一種超臨界二氧化碳相平衡儀及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超臨界二氧化碳相平衡儀，包括相平衡測(cè)量裝置、二氧化碳?xì)庠?、第一中間容器、儲(chǔ)罐、天平、第二中間容器、六通閥、儲(chǔ)水罐、泵、第一壓力表、第二壓力表、第三壓力表、第四壓力表和安全閥；還公開了一種超臨界二氧化碳相平衡儀的使用方法；本發(fā)明采用濁點(diǎn)壓力曲線法評(píng)價(jià)體系的相行為和密度，避免了萃取法測(cè)量時(shí)聚合物溶脹對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)中間容器在壓力、溫度不變的條件下連續(xù)添加二氧化碳或待測(cè)液體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相同組分、多種配比時(shí)相行為和密度的連續(xù)測(cè)定，避免了常規(guī)測(cè)量方法反復(fù)拆卸儀器、添加待測(cè)介質(zhì)引起的測(cè)量條件的不統(tǒng)一，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的情況。
【專利說(shuō)明】
一種超臨界二氧化碳相平衡儀及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及流體相平衡測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超臨界二氧化碳相平衡儀及 其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超臨界流體是指高于臨界溫度和臨界壓力狀態(tài)下的流體，超臨界流體兼具氣體的 低粘度和易擴(kuò)散、液體的高密度和易溶解的特點(diǎn)。在常見的氣體中，二氧化碳的臨界溫度 (31. ΓΟ和臨界壓力（7.38MPa)適中，在實(shí)際生產(chǎn)中易于達(dá)到超臨界狀態(tài)，且具有無(wú)毒、價(jià) 格低廉等優(yōu)點(diǎn)，使超臨界二氧化碳廣泛應(yīng)用于萃取材料、干燥劑、清洗劑、石油開采等方面。
[0003] 由于二氧化碳為非極性分子，介電常數(shù)較低，其碳氧雙鍵鍵長(zhǎng)僅為116pm，電離能 為1330.5kJ/mol，使其難以與極性物質(zhì)和大分子發(fā)生相互作用，一般的固體溶質(zhì)和大分子 在超臨界二氧化碳中的濁點(diǎn)壓力較高，對(duì)評(píng)價(jià)超臨界二氧化碳體系相行為的裝置提出了較 高的要求。目前可用于測(cè)量物質(zhì)在超臨界二氧化碳中的濁點(diǎn)壓力的方法主要有萃取法和濁 點(diǎn)壓力曲線法。萃取法(專利2010106019836)是通過(guò)釋放待測(cè)物質(zhì)在超臨界二氧化碳中飽 和溶液，分別稱量或計(jì)算得到溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量，得到待測(cè)物質(zhì)在超臨界二氧化碳中的溶 解度及對(duì)應(yīng)的濁點(diǎn)壓力，該方法對(duì)儀器精度要求較高，且每次測(cè)定均需要將待測(cè)物質(zhì)取出， 無(wú)法連續(xù)操作，對(duì)于含有助溶劑的體系，無(wú)法確立三元體系的互溶關(guān)系。而且對(duì)于大分子來(lái) 說(shuō)，常常是以溶脹形式分散在超臨界二氧化碳中，因而無(wú)法準(zhǔn)確衡量其稀溶液的溶解度。濁 點(diǎn)壓力曲線法是通過(guò)降低待測(cè)物質(zhì)在超臨界二氧化碳中不飽和溶液的壓力，觀察其濁點(diǎn)以 得到待測(cè)物質(zhì)在超臨界二氧化碳中的溶解度。