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天然氣水合物實驗系統，用于天然氣水合物的生成過程檢測，可以為天然氣水合物生成的條件參數研究提供可靠的實驗數據。測量參數包含溫度、壓力，光通量，操作方便，性能可靠應用實例：“天然氣水合物實驗系統”已用于青島海洋地質研究所和江蘇工學院。

針對海底天然氣水合物的實際生成條件，在國內首次設計和制造了具有自主知識產權的低溫高壓天然氣水合物模擬合成與分解設備。該成套設備由高壓可視化釜體、制冷及浴槽溫控系統、磁力攪拌系統、參數控制臺及計算機數據采集系統、模擬天然氣配氣系統、天然氣高壓增壓系統共 6個子系統組成。應用結果表明，該設備安全可靠， 能成功地應用于天然氣水合物模擬合成、分解和有關測試分析，其部分結構和功能有所創新，達到國外相關部分類似產品的水平。測試內容：① 新型壓力設備開發② 松軟地基上壓力管道沉降與熱變形安全評估③ 材料微結構分析與動態力學性能測試④ 材料表面鍍層粘著力與耐磨強度的劃痕測試

1 背景 天然氣水合物是繼頁巖氣、致密氣、煤層氣等之后潛力巨大的接替能源，可分為成巖型和非成巖型兩類，其中非成巖型占76.5%以上。國內外天然氣水合物開采技術研究和試采工程以降壓法為主，但如果采用降壓法開采海洋非成巖天然氣水合物，水合物將無序分解且不可控，進而面臨環境、裝備、生產、工程以及地質等風險。為此，中國工程院周守為院士帶領團隊世界首創提出海洋非成巖天然氣水合物固態流化開采技術，利用水合物采掘、碎化、海水引射流化、泥砂分離回填、漿體舉升、平臺深度分離再回填技術工藝，將非成巖不可控水合物藏轉變為密閉管道內可控水合物藏，實現了“順其自然、變害為利、變不可控為可控”的安全綠色開采。進而，團隊針對海底淺表層水合物到中深層泥質粉砂水合物再到深部地層成巖型水合物以及下覆游離氣的儲層系統，在世界上首次創新提出深海天然氣水合物固態流化～降壓法一體化開發技術。 2 深海天然氣水合物一體化開發模擬實驗系統 發明深海天然氣水合物一體化開發模擬實驗方法及技術，研制成功全球首個具有完全自主知識產權的深海天然氣水合物一體化開發大型物理模擬實驗系統（壓力0～16MPa、溫度-10～60℃、可視化），實現了1500m水深固態流化～降壓法一體化開發全程模擬。實驗系統包括：水合物大樣品快速制備、破碎及漿體調制模塊，水合物漿體高效管輸與分離模塊，實時圖像捕捉、數據采集及安全控制自動化模塊。 水合物大樣品快速制備、高效破碎、漿體調制“三位一體”實驗方法和技術，20h內可快速制備1062L水合物樣品； 水合物漿體保真運移方法和技術； 水平段56m、垂直段30m分段組合、逐點加密、多次循環、多次降壓、多次升溫的水合物顆粒、泥砂、分解氣、配制海水復雜漿體管輸模擬實驗方法和技術。 首次系統開展深海天然氣水合物固態流化～降壓法一體化開發實驗，創新形成從淺表層水合物到中深層泥質粉砂水合物再到深部地層成巖型水合物以及下覆游離氣的全鏈條、一體化開發理論。 2017年5月，全球首次海洋非成巖天然氣水合物固態流化試采在南海神狐海域成功實施。 3 應用范圍 依托大型物理模擬實驗系統，在全球首次系統開展深海天然氣水合物固態流化～降壓法一體化開發模擬實驗，證明了固態流化～降壓法一體化開發技術原理科學可行、開采工藝可行，為指導海洋天然氣水合物和油氣一體化勘探開發、研制深海天然氣水合物高效開發系列裝備提供了理論依據和關鍵參數。 4 前景及經濟社會效益 通過攻關為深海泥質粉砂天然氣水合物安全、高效開發提供方法與理論創新，為天然氣水合物固態流化～降壓法一體化高效開發評價提供重大實驗系統，促進淺表層、中深層天然氣水合物與下覆游離氣一體化開發系列重大裝備研制，推動集成該方法、理論、技術、裝備成為我國引領世界天然氣水合物商業開采的前沿技術。

