[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：

本发明属于光学探测领域，特别是关于一种基于光跟踪的油页岩热解气体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。热解反应常伴有气体物质生成，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、组成方面有重要意义。

对于气体成分的检测常采用各类气体检测器，主要是能够感知某种气体浓度的传感器。然而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。

太赫兹波是频率范围处于0.1THz～10THz的电磁波，属于远红外波段。分子振动、转动，分子间作用力、氢键等一些弱的相互作用都有一定的固有频率，若外场频率与一种分子作用的固有频率接近，则外场能量会被显著地吸收。太赫兹波段覆盖了有机分子以上各种弱相互作用的固有频率，在太赫兹波作用于有机物时，特定频率的波将被显著吸收，探测经过物质透射或反射的太赫兹波能够鉴别物质成分。太赫兹波与气体物质相互作用，能够反映气体的理化性质，气体发生变化时太赫兹光谱也会发生相应的变化，但由于缺少相关装置将气室与太赫兹光谱仪有效结合起来，这种状况妨碍了太赫兹光谱技术在气体跟踪和分析方面的应用。

发明内容：

鉴于此，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，通过一种装置，能够将热解气体封闭在特定空间内，并维持一定的压力、温度，空间内还可通入太赫兹波；太赫兹波透射和/或反射热解气体，通过波参数的变化，反映热解气体的某些特性。方便了太赫兹光谱设备与待测气体的结合，实现了太赫兹光谱技术检测和跟踪热解气体的目的。

本发明通过以下技术方案实现：

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，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。

所述的光路有两种：

1)让太赫兹波在一次测量行程中，光波在气体反应物的空间中，从单一方向穿过气体，然后射出；

2)让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：一种检测装置，包括一气密箱，在气密箱的前后两侧各开设有一个太赫兹波透射窗口；所述装置还包括一样品投放机构，水平伸入在气密箱的里部，伸入部分上放置有油页岩热解样品；所述装置还包括一反射镜转动机构，所述转动机构包括一反射镜和连接反射镜的转动轴，反射镜的镜面与转动轴平行，反射镜伸入在气密箱里部，位于所述样品投放机构的上方或下方，所述反射镜有水平方向和竖直方向两个角度可控；所述装置还包括一套温控机构和气体充放机构，温控机构包括电热丝和热电偶，调节和测量气密箱内的温度，气体充放机构包括进、出气管和压力表，调节和测量气密箱内的气压。

进一步讲，所述气密箱包括上、下两个箱体和对应的端盖，上、下两个箱体接触的部分对应有凸起和凹槽，凸起插在凹槽中保证密封，上、下两个箱体与端盖接触的部分也对应有凸起和凹槽，凸起插在凹槽中保证密封。

进一步讲，两种所述凹槽中各设置有密封条/圈；上下箱体接触面处还有向外突出的平台，平台上有螺孔，螺栓通过螺孔连接两箱体；端盖与上下箱体的接触面处也设置有向外的凸起，凸起上有螺孔，螺栓通过螺孔连接端盖与箱体。

进一步讲，所述样品投放机构包括一抽屉，由箱体一侧伸入，抽屉把手露在外，在抽屉下方设置滚轴式抽屉托，在抽屉上表面设置有样品盛放区，样品平放于抽屉上。

进一步讲，两个太赫兹波透射窗口，一个作为入射窗口，另一个作为出射窗口，反射镜在反射镜转动轴的带动下，处于水平角度时，太赫兹波从入射窗口入射，透过热解的气体空间，从出射窗口射出，被太赫兹光谱仪接收。