[发明专利]超临界二氧化碳驱替煤层甲烷的多功能实验装置及方法

权利要求书

1.一种超临界二氧化碳驱替煤层甲烷的多功能实验装置，其特征是：它包括超临界介质供给系统、甲烷供给与溶解系统、抽真空系统、加压驱替萃取系统、分离收集系统和信号采集系统；超临界介质供给系统和甲烷供给与溶解系统与加压驱替萃取系统的输入端连接，加压驱替萃取系统和输出端分别与抽真空系统、分离收集系统和信号采集系统连接。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳驱替煤层甲烷的多功能实验装置，其特征是：所述超临界介质供给系统包括二氧化碳气体供给装置、夹带剂供给装置和搅拌混合装置；二氧化碳气体供给装置和夹带剂供给装置同时与搅拌混合装置的输出端连接；

所述二氧化碳气体供给装置包括二氧化碳气瓶、可调节流阀A、流量计A、模压机和减压阀A；二氧化碳气瓶、可调节流阀A、流量计A、模压机和减压阀A顺序连接；

所述夹带剂供给装置包括夹带剂试剂瓶、可调节流阀B、双向变量液压泵B、流量计B；夹带剂试剂瓶、可调节流阀B、双向变量液压泵B、流量计B顺序连接；

所述搅拌混合装置包括电动机、搅拌式混合器、热交换器和可调节流阀C；

电动机与搅拌式混合器连接，在搅拌式混合器下有热交换器，热交换器与可调节流阀C连接；由可调节流阀C流出的混合物经管路与加压驱替萃取系统的进气口A通过三通螺纹管接头连接；为保证进气温度，在热交换器与进气口A之间的管路用保温棉包裹。

3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳驱替煤层甲烷的多功能实验装置，其特征是：所述的甲烷供给与溶解系统包括甲烷供给装置和甲烷溶解装置；甲烷供给装置和甲烷溶解装置分别安装在加压驱替萃取系统输入和输出端；

所述甲烷供给装置包括甲烷气瓶、双向变量气压泵、流量计C和可调节流阀D，甲烷气瓶、双向变量气压泵、流量计C和可调节流阀D顺序连接，在流量计C和可调节流阀D之间的连接管道是连接有压力表；可调节流阀D流出的甲烷气体经管道与进气口A通过三通螺纹管接头连接；

所述甲烷溶解装置包括可调节流阀F、流量计D和苯试剂瓶；可调节流阀F、流量计D和苯试剂瓶顺序连接；其中可调节流阀F入口与加压驱替萃取系统的出气口通过四通螺纹管接头连接，苯试剂瓶的苯试剂能够溶解甲烷气体。

4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳驱替煤层甲烷的多功能实验装置，其特征是：所述抽真空系统包括真空泵和可调节流阀E，真空泵和可调节流阀E顺序连接；其中真空泵的另一端经管路与加压驱替萃取系统的出气口通过四通螺纹管接头连接。

5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳驱替煤层甲烷的多功能实验装置，其特征是：所述加压驱替萃取系统包括基架、轴压加载装置、围压加载装置和反应釜；反应釜安装在基架上，轴压加载装置和围压加载装置分别连接在反应釜的进、出上；

所述基架包括底座、支撑立柱、支撑架和承载梁；两个支撑立柱有两个，对称布置在底座上；支撑架通过螺栓固定于相应支撑立柱上；承载梁连接在两个支撑立柱之间；

所述轴压加载装置包括液压缸、活塞、下支撑盘、下云母板、下加载块、下T形加载块、上T形加载块和力传感器；下T形加载块位于上T形加载块的上端；在活塞的上端连接有下支撑盘，在下支撑盘上端有下加载块，在下支撑盘上端和下加载块之间有下云母板；下T形加载块与下加载块呈球面接触，避免安装偏差引起的轴与孔之间卡住；力传感器两端分别与基架的支撑架、上支撑盘通过螺钉连接；

所述围压加载装置包括氮气瓶、双向变量气压泵B、单向阀、压力计A和可调节流阀H；氮气瓶、双向变量气压泵B、单向阀和可调节流阀H顺序连接，在单向阀和可调节流阀H之间的管路上连接有压力计A；经可调节流阀H流出的氮气经管路与进气口B通过两通螺纹管接头连接，氮气对皮套包围的煤样施加围压；

所述反应釜包括外支撑装置和驱替萃取装置；

所述外支撑装置包括上云母板、支撑凸台、耐高温密封圈、压盖、紫铜垫、沉头螺钉和筒体；支撑凸台与压盖间设有高温密封圈，压盖、紫铜垫与筒体通过沉头螺钉连接，环状筒体开设有进气口A、进气口B和出气口。