天然氣水合物存在于高壓、低溫的環境中，傳統的實驗室可視化檢測需要配以耐高壓透明視窗，不但降低了壓力容器的耐壓范圍并且可視化效果也不理想。采用非光源性的可視化檢測技術——磁共振成像解決了這一難題。并且通過對天然氣水合物生成 / 分解過程圖像亮度的變化分析得到被測樣品中自由水的含量以及天然氣水合物飽和度。能夠對被測樣品中所包含的天然氣水合物資源量進行評價。技術指標如下，樣品管壓力 15MPa ；溫度控制范圍：常溫～ -15 ℃；樣品尺寸：φ 15mm ；圖像分辨率： 0.125mm /pixel 。

眾所周知，BSR是識別水合物的主要標志。但世界各地鉆探結果表明，沒有BSR的地方也可能有水合物。BSR不是識別水合物的充分必要標志。高速特征也是人們用來識別水合物的標志。但很多非水合物的地質因素也能夠使地層的速度增大。本專利成果提出了一種排他的識別水合物的有效方法。該方法能夠區分水合物和非水合物因素引起的高速特征。從而，大大提高水合物識別的可靠性。

火電廠煙氣脫硫技術目前國內外約有上百種工藝，但是有實際應用價值的僅十幾個工藝。“爐內噴鈣尾部活化” (LIFAC) 技術是芬蘭在 20 世紀 80 年代發明的一項技術，其特點是初投資少，占地面積小，系統簡單，運行費用低，在較低的 Ca/S 比的條件下可達中等脫硫效率 (70-80%) ，比較適合于我國現役火電機組脫硫改造。“直噴超細水合 CaO 粉煙氣脫硫”技術是在 LIFAC 技術基礎上進行改進，它的特點是用鍋爐廢水在高壓下水合 CaO ，使之形成水合石灰［ Ca(OH)2 · CaO ］，并在特殊的霧化方式下使之形成 10 μ左右的超細水合石灰顆粒，直接將其噴入鍋爐爐膛進行脫硫。該方法爐內脫硫在 Ca/S ≈ 1.6 條件下，脫硫率達到了 78% 。預計在配水膜、布袋除塵后可以達到 85% 左右的脫硫率。可以去掉 LIFAC 的尾部活化和煙氣再熱系統。大大地降低了初投資。按目前價格計算投資成本約為 250 元 / 千瓦，不大于電站投資 5% ， Ca/S 比＜ 1.6 ，達到脫硫率 70-80% 。

漿水是一種中國西北傳統特色發酵食品，已有幾千年的悠久歷史。研究發現漿水不僅具有促進胃蛋白的分泌、降低血清膽固醇、凈化胃腸作用，還能使腸道微生物保持微生態平衡，對肥胖、高血壓、糖尿病、消化系統癌癥的預防均具有良好地效果。 隨著國民健康意識的不斷增強，大眾對于健康產品的品質與日俱增。益生菌因其對健康人群與亞健康人群均有的保健功能而受到了廣泛的關注。益生菌制劑與其他的藥物不同，它能起到―已病輔治、未病防治、無病保健‖的作用。漿水中含有大量益生菌，如乳酸菌及酵母菌等，這些

漿水是一種中國西北傳統特色發酵食品，已有幾千年的悠久歷史。 研究發現漿水不僅具有促進胃蛋白的分泌、降低血清膽固醇、凈化胃 腸作用，還能使腸道微生物保持微生態平衡，對肥胖、高血壓、糖尿 病、消化系統癌癥的預防均具有良好地效果。  隨著國民健康意識的不斷增強，大眾對于健康產品的品質與日俱 增。益生菌因其對健康人群與亞健康人群均有的保健功能而受到了廣 泛的關注。益生菌制劑與其他的藥物不同，它能起到“已病輔治、未 病防治、無病保健”的作用。漿水中含有大量益生菌，如乳酸菌