文獻(xiàn)(江南大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，5,92-95)和文獻(xiàn) (石油化工，2013,42,303-307)都曾報(bào)道過(guò)利用可視相態(tài)釜進(jìn)行超臨界二氧化碳相行為的 研究，此裝置是采用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)活塞來(lái)改變可視釜的體積，從而得到濁點(diǎn)壓力，該方法存在以 下幾個(gè)問(wèn)題:首先，利用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)活塞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一旦壓力大于lOMPa時(shí)，活塞的旋轉(zhuǎn)將會(huì)很 困難，實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力;其次，該設(shè)備可視窗口面積較大，耐受最高壓力不能高于20MPa，一旦 壓力高于20MPa，裝置的密封性就會(huì)很難保證，而油田現(xiàn)場(chǎng)的地下壓力往往高達(dá)40-50MPa; 再次，該方法一次實(shí)驗(yàn)只能測(cè)量一種配比下的濁點(diǎn)壓力，無(wú)法連續(xù)操作;第四，油田現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 超臨界二氧化碳體系密度的要求較高，該方法無(wú)法得到體系的密度。因此，現(xiàn)有的技術(shù)很難 保證油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種超臨界二氧化碳相平衡儀及其使 用方法，用于測(cè)量高溫高壓下各種固體、液體在超臨界二氧化碳中的相行為和體系的密度， 為完善超臨界二氧化碳相行為評(píng)價(jià)提供技術(shù)支撐。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種超臨界二氧化碳相平衡儀，包括相平衡測(cè)量裝置、二氧化碳?xì)庠础⒌谝恢虚g容 器、儲(chǔ)罐、天平、第二中間容器、六通閥、儲(chǔ)水罐、栗、第一壓力表、第二壓力表、第三壓力表、 第四壓力表和安全閥。
[0007] 所述二氧化碳?xì)庠赐ㄟ^(guò)第一管線與第一中間容器上部相連接，所述第一管線上設(shè) 置第一截止閥，所述第一中間容器上部設(shè)置第一壓力表;所述第一中間容器上部通過(guò)第二 管線與儲(chǔ)罐相連接，所述第二管線上設(shè)置第二截止閥，所述儲(chǔ)罐上設(shè)置第二壓力表，所述儲(chǔ) 罐下部設(shè)置天平;所述儲(chǔ)罐頂部通過(guò)第三管線與相平衡測(cè)量裝置相連接，所述第三管線上 設(shè)置第三截止閥，所述第三管線上第三截止閥與相平衡測(cè)量裝置之間設(shè)置第五壓力表;所 述相平衡測(cè)量裝置通過(guò)第四管線與第二中間容器上部相連接，所述第四管線上設(shè)置第四截 止閥，所述第二容器上部設(shè)置第三壓力表，所述第二容器上部通過(guò)第五管線與大氣相連通， 所述第五管線上設(shè)置第五截止閥;所述第一中間容器下部通過(guò)第六管線與六通閥第一接口 相連通，所述第二中間容器下部通過(guò)第七管線與六通閥第二接口相連通，所述六通閥第三 接口通過(guò)第八管線與安全閥相連通，所述六通閥第四接口通過(guò)第九管線與儲(chǔ)水罐相連通， 所述六通閥第五接口與栗相連通，所述儲(chǔ)水罐與栗通過(guò)第十管線相連通;所述六通閥第六 接口設(shè)置第四壓力表。
[0008] 優(yōu)選的，所述第一中間容器，第二中間容器，儲(chǔ)水罐，相平衡測(cè)量裝置，第一壓力 表，第二壓力表，第三壓力表，第二截止閥，第三截止閥，第四截止閥，第五截止閥和相應(yīng)的 管線均設(shè)置在恒溫裝置內(nèi)，所述恒溫裝置溫度控制范圍為30-150°C，精度為0.1°C。
[0009] 優(yōu)選的，所述相平衡測(cè)量裝置，包括相平衡釜，與相平衡釜密閉連接的釜蓋，活塞 桿，活塞，電機(jī)和磁攪拌電機(jī);所述相平衡釜對(duì)稱的兩個(gè)側(cè)面設(shè)置可視窗口，所述活塞設(shè)置 于相平衡釜內(nèi)部，所述活塞桿的一端與活塞上部連接，所述活塞桿穿過(guò)釜蓋并與釜蓋通過(guò) 軸承密閉連接，所述活塞桿的另一端連接電機(jī);所述相平衡釜的下部設(shè)置磁攪拌電機(jī)。 [00 10] 優(yōu)選的，所述栗為高壓柱塞栗，額定流量20L/h，最高排壓50MPa，最大行程25mm;所 述第四壓力表為電接點(diǎn)壓力表。
