[发明专利]一种基于光跟踪的油页岩热解气体检测装置及检测方法

说明书

技术领域：

本发明属于热解气体检测技术，尤其涉及一种利用太赫兹光谱技术对油页岩热解气体的检测装置及检测方法。

背景技术：

热解反应是一类重要的反应类型，是指物质在受热的条件下发生分解的反应，广泛存在于无机物和有机物中。有工业意义的有机物热解过程很多，常因具体工艺过程而有不同的名称，可用来获得各种石化基本原料。热解反应常有气体物质生成，气体的物理、化学性质对于判别反应过程所处的状态、理解反应物质的成分、组成方面都有重要意义。油页岩是由有机物和无机矿物质构成的可燃性有机岩石，其有机物以干酪根的形式存在，热解油页岩是获得页岩油和研究油页岩组成成分的重要手段。

目前对于气体成分的检测常采用各类气体检测器，即能够感知某种气体浓度的传感器。一种传感器对于一种特定的气体有较好的响应，对于其他的气体则灵敏度较低甚至无响应，若需要测量混合气体中各成分的气体浓度，则需要多个对应的气体传感器组合起来。特别是如果其中某一或某几个传感器对多种气体成分都具有响应时，需要有额外的传感器作为补充，才能有效地进行鉴别和分析。

太赫兹电磁波较低的光子能量(1THz对应的光子能量为4.14meV)，与X射线衍射技术相比较，THz不会因为电离而造成样品的损坏。THz脉冲具有皮秒级脉宽，可以利用它对各种有机生物分子进行时间分辨的研究。而油页岩官能团分子振动的时间量级为10^-9-10^-15秒，对应于太赫兹波段，因此可以捕捉油页岩热解时官能团化学键断裂生成自由基及其稳定聚合的特性。目前由于缺少相关装置将油页岩热解装备与太赫兹光谱分析技术有效结合起来，太赫兹光谱技术应用于研究油页岩热解气体时存在困难。

发明内容：

鉴于此种状况，本发明提出了一种基于光跟踪的油页岩热解气体检测装置及检测方法，能够利用THz脉冲的这种特性，在热解反应的同时允许太赫兹波透过产生的热解气体，以实现利用太赫兹光谱技术跟踪热解气体的目的，解决了长期以来在热解时无法同步测量的难题。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

第一技术方案：一种基于光跟踪的油页岩热解气体检测方法，其特征在于：它是在一个设定了温度和压力条件的热解环境中，构造一条太赫兹光路，利用太赫兹波沿此光路穿过热解反应物，然后为光谱仪所接收，用光谱时域信号所发生的变化对热解反应物进行跟踪分析；所述的热解环境中，温度条件指固定的温度或变化的温度条件之一，气压条件指固定的气压或变化的气压条件之一。

所述的光路是，太赫兹波在一次测量行程中，光波在气体反应物的空间中，在两个不同时刻，分别从正、反两方向分别穿过气体，然后射出。

所述的热解环境中，通入的气体是惰性气体N₂或Ar₂。

第二技术方案：

一种实现上述方法的装置，包括一气体密封结构，在气体密封结构内部设置一物料投放机构，在物料投放机构两侧各设置一反射镜组；每一所述反射镜组都包括两个相互垂直的、通过转轴联动的镜子，在其中一反射镜组中，两个镜子镜面都背离90度夹角，在另一反射镜组中，两个镜子镜面都朝向90度夹角；一太赫兹入射窗和出射窗，分别设置在镜面背离90度夹角的两个镜子所对的气体密封结构侧壁上，太赫兹波由入射窗入射，经过两组反射镜组的反射之后，从出射窗出射；所述装置还包括为气体密封结构内控制温度的温控装置，还包括为气体密封结构内控制气压的气体充放装置。

优选地，所述气体密封结构为一箱体，所述箱体由无盖长方体盒和矩形盖密封连接组成，在矩形盖上端面设置有各种安装孔，用于安装物料投放机构和反射镜组。

优选地，所述物料投放机构为一吊篮结构，包括一L形板，L形板的第一拐臂下端连接一吊篮，伸入在气体密封结构的内部，吊篮下半部分有一夹层结构，夹层中间放置待热解的固体样本，两个夹板的槽中放置电热丝；L形板的第二拐臂固定在气体密封结构的顶部。

优选地，每一所述反射镜组中，两个镜子都通过连接柱连接，连接柱上开设有长螺纹通孔，所述转轴连接在长螺纹通孔中，转轴上套设有定位螺母、密封圈，露在外面的部分设有旋钮。

进一步地，温控装置热电偶和电热丝，气体充放装置设置阀门和气压表，通入的是惰性气体。

进一步地，在所述气体密封结构内构造的光路系统是：太赫兹波由入射窗入射，经过第一反射镜组的第一反射面，反射到第二反射镜组的一个反射面，然后再反射到第二反射镜组的第二个反射面，再进一步反射到第一反射镜组的第二反射面，最后由这个反射面反射到出射窗，由出射窗发射出去。