本實(shí)用新型屬于模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

煤層瓦斯是煤礦的伴生氣體，主要成分是甲烷，是造成煤礦井下事故發(fā)生的主要原因之一。甲烷隨著煤層的開采泄漏到大氣中，也會(huì)加劇全球的溫室效應(yīng)。利用飛速發(fā)展的微生物技術(shù)，在煤層開采之前，使用微生物菌液降解煤層中的瓦斯，減少煤層開采時(shí)的瓦斯涌出量，使治理瓦斯的關(guān)口前移，將極大地消除煤層開采過程中的安全隱患和減緩溫室效應(yīng)。

目前，氣態(tài)污染物的生物凈化是利用微生物菌液將廢氣中的有毒、有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)化合物及細(xì)胞質(zhì)的過程，通常是將氣態(tài)污染物注入充滿微生物菌液的反應(yīng)池中，經(jīng)過微生物菌液的代謝分解，降低氣態(tài)污染物的毒性，這個(gè)過程是無高壓、開放式的環(huán)境。而如果利用微生物菌液凈化固態(tài)煤層中的甲烷，需要在高壓封閉的環(huán)境中進(jìn)行，因此，需要提供一種將微生物菌液注入固態(tài)煤層的利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬將微生物菌液注入固態(tài)煤層的過程，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行分析測(cè)定、計(jì)算凈化效率，能夠有效推動(dòng)對(duì)微生物菌液凈化煤層甲烷的技術(shù)研究，能夠?yàn)槊簩娱_采實(shí)際應(yīng)用提供有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：包括實(shí)驗(yàn)裝置和與所述實(shí)驗(yàn)裝置連接的控制裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括實(shí)驗(yàn)箱、設(shè)置在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的參照缸和裝有煤層樣品的樣品缸，以及用于向所述參照缸和樣品缸中加入微生物菌液的計(jì)量泵，所述參照缸通過流通管與樣品缸連通，裝有保護(hù)氣體的第一氣瓶和裝有甲烷的第二氣瓶均通過進(jìn)氣管與所述參照缸連接，真空泵通過抽真空管與所述樣品缸連接，所述計(jì)量泵通過進(jìn)液管路與參照缸和樣品缸均連接，所述控制裝置包括控制器和由所述控制器控制的閥組，以及均與所述控制器的輸入端相連接的進(jìn)液管路壓力監(jiān)測(cè)單元、參照缸壓力監(jiān)測(cè)單元和樣品缸壓力監(jiān)測(cè)單元。

上述的一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述進(jìn)液管路壓力監(jiān)測(cè)單元、參照缸壓力監(jiān)測(cè)單元和樣品缸壓力監(jiān)測(cè)單元均為壓力傳感器。

上述的一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述參照缸和樣品缸結(jié)構(gòu)相同。

上述的一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述進(jìn)液管路包括進(jìn)液總管、與所述參照缸連通的參照缸進(jìn)液分管和與所述樣品缸連通的樣品缸進(jìn)液分管。

上述的一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述閥組包括計(jì)量泵進(jìn)液閥、設(shè)置在進(jìn)氣管上的進(jìn)氣閥、安裝在流通管上的平衡閥和設(shè)置在抽真空管上的抽真空閥，以及設(shè)置在所述進(jìn)液總管上的進(jìn)液總閥、設(shè)置在所述參照缸進(jìn)液分管上的參照缸進(jìn)液閥和設(shè)置在所述樣品缸進(jìn)液分管上的樣品缸進(jìn)液閥。

上述的一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述參照缸和樣品缸上均安裝有排氣管和排液管。

上述的一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述閥組還包括安裝在排氣管上的排氣閥和安裝有排液管上的排液閥。

上述的一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述實(shí)驗(yàn)箱的頂部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部溫度的空調(diào)裝置，所述實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有用于支撐所述參照缸和樣品缸的安裝架。