[0011]優(yōu)選的，所述二氧化碳?xì)庠礊槎趸间撈俊?br>[0012] 優(yōu)選的，所述第一中間容器容積為1 OOOmL、第二中間容器容積為1000mL，所述儲(chǔ)罐 容積為5000mL，所述儲(chǔ)水罐容積為10L。
[0013]優(yōu)選的，所述超臨界二氧化碳相平衡儀中，所有部件和管線均耐壓50MPa，溫度上 限為200°C。
[0014] 本發(fā)明還公開了一種超臨界二氧化碳相平衡儀的使用方法，其步驟為：
[0015] (1)在相平衡測(cè)量裝置中加入質(zhì)量陽(yáng)的待測(cè)固體介質(zhì)；
[0016] (2)將第二中間容器打開，將活塞推至底部，在活塞上部加滿待測(cè)液體介質(zhì)，將超 臨界二氧化碳相平衡儀的所有管線連接并密封；
[0017] (3)打開第一截止閥，六通閥第一接口，六通閥第四接口，其他截止閥和接口關(guān)閉， 使二氧化碳通過(guò)第一管線進(jìn)入第一中間容器活塞上部，并推動(dòng)活塞下移到底部，待壓力平 衡后關(guān)閉第一截止閥；
[0018] (4)打開第二截止閥，六通閥第一接口，六通閥第三接口，六通閥第五接口，六通閥 第六接口，其他截止閥和接口關(guān)閉，啟動(dòng)栗，使儲(chǔ)水罐中的水進(jìn)入第一中間容器活塞下部， 用水推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，將第一中間容器活塞上部的二氧化碳推入儲(chǔ)罐中，當(dāng)?shù)谝恢虚g容 器中活塞移至第一中間容器頂部時(shí)，關(guān)閉栗；
[0019] (5)重復(fù)步驟(3)(4)直至儲(chǔ)罐上的第二壓力表的數(shù)值達(dá)到設(shè)定值，記錄此時(shí)天平 顯不的質(zhì)量mgi;
[0020] (6)打開第三截止閥，其他截止閥關(guān)閉，使儲(chǔ)罐中的二氧化碳進(jìn)入相平衡測(cè)量裝置 中，直至相平衡測(cè)量裝置中的二氧化碳質(zhì)量達(dá)到設(shè)定值，并記錄天平顯示的質(zhì)量m g2;則相平 衡測(cè)量裝置中的二氧化碳質(zhì)量由下式計(jì)算得到：
[0021] mg=mg2-mgi ①
[0022]式中，mg為相平衡測(cè)量裝置中的二氧化碳質(zhì)量；
[0023] (7)打開第四截止閥，六通閥第二接口，六通閥第五接口，其他截止閥和接口關(guān)閉， 啟動(dòng)栗，使儲(chǔ)水罐中的水進(jìn)入第二中間容器活塞下部，用水推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，使待測(cè)液體 介質(zhì)進(jìn)入相平衡測(cè)量裝置中，并記錄栗吸入水的體積A V，則相平衡測(cè)量裝置中的待測(cè)液體 介質(zhì)質(zhì)量由下式計(jì)算得到：
[0024] mi = pAV ②
[0025] 式中，mi為相平衡測(cè)量裝置中的待測(cè)液體介質(zhì)質(zhì)量，P為待測(cè)液體的密度；
[0026] (8)關(guān)閉所有截止閥和接口，使用相平衡裝置調(diào)節(jié)活塞位移以改變待測(cè)體系的壓 力，觀察并記錄可視窗口內(nèi)體系由均相透明變?yōu)闇啙釙r(shí)第五壓力表的壓力值，該壓力即為 該混合體系在該溫度下的濁點(diǎn)壓力，該混合體系在濁點(diǎn)壓力下的密度由下式計(jì)算得到；
[0028]式中，pm為混合體系的密度，Vm為濁點(diǎn)壓力下相平衡裝置釜體體積，可通過(guò)活塞桿 位移讀出。
[0029] (9)改變恒溫裝置的溫度，重復(fù)步驟(8)，測(cè)定不同溫度下體系的濁點(diǎn)壓力和密度；
[0030] (10)重復(fù)步驟(6)、步驟(8)和步驟(9)，多次改變二氧化碳的質(zhì)量，對(duì)不同組成的 體系相行為進(jìn)行連續(xù)的測(cè)定;或者重復(fù)步驟(7)至(9)，多次改變待測(cè)液體的質(zhì)量，對(duì)不同組 成的體系相行為進(jìn)行連續(xù)的測(cè)定，而不需要打開裝置重新裝填樣品。
[0031] 優(yōu)選的，所述栗為高壓柱塞栗，且在步驟(5)中的流量范圍為100-500mL/min;在步 驟(3)的流量范圍為10-30mL/min。
