信息，通过本发明提供的系统，能够解决现有技术中传统水合物关键动力学参数测定装置规模庞大、机构复杂、成本高昂，且存在较大误差的技术问题，实现低成本、大批量，快速和可靠的获得水合物的关键动力学特性。

3.创新点

（1）本发明涉及气体水合物科学与技术领域，针对气体水合物动力学测量需要进行大批量实验以及水合物随机成核带来的诱导时间难以准确测定的困难，提出一种自动化、高精确度、大批量的原位动力学测量实验装置；

（2）该动力学测量装置，采用了双面悬挂式孔板样品架、变孔径鼓泡板、高清相机，利用计算机图像识别技术，综合利用边缘检测算法、图像分割、识别等方法，实现对溶液相、水合物相的精准识别，进而能够实现自动化、批量获得水合物晶体生长的重要动力学数据——诱导时间；

（3）该动力学测量装置，通过图像识别技术，以及其内置标尺，经过校准后能够实现对水合物膜/壳厚度、气泡等尺寸的实时测量，进而能够估算水合物的生成/分解总表面积，有助于建立起不同条件下，水合物法二氧化碳封存或者储氢过程的本征动力学模型。基于此技术原理，能够实现对通气速率、水合物生成和分解动力学速率、传质速率等的自动化采集记录，并自动匹配形貌特征；

（4）本发明设计了一套变孔径鼓泡板，通过改变孔径的大小能够改变气泡的大小，能够实现对气-液界面面积的调控。因此，对开展储氢以及二氧化碳封存动力学研究方面，提供了一种动力学速率的调控方法；

（5）本发明设计了配套的计算方法，该方法基于实验气体物质的量守恒以及有效体积守恒，能够准确测定实验气体的溶解度，并计算获得考虑气体溶解度、水合物生成膨胀特性的水合物生成和分解动力学数据。本方法精度高于已有同类方法，是一种很有潜力的动力学计算方法。

4.痛点问题

（1）水合物随机成核导致的诱导时间测不准；

（2）水合物诱导时间批量测试难题

（3）水合物诱导时间自动化测量；

（4）鼓泡直径、速率自动测量；

（5）水合物膜/壳尺寸实时测量。

5.技术优势

（1）大规模、自动化、高效率测量水合物的动力学，以及快速测试添加剂性能；

（2）通过尺寸测量，提高水合物动力学测量准确性，对水合物基二氧化碳封存、储甲烷、储氢等技术领域有重大意义；

（3）通过系统研究水合物晶体生长和分解过程的形貌，分析和总结气体水合物成核和生长的机理，为实现大规模实际应用奠定基础；

（4）本发明设备小巧，装置简单，建造容易，能够有效节约成本。

三、产业化信息

1.应用场景

（1）可以用于二氧化碳水合物生成促进剂的筛选，实现大批量、快速、准确测量；

（2）可以提供给科研院所、研发机构，商业公司等科研项目；

（3）可以用于氢气水合物生成促进剂的筛选。提供给科研机构，用于水合物基储氢宏观动力学研究；

（4）可以用于水合物抑制剂性能评价实验和抑制剂筛选实验；

（5）可以用于油品检测；

（6）可以用于生物实验，开展高通量筛选实验；

（7）可以用于防冻剂性能评价；

（8）可以用于药品有效性检测。

2.商业价值

本发明对于水合物行业有以下市场价值：

（1）本发明可以大批量快速开展水合物动力学测试，其实验效率相较于传统方法能够提高几十倍；

（2）本发明可以快速进行动力学添加剂的筛选，节约大量时间，极具商业价值。

3.发展规划

（1）该技术未来可应用至中国二氧化碳海底封存科研工作中，助力二氧化碳地质封存动力学研究，快速提高我国在二氧化碳地质封存领域的实践经验和科研水平；

（2）该技术通过筛选热力学助剂，将固态储氢成为现实。能够打破当前氢气储运难题。其中高效率复配型助剂的开发和配方，能够创造巨大市场空间占据储氢市场。

4.合作方式

面议

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联系方式：ttc@sz.tsinghua.edu.cn