一、技术领域

气体水合物动力学测量技术领域

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：202311740722.6

发明人：殷振元、李艳、顾宇航、饶翊之、刘学健、张继宝

2.专利说明书摘要

       一种气体水合物微观动力学原位测试装置及方法，包括反应釜、气液两相注入单元、温压控制与监测单元、可视化操作单元及水合物生成区域智能识别与计算单元，气液两相注入单元连接反应釜，用于将多相态样品注入反应釜，温压控制与监测单元经设置以控制与监测反应釜体系反应过程中的温度和压力，反应釜设置有可观测窗口，可视化操作单元经设置以通过可观测窗口观测水合物反应体系的形貌特征和生长过程，水合物生成区域智能识别与计算单元经设置以根据可视化操作单元的观测信息，实时识别水合物的生成与分解并计算水合物的热动力学信息。本发明能实现在可控温压条件下进行水合物的合成与分解并将多相态样品注入且精准确定气体水合物生成与分解位置。

3.创新点

（1）本发明提出的装置与方法耦合气液两相CO2注入单元与全过程温压控制与监测单元，能在指定温压条件下注入气相或液相CO2，并在可控温压条件下实现CO2水合物的合成与分解；

（2）可视化操作单元通过可调节焦距的高清CCD相机拍摄釜体可视窗口，实时观测并记录注入-封存全过程的CO2水合物形貌特征，观察到CO2水合物成核、生长过程，获取不同反应体系中清晰的CO2水合物晶体形貌演化规律，进而为阐明不同反应体系下CO2水合物热动力学的机制奠定形貌学基础；

（3）本方法中水合物生成区域智能识别与计算单元能利用智能图像识别算法分析CCD相机实时拍摄的形貌图片分析水合物成核时间与生成区域，并计算水合物饱和度，其识别计算结果会与温压监测结果进行交叉验证以确保其准确性；

（4）较之常规拉曼测试技术，本方法实现了气液两相CO2注入单元、全过程温压控制与监测单元、水合物生成区域智能识别与计算单元以及可视化操作单元一体化集成，能同时从宏观（温压、饱和度、形貌）与微观尺度（占笼行为）精准刻画可控温压与多相态CO2注入条件下CO2-CO2水合物体系的动态演化规律，能更全面地揭示不同反应体系下CO2水合物热动力学的机制，为复杂因素耦合作用下的场地尺度水合物法CO2封存提供理论支撑。

4.痛点问题

（1）气体水合物生成肉眼难以识别，拉曼光谱和图像识别自动识别水合物生成；

（2）气体水合物动力学过程难以评估，该发明基于拉曼光谱获取客体分子占笼信息，定量计算水合物动力学；

（3）传统的水合物测试方法仅能实现气态CO2注入与监测，本发明提供了液态CO2注入的解决方案，更适用于水合物法CO2封存的应用场景。

5.技术优势

       本发明在原位拉曼测试技术的基础上实现了气液两相CO2注入单元、全过程温压控制与监测单元、水合物生成区域智能识别与计算单元以及可视化操作单元一体化集成。其既能进行可控温压与多相态CO2注入条件下的微观原位拉曼测试，又能观测体系宏观形貌演化并智能识别与计算CO2水合物的诱导时间、成核区域、饱和度，从不同尺度更全面地揭示CO2-CO2水合物体系演化规律，为场地尺度复杂因素耦合作用下的水合物法CO2封存技术应用与推广提供坚实的理论支撑。

三、产业化信息

1.应用场景

（1）可以用于二氧化碳水合物捕集和封存，定量揭示多相态CO2转化过程动力学；

（2）可以用于水合物海水淡化技术，获取水合物生成速率和海水淡化效率的微观光谱证据；

（3）可以用于水合物法储氢技术，捕获氢气固化进笼动力学过程。

2.商业价值

（1）在水合物法CO2封存应用上的市场规模：目前将CO2水合物封存在海底是一种新兴起的CO2地质封存法。考虑到近期及未来水合物法CO2封存的巨大前景，利用此发明中多相态CO2注入、封存一体化研究方法，精准识别水合物生成区域，刻画水合物结构与饱和度演化规律，建立多尺度水合物生成动力学准则，该发明具备广阔的应用前景；

（2）在水合物法储氢领域应用上的市场规模：传统储氢技术依旧存在能耗高，爆炸的风险，水合物法储氢能够实现较高的储氢量以及更加安全和稳定。高压氢气的注入与动力学过程的原位监测，可以实现可控的氢气水合物生成动力学过程，对于高效率储氢技术具备广阔前景。

3.发展规划

（1）该技术通过引入多相态CO2注入系统，加快气体水合物生成，使大规模、可控的水合物基技术应用成为可能，创造巨大市场空间；

（2）该技术可应用到水合物法CO2封存技术中，模拟海底碳封存过程， 实现CO2水合物原位生成动力学的监测，解释水合物生成和分解的微观机理，有助于筛选和开发热动力学促进剂，进一步提高CO2封存量，实现碳中和；

（3）该技术可应用到水合物法海水淡化技术中，可以识别系统中水合物生成动力学过程、估算生成量，揭示微观机理，为该技术实现商业化奠定基础。

4.合作方式

面议

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 联系方式：ttc@sz.tsinghua.edu.cn