上述的一種利用微生物菌液凈化煤層甲烷的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述實(shí)驗(yàn)箱上設(shè)置有操作顯示面板，所述操作顯示面板與控制器相接。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型通過設(shè)置結(jié)構(gòu)相同的參照缸與樣品缸，且參照缸與樣品缸連通，并在樣品缸中加入煤層樣品，通過進(jìn)氣管將裝有保護(hù)氣體的第一氣瓶和裝有甲烷的第二氣瓶與參照缸連接起來，通過與樣品缸連接的真空泵，實(shí)現(xiàn)參照缸與樣品缸為真空條件的要求，利用計(jì)量泵向參照缸與樣品缸中加入事先培養(yǎng)好的微生物菌液，使得樣品缸中的已吸附甲烷的煤層樣品與微生物菌液發(fā)生凈化反應(yīng)，設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬將微生物菌液注入固態(tài)煤層的過程，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行分析測(cè)定、計(jì)算凈化效率，能夠有效推動(dòng)對(duì)微生物菌液凈化煤層甲烷的技術(shù)研究，能夠?yàn)槊簩娱_采實(shí)際應(yīng)用提供有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2、本實(shí)用新型通過控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的溫度、壓力、流量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)控制，通過在多個(gè)溫度點(diǎn)、多個(gè)壓力值的實(shí)驗(yàn)條件下，反復(fù)試驗(yàn)，能夠得到大量的對(duì)比數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)豐富、實(shí)驗(yàn)精度高。

3、本實(shí)用新型參照缸與樣品缸的封閉效果好，且參照缸與樣品缸能夠承受的最高壓力為25MPa，保證了實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的安全性。

4、本實(shí)用新型通過排液管將微生物菌液回收，降低微生物菌液損耗，節(jié)約成本。

5、本實(shí)用新型的實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬將微生物菌液注入固態(tài)煤層的過程，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行分析測(cè)定、計(jì)算凈化效率，能夠有效推動(dòng)對(duì)微生物菌液凈化煤層甲烷的技術(shù)研究，能夠?yàn)槊簩娱_采實(shí)際應(yīng)用提供有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)豐富、實(shí)驗(yàn)精度高。

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型控制裝置的電路原理框圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—第一氣瓶； 2—第二氣瓶； 3—實(shí)驗(yàn)箱；

3-1—空調(diào)裝置； 3-2—安裝架； 4—參照缸；

5—樣品缸； 6—真空泵； 7—計(jì)量泵；

7-1—計(jì)量泵進(jìn)液閥； 8—進(jìn)氣管； 8-1—進(jìn)氣閥；

9—排氣管； 9-1—排氣閥； 10—抽真空管；

10-1—抽真空閥； 11—流通管； 11-1—平衡閥；

12—進(jìn)液管路； 12-1—參照缸進(jìn)液閥； 12-2—樣品缸進(jìn)液閥；

12-3—進(jìn)液總閥； 13—排液管； 13-1—排液閥；

14—控制器； 15—操作顯示面板；

16—參照缸壓力檢測(cè)單元； 17—樣品缸壓力檢測(cè)單元；

18—進(jìn)液管路壓力檢測(cè)單元。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型包括實(shí)驗(yàn)裝置和與所述實(shí)驗(yàn)裝置連接的控制裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括實(shí)驗(yàn)箱3、設(shè)置在實(shí)驗(yàn)箱3內(nèi)的參照缸4和裝有煤層樣品的樣品缸5，以及用于向所述參照缸4和樣品缸5中加入微生物菌液的計(jì)量泵7，所述參照缸4通過流通管11與樣品缸5連通，裝有保護(hù)氣體的第一氣瓶1和裝有甲烷的第二氣瓶2均通過進(jìn)氣管8與所述參照缸4連接，真空泵6通過抽真空管10與所述樣品缸5連接，所述計(jì)量泵7通過進(jìn)液管路12與參照缸4和樣品缸5均連接，所述控制裝置包括控制器14和由所述控制器14控制的閥組，以及均與所述控制器14的輸入端相連接的進(jìn)液管路壓力監(jiān)測(cè)單元18、參照缸壓力監(jiān)測(cè)單元16和樣品缸壓力監(jiān)測(cè)單元17。

通過設(shè)置利用流通管11連通的參照缸4與樣品缸5，在樣品缸5中加入煤層樣品，通過進(jìn)氣管8將裝有保護(hù)氣體的第一氣瓶1和裝有甲烷的第二氣瓶2與參照缸4連接起來，通過與樣品缸5連接的真空泵6，實(shí)現(xiàn)參照缸4和樣品缸5為真空條件的要求，利用計(jì)量泵7向參照缸4和樣品缸5中加入事先培養(yǎng)好的微生物菌液，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬將微生物菌液注入固態(tài)煤層的過程。

