[发明专利]一种高温高压蒸汽热解反应的实验装置及实验方法

说明书

一种高温高压蒸汽热解反应的实验装置及实验方法，包括热解反应系统、测试控制系统和流体排出与收集系统，根据不同温度与压力下的蒸汽密度表和反应釜内腔剩余容积计算应加的蒸馏水量，从而通过控制蒸馏水量和加热温度，在反应釜内产生高温高压水蒸汽，使其直接对釜内的实验样品进行加热，实现高温高压蒸汽热解反应，本发明的实验装置价格便宜、占地面积小，且操作方法简单安全、资源消耗小、可实现更高的压力条件，同时新的实验方法也解决了高温高压蒸汽加热条件难以达到、仪器价格昂贵且不耐高压等问题。

技术领域

本发明涉及热解反应技术领域，尤其是一种高温高压蒸汽热解反应的实验装置及实验方法。

背景技术

原位注蒸汽开采是指通过地面钻井，将高温蒸汽注入地下固体矿层，通过热解作用将矿层中有用组分转变为流体，再利用传统的油气开采工艺将其采至地面的一类采矿方法。原位注蒸汽开采技术具有经济效益好、生产效率高、安全环保等优点，其对于推动我国矿产资源的清洁、可持续性开采具有重要的社会和经济作用。目前，国内外已有关于原位注蒸汽开采技术在油页岩与低变质煤等矿产资源上的应用研究，但该技术的研究仍处于室内实验阶段，因此为了实现其在现场的规模化、产业化应用，需要全面开展高温高压蒸汽热解反应实验研究。

现有的高温蒸汽热解反应实验装置主要包括蒸汽发生器、过热管、反应釜、冷凝装置和温度控制系统等，其主要存在如下几个问题：①实验装置价格昂贵、占地面积大；②实验过程中，要实时观察蒸汽发生器中的水位，对其进行补水，使得实验操作复杂、安全系数低；③实验装置的结构复杂，导致热损失严重，为了维持反应釜中的蒸汽处于高温状态，过热管需要在更高的温度条件下长时间工作，资源消耗大；④反应釜中的蒸汽压力不超过3-5MPa，不能满足更高压力环境下的热解反应实验条件。

同时，热重分析作为一种在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的热分析技术，其在研究热解反应的过程中发挥着重要作用。现有的水蒸汽条件下的热重分析实验主要依靠常压热重分析仪和水蒸汽高压热重分析仪来做，其存在的首要问题是水蒸汽在实验过程中更多是提供一个热解环境，而样品加热仍主要依靠热重分析仪内置的加热炉，其次的问题是热重分析仪价格昂贵，且即使是水蒸汽高压热重分析仪，其最高工作压力也仅有3MPa。

因此，想要全面开展高温高压蒸汽热解反应实验研究，就需要设计并构建新的高温高压蒸汽热解反应实验装置。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明提供了一种高温高压蒸汽热解反应的实验装置及实验方法，该实验装置是根据不同温度与压力下的蒸汽密度表和反应釜内腔剩余容积计算应加的蒸馏水量，从而通过控制蒸馏水量和加热温度，在反应釜内产生高温高压水蒸汽，使其直接对釜内的实验样品进行加热，实现高温高压蒸汽热解反应。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高温高压蒸汽热解反应的实验装置，包括热解反应系统、测试控制系统和流体排出与收集系统。

热解反应系统由样品杯、三脚架、紧固螺栓、釜体内腔盖、釜体内腔、加热棒和保温层组成；

所述保温层设在釜体的外侧，所述釜体内腔设置在所述保温层的内侧底部，且所述釜体内腔与所述保温层之间存在空隙段，该空隙段内设置所述加热棒；

测试控制系统由程序控温装置、测温装置、电接点压力表、安全阀、压力传感器组成；

所述程序控温装置以及所述测温装置位于釜体外部，所述程序控温装置与所述加热棒连接，所述测温装置与所述釜体内腔连接；

流体排出与收集系统由入口阀、入口管、排液管、排液阀、液体收集装置、排气管、排气阀、气体收集装置、真空阀、真空泵组成；

所述入口阀设置在所述入口管上，所述排气管的一端与所述釜体内腔连通，所述排气管的的另一端分别连接第一连接管和第二连接管，所述第一连接管连接所述真空泵，所述第二连接管连接所述气体收集装置；