[发明专利]一种气体传质行为测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种气体传质行为测试装置，包括气体溶解系统和溶解气收集测量系统；气体溶解系统包括气体溶解釜、进气系统、出气系统；气体溶解釜内还设有用来搅拌内部介质的搅拌机构；溶解气收集测量系统包括样品暂存罐、溶解气析出瓶、气体缓冲瓶、测量瓶、U型管、量筒、升降台；气体溶解釜的外侧设有加热装置。本发明气体传质行为测试装置通过气体溶解系统和溶解气收集测量系统能够测量待测气体的溶解度及对应的压力，具有操作便捷、方法精确较高、用量少的特点；同时升降台、量筒、U型管的设置能够使气体析出后的溶解气析出瓶、气体缓冲瓶、测量瓶内的压力调整为和实验前一样，均为大气压，有助于计算的准确性。

技术领域

本发明属于气体传质技术领域，具体涉及一种气体传质行为测试装置及测试方法。

背景技术

随着国民经济的迅猛发展，我国石油消费需求量不断攀升。目前我国已成为世界第一大石油进口国，随之世界石油市场呈现稠油份额日趋增加且劣质化程度逐渐加剧的景象的发生，稠油正成为我国进口石油的重要来源。作为世界第四大稠油生产国，我国国内重质劣质稠油的产量也占有很大比重。然而，此类劣质稠油的沥青质和胶质含量高，黏度大、流变性极差，不仅难于满足长距离管输船运的基本要求(v_50℃<380cSt，°API>12，安定性良好)，还会严重影响后续深加工。因此，稠油浅度改质降黏和深度改质加工研究成为石油行业关注的热点。活性氢具有及时淬灭稠油裂解大分子自由基的能力，对抑制体系结焦，提高降黏效率和轻质油品收率均具有重要意义，因而加氢方案是稠油改质加工的重要选择之一。研究表明(Ng F T T.Upgrading heavy oil bitumen emulsions via in situhydrogen generation[J].Abstracts of Papers of the American Chemical Society,1998:U872.)，活性氢可来自于气相分子氢也可来自于水-气转化(CO+H₂O→CO₂+H₂)原位变换出的新生氢。无论是何种活性氢来源，氢气或一氧化碳向稠油体系的传质都是增强活性氢作用于稠油分子的重要条件，传质平衡时的气体溶解量(即溶解度)是衡量气体传质效率的重要基础数据，对于建立稠油改质加工动力学、设计和优化工艺过程、开发高效稠油改质加工工艺具有重要的理论参考和应用价值。

目前氢气或一氧化碳在简单小分子烃类化合物中的传质已有大量报道，包括各种烷烃、环烷烃和芳烃等，在复杂低分子量烃类混合物中的传质研究则常见于不同馏程的轻质馏分油，如汽油、柴油和蜡油等。相比之下，氢气或一氧化碳在复杂大分子混合体系，如稠油中的传质行为的研究则存在较大挑战，原因在于稠油高密度和高黏度的特点导致测定过程不易操作且不确定因素较多。研究者报道了直接测定氢气在重质烃类原料中溶解度的装置和方法。部分研究者[刘晨光,阙国和.氢气在石油馏分中溶解度的测定[J].炼油设计,1999,29(5):33-36；Lal D.,Otto F.,Mather A.Solubility of Hydrogen in AthabascaBitumen[J].Fuel,1999,78(12):1437-1441.]利用装有水的U型管或带刻度/缓冲瓶的U型计量管测得溶氢油样中释放氢气的体积，依据理想气体标准状态方程、大气压、温度和油样质量计算氢气溶解度，然而取样后内部体系压力并非大气压，导致方法的准确性较差。部分研究者[牟学春,凌开成,张海军.氢气在煤焦油中平衡溶解度的研究[J].煤炭转化,2009,32(1):50-56；朱天星,凌开成,申峻,等.氢气在煤液化油中溶解度的测定[J].煤炭转化,2006,29(3):32-36.]在测量系统中加入抽真空装置，利用取样前后水银计量器所得压力差计算氢气溶解度，然而该方法为负压状态因而对装置的气密性和操作过程要求严苛，且不适用于测定挥发性较强的油类体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体传质行为测试装置及测试方法，解决目前氢气或一氧化碳在重质稠油中传质行为存在方法精确性低、操作不便等问题，适用于监测气体在低黏度烃类体系和高黏度稠油体系中的传质行为，具有操作便捷、方法精确较高、用量少的特点。