眾所周知，鹽放入水中會發生溶解，溶解的離子與水分子結合在一起形成的團簇稱為水合離子或離子水合物。水合離子的微觀結構和動力學一直是學術界爭論的焦點。早在19世紀末，人們就意識到離子水合作用的存在并開始了系統的研究，最早的實驗研究可以追溯到1900年德國著名物理化學家Walther Nernst的遷移實驗（Transference experiments）。雖然經過了一百多年的努力，離子的水合殼層數、各個水合層中水分子的數目和構型、水合離子對水氫鍵結構的影響、決定水合離子輸運性質的微觀因素等諸多問題，至今仍沒有定論。究其原因，關鍵在于缺乏原子尺度的實驗表征手段，以及精準可靠的計算模擬方法。傳統的譜學和衍射技術空間分辨能力較差，只能得到平均效應，無法探測局域環境的影響，實驗數據的解釋異常困難，甚至得出完全矛盾的結論，因此受到很大的限制。另一方面，由于水分子具有全量子化效應，且水分子與離子相互作用也非常微弱，這對理論計算也是巨大的挑戰。圖2 鈉離子水合物的原子級分辨成像。從左至右，依次為五種離子水合物的原子結構圖、掃描隧道顯微鏡圖、原子力顯微鏡圖和原子力成像模擬圖。圖像尺寸：1.5 nm ×1.5 nm。 為了突破實驗上的瓶頸，研究人員基于掃描隧道顯微鏡發展了一套獨特的離子操控技術，在氯化鈉表面上可控的制備出了單個水合鈉離子，水分子的數目精確可調，為高分辨成像創造了條件。在此基礎上，他們利用之前發展起來的非侵擾式原子力顯微鏡成像技術，依靠及其微弱的高階靜電力，克服了針尖對弱鍵合水合離子的擾動并首次實現了原子級分辨表征，精確確定了其微觀吸附構型（圖2）。這也是水合離子的概念提出一百多年來，首次在實驗中直接“看到”水合離子的原子級圖像。 進一步，研究人員利用帶電的針尖作為電極，控制單個水合離子在氯化鈉表面上的定向輸運，發現了一種有趣的幻數效應：包含有特定數目水分子的鈉離子水合物具有異常高的擴散能力，遷移率比其他水合物要高1-2個量級，甚至遠高于體相離子的遷移率（圖3）。結合第一性原理計算和經典分子動力學模擬，他們發現這種幻數效應來源于離子水合物與表面晶格的對稱性匹配程度，而且可以在很大一個溫度范圍內存在（包括室溫）。此外，研究人員還發現這種幻數效應具有一定的普適性，適用于相當一部分鹽離子體系。圖3 鈉離子水合物在NaCl表面輸運的幻數效應。a，效果圖：包含3個水分子的水合物具有異常強的擴散能力。 b，分子動力學模擬得到的不同離子水合物在225K-300K下1ns時間內擴散的均方位移。 水溶液中的離子輸運研究長期以來都是基于連續介質模型，而忽略了離子與水相互作用以及離子水合物和界面相互作用的微觀細節。該工作首次建立了離子水合物的微觀結構和輸運性質之間的直接關聯，刷新了人們對于受限體系中離子輸運的傳統認識。該項研究的結果表明，可以通過改變表面晶格的對稱性和周期性來控制受限環境或納米流體中離子的輸運，從而達到選擇性增強或減弱某種離子輸運能力的目的，這對很多相關的應用領域都具有重要的潛在意義，比如：離子電池、防腐蝕、電化學反應、海水淡化、生物離子通道等等。此外，該工作發展的實驗技術也首次將水合相互作用的研究精度推向了原子層次，未來有望應用到更多更廣泛的水合物體系，開辟全新的研究領域。 該工作得到了Nature三個不同領域審稿人的一致好評和欣賞（Overall, I enjoyed reading this manuscript），認為該工作“會馬上引起理論和應用表面科學領域的廣泛興趣”（The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science），“為在納米尺度控制表面上的水合離子輸運提供了新的途徑并可以拓展到其他水合體系”（This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems）。