[发明专利]一种多元气体吸附解吸测定装置

摘要

本申请属于地下瓦斯、煤层气、页岩气抽采技术领域，具体涉及一种煤岩、页岩等对多元气体的吸附解吸的测定装置。该装置包括依次连接的充气系统、气体增压系统和通过抽真空系统连接的气体吸附解吸系统；其中气体吸附解吸系统分别与温度控制系统和气体分析与数据采集处理系统连接。本申请所提供的多元气体吸附解吸装置，具有操作简便、可自动获得相关实验结果、实验结果更为准确、可同时进行多组样品测定、具有较好拓展性、测定结果便于对比、稳定性和安全性较好等优点。

主权项

1.一种多元气体吸附解吸装置，其特征在于，该装置用于煤岩、页岩对多元气体的吸附解吸的测定分析；该装置包括依次连接的充气系统、气体增压系统和通过抽真空系统连接的气体吸附解吸系统；其中气体吸附解吸系统分别与温度控制系统和气体分析与数据采集处理系统连接；所述充气系统，包括并联于管路上的待测气体注入口（1）和氦气注入口（2），两者通过管路依次与气体增压系统和阀门（14）相连；待测气体注入口（1）后连接有阀门（10），氦气注入口（2）后连接有阀门（11）；所述气体增压系统，包括气体增压泵（21）和与气体增压泵连接的增压容器（21a）；所述抽真空系统包括设有阀门（18）的真空泵（20）；所述气体吸附解吸系统，包括充气罐（15）和样品罐；样品罐中设有由粉末压制烧结板制成的样品盛放容器；充气罐（15）上设有压力传感器（16），样品罐上也设有压力传感器；样品罐的进气管路上设计有阀门和流量计，出气管路上同样设计有流量计和阀门；充气罐（15）和样品罐内分别设有转子，外部设有与转子配套的磁力搅拌器；充气罐（15）的底部设有带阀门（27）的出气口；所述温度控制系统包括用于淹没样品罐的带开口的密封恒温浴槽（22）和与恒温浴槽连接的恒温控制器（23）以及温度表（28）；所述气体分析与数据采集处理系统，包括分别与计算机（26）连接的气相色谱仪（29）和数据采集处理系统（25）；数据采集处理系统（25）分别与充气罐（15）上所设的压力传感器（16）以及样品罐上所设压力传感器、进气管路上流量计和出气管路上流量计相连接；具体应用时，吸附分析过程为：首先，通过恒温控制器（23）将带开口的密闭恒温浴槽（22）内的温度升至预定温度，然后打开阀门（11），通过氦气注入口（2）向充气罐（15）中充入一定量的氦气，待充气罐（15）压力稳定后，打开阀门（17），气体缓慢进入样品罐，待样品罐压力平衡稳定后，通过每个样品罐对应的进气管路上流量计和每个样品罐上的压力传感器分别记录充入的气体量和系统压力，此时计算获得自由空间体积为：，式中，V_free为自由空间体积，m³；P为平衡后的压力，Pa；m为充入氦气的质量，g；M为气体摩尔质量，g/mol；Z为气体压缩分子；R为气体常数；T为温度，℃；然后，开启真空泵（20）对整个实验系统抽真空；再后，在抽真空结束后打开阀门（10），同时开启磁力搅拌器，利用气体增压泵（21）和增压容器（21a）通过待测气体注入口（1）向充气罐（15）内注入一定量的多元气体，打开带有阀门（27）的出口收集少量气体，用气相色谱仪（29）对多元气体的体积分数进行测定，以便于与多元气体发生吸附解吸后的体积分数进行比较，观察气体发生吸附解吸后气体体积分数的变化；当充气罐（15）内压力稳定后，打开阀门（17），气体膨胀进入样品罐，当压力低于预定压力时，通过补气操作使样品罐内的压力达到预定值，待系统压力平衡后，根据每个样品罐对应的进气管路上流量计和样品罐上的压力传感器分别记录充入的气体量和系统压力，再根据下述公式由数据采集与分析系统处理求得气体吸附量数据，计算公式为：；式中：V_ad为吸附气体量，m³；m_i为注入气体累计流量，g；下标0表示标准状态；解吸分析过程为：当样品罐的压力达到预定值，并且稳定后，将真空气袋与样品罐的出气管路连接好，打开出口阀门，使样品罐中的游离气体先进入真空气袋，当样品罐上压力传感器显示样品罐的压力为0时，迅速拿开真空气袋，此时开始计时，开始时每1分钟读1次数，以后时间间隔逐渐增大，持续监测120分钟以上，直至解吸量小于2mL/min；同时真空气袋内所收集的气体利用气相色谱仪（29）进行气体组分测定，以便于与多元气体发生吸附解吸前的体积分数进行比较，观察气体发生吸附解吸后气体体积分数的变化；根据样品罐上的压力传感器和每个样品罐对应的出气管路上流量计数据，分别记录解吸过程中的压力和气体解吸量，由数据采集与分析系统进行处理。