本實(shí)施例中，優(yōu)選的，所述保護(hù)氣體為氦氣。

本實(shí)施例中，優(yōu)選的，所述微生物菌液為甲烷氧化菌液。

本實(shí)施例中，通過進(jìn)液管路壓力檢測(cè)單元18、參照缸壓力檢測(cè)單元16和樣品缸壓力檢測(cè)單元17對(duì)所述實(shí)驗(yàn)裝置中的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并反饋至控制器14，再由控制器14控制并對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)整，智能化程度高，有效提高了實(shí)驗(yàn)的效率和精度。

本實(shí)施例中，所述進(jìn)液管路壓力監(jiān)測(cè)單元18、參照缸壓力監(jiān)測(cè)單元16和樣品缸壓力監(jiān)測(cè)單元17均為壓力傳感器。

本實(shí)施例中，所述參照缸4和樣品缸5結(jié)構(gòu)相同，所述參照缸4和樣品缸5的頂部均開設(shè)有進(jìn)氣孔和排氣孔，所述參照缸4和樣品缸5的底部均開設(shè)有進(jìn)液孔和排液孔，所述參照缸4和樣品缸5的側(cè)壁上均開設(shè)有供所述流通管11連接的通氣孔。

本實(shí)施例中，所述進(jìn)液管路12包括進(jìn)液總管、與所述參照缸4連通的參照缸進(jìn)液分管和與所述樣品缸5連通的樣品缸進(jìn)液分管。

本實(shí)施例中，所述閥組包括計(jì)量泵進(jìn)液閥7-1、設(shè)置在進(jìn)氣管8上的進(jìn)氣閥8-1、安裝在流通管11上的平衡閥11-1和設(shè)置在抽真空管10上的抽真空閥10-1，以及設(shè)置在所述進(jìn)液總管上的進(jìn)液總閥12-3、設(shè)置在所述參照缸進(jìn)液分管上的參照缸進(jìn)液閥12-1和設(shè)置在所述樣品缸進(jìn)液分管上的樣品缸進(jìn)液閥12-2。

本實(shí)施例中，所述參照缸4和樣品缸5上均安裝有排氣管9和排液管13。

本實(shí)施例中，所述閥組還包括安裝在排氣管9上的排氣閥9-1和安裝有排液管13上的排液閥13-1。

如圖3所示，所述實(shí)驗(yàn)箱3的頂部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述實(shí)驗(yàn)箱3內(nèi)部溫度的空調(diào)裝置3-1，所述實(shí)驗(yàn)箱3內(nèi)設(shè)置有用于支撐所述參照缸4和樣品缸5的安裝架3-2，通過空調(diào)裝置3-1使得實(shí)驗(yàn)箱3內(nèi)部溫度實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)溫度的要求，操作便捷，且使用效果好。

本實(shí)施例中，所述實(shí)驗(yàn)箱3上設(shè)置有操作顯示面板15。

如圖2所示，所述操作顯示面板15與控制器14相接。

本實(shí)用新型的工作過程為：

首先，將煤層樣品裝入樣品缸5內(nèi)，再將參照缸4和樣品缸5密封，需要注意的是：參照缸4內(nèi)不裝入任何煤層樣品。

其次，檢查參照缸4和樣品缸5的氣密性。

調(diào)節(jié)空調(diào)裝置3-1使實(shí)驗(yàn)箱3內(nèi)部的溫度達(dá)到30℃，關(guān)閉進(jìn)氣閥8-1、排氣閥9-1、排液閥13-1和進(jìn)液總閥12-3，開通平衡閥11-1、抽真空閥10-1、參照缸進(jìn)液閥12-1和樣品缸進(jìn)液閥12-2，啟動(dòng)真空泵6，觀察參照缸4的壓力顯示值和樣品缸5的壓力顯示值是否一致，當(dāng)二者讀數(shù)達(dá)到-0.08MPa時(shí)，關(guān)閉抽真空閥10-1和真空泵6，等待8h后，觀察參照缸4的壓力顯示值和樣品缸5的壓力顯示值是否有變化，如無變化，說明參照缸4和樣品缸5的氣密性良好，符合實(shí)驗(yàn)要求的條件，關(guān)閉平衡閥11-1、參照缸進(jìn)液閥12-1和樣品缸進(jìn)液閥12-2，如有變化，則需排查原因，并重復(fù)檢查參照缸4和樣品缸5的氣密性，直至符合要求為止。

接著，依次打開第一氣瓶1和進(jìn)氣閥8-1，使第一氣瓶1內(nèi)的氦氣通過進(jìn)氣管8進(jìn)入?yún)⒄崭?，并觀察參照缸4的壓力顯示值，待讀數(shù)達(dá)到1MPa左右時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥8-1，穩(wěn)定30min后，讀取參照缸4的壓力顯示值，打開平衡閥11-1，穩(wěn)定30min后，讀取參照缸4的壓力顯示值和樣品缸5的壓力顯示值，關(guān)閉平衡閥11-1。

需要注意的是：可以通過調(diào)整第一氣瓶1內(nèi)的氦氣進(jìn)入?yún)⒄崭?的壓力值為2MPa、3MPa、4MPa和5MPa的情況下，進(jìn)行多次試驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過氣體狀態(tài)方程即可計(jì)算出樣品缸5內(nèi)的空間體積。

再接著，打開平衡閥11-1和抽真空閥10-1，啟動(dòng)真空泵6，觀察參照缸4的壓力顯示值和樣品缸5的壓力顯示值是否一致，當(dāng)二者的壓力顯示值均達(dá)到-0.08MPa時(shí)，依次關(guān)閉抽真空閥10-1、平衡閥11-1和真空泵6。

打開第二氣瓶2和進(jìn)氣閥8-1，使第二氣瓶2內(nèi)的甲烷進(jìn)入?yún)⒄崭?，觀察參照缸4的壓力顯示值，待讀數(shù)達(dá)到2MPa左右時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥8-1，穩(wěn)定30min后，讀取參照缸4的壓力顯示值，打開平衡閥11-1，穩(wěn)定8h后，分別讀取參照缸4的壓力顯示值和樣品缸5的壓力顯示值，關(guān)閉平衡閥11-1。

需要注意的是：可以通過調(diào)整第二氣瓶2內(nèi)甲烷進(jìn)入?yún)⒄崭?的壓力值為3MPa、5MPa和8MPa的情況下，進(jìn)行多次試驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得多個(gè)壓力情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)溫度能夠影響煤層樣品吸附甲烷的能力和微生物菌液的活性，可以通過空調(diào)裝置3-1調(diào)節(jié)工作箱3內(nèi)部的溫度獲得多個(gè)溫度情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

然后，打開計(jì)量泵進(jìn)液閥7-1，將所述微生物菌液注入計(jì)量泵7內(nèi)，注入完畢后，關(guān)閉計(jì)量泵進(jìn)液閥7-1；打開進(jìn)液總閥12-3，啟動(dòng)計(jì)量泵7，此時(shí)，由進(jìn)液管路壓力檢測(cè)單元18實(shí)時(shí)反饋進(jìn)液管路12中的壓力值，當(dāng)進(jìn)液管路壓力檢測(cè)單元18反饋的壓力值高于參照缸4的壓力顯示值時(shí)，打開參照缸進(jìn)液閥12-1，所述微生物菌液開始進(jìn)入?yún)⒄崭?，讀取參照缸4的進(jìn)液量顯示值后，關(guān)閉參照缸進(jìn)液閥12-1，打開樣品缸進(jìn)液閥12-2，所述微生物菌液開始進(jìn)入樣品缸5，讀取樣品缸5的進(jìn)液量顯示值后，待樣品缸5的進(jìn)液量與參照缸4的的進(jìn)液量一致后，關(guān)閉樣品缸進(jìn)液閥12-2和計(jì)量泵7。

最后，待微生物菌液在參照缸4和樣品缸5內(nèi)充分反應(yīng)后，打開排氣閥9-1，通過排氣管9分別收集參照缸4和樣品缸5內(nèi)的氣態(tài)產(chǎn)物，打開排液閥13-1，通過排氣管13分別收集參照缸4和樣品缸5內(nèi)的液態(tài)產(chǎn)物，將所述氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行物質(zhì)成分及含量的測(cè)定，并計(jì)算凈化效率。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。