[0032] 優(yōu)選的，所述第四壓力表為電接點(diǎn)壓力表;所述二氧化碳?xì)庠礊槎趸间撈俊?[0033]本發(fā)明的有益效果在于：
[0034] (1)本發(fā)明采用濁點(diǎn)壓力曲線法評(píng)價(jià)體系的相行為，聚合物在濁點(diǎn)壓力以上時(shí)完 全溶于超臨界二氧化碳中，避免了萃取法測(cè)量時(shí)聚合物溶脹對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0035] (2)現(xiàn)有的反應(yīng)容器內(nèi)，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)，活塞在高壓狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動(dòng)較為困難，且反應(yīng) 容器的體積變化速度不易控制，本發(fā)明通過(guò)自動(dòng)控制活塞移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)平衡釜內(nèi)的壓力，避 免了手動(dòng)旋轉(zhuǎn)活塞時(shí)因壓力過(guò)高而無(wú)法旋轉(zhuǎn)的情況，同時(shí)，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)的方法提高了實(shí) 驗(yàn)測(cè)試效率;減少了實(shí)驗(yàn)誤差，節(jié)省人力物力，降低實(shí)驗(yàn)成本，操作方便快捷。
[0036] (3)本發(fā)明的相平衡儀利用中間容器中活塞可來(lái)回運(yùn)動(dòng)的特性可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 通過(guò)中間容器在壓力、溫度不變的條件下連續(xù)添加二氧化碳或待測(cè)液體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相同組 分、多種配比時(shí)相行為和密度的連續(xù)測(cè)定，避免了常規(guī)測(cè)量方法反復(fù)拆卸儀器、添加待測(cè)介 質(zhì)，進(jìn)行分次操作而引起的測(cè)量條件的不統(tǒng)一，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的情況。
[0037] (4)本發(fā)明通過(guò)直接稱量得到各組分的質(zhì)量，通過(guò)活塞位移標(biāo)尺得到體系的體積， 以此計(jì)算得到體系的密度，避免了通過(guò)公式計(jì)算密度可能出現(xiàn)的誤差，為油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提 供有效地?cái)?shù)據(jù)支撐。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1是本發(fā)明超臨界二氧化碳相平衡儀的裝置示意圖；
[0039] 圖2是本發(fā)明相平衡測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖3是超臨界二氧化碳-乙酸-聚甲基丙烯酸甲酯體系（三種物質(zhì)質(zhì)量比100:5:1) 的濁點(diǎn)壓力和密度隨溫度的變化曲線圖。
[0041] 圖4是超臨界二氧化碳-乙酸-聚甲基丙烯酸甲酯體系(三種物質(zhì)質(zhì)量比100:10:1) 的濁點(diǎn)壓力和密度隨溫度的變化曲線；
[0042]圖5是超臨界二氧化碳-乙酸-聚甲基丙烯酸甲酯體系(三種物質(zhì)質(zhì)量比150:10:1) 的濁點(diǎn)壓力和密度隨溫度的變化曲線；
[0043]其中1.相平衡測(cè)量裝置，2.二氧化碳鋼瓶，3.第一中間容器，4.儲(chǔ)罐，5.天平，6.第 二中間容器，7.六通閥，8.儲(chǔ)水罐，9.高壓柱塞栗，10.電接點(diǎn)壓力表，11.安全閥，12.第一壓 力表，13.第二壓力表，14.第三壓力表，15.電機(jī)，16.活塞桿，17.相平衡釜，18.可視窗口， 19.磁攪拌電機(jī)，20.釜蓋，21.活塞，22.第五壓力表，23.恒溫裝置，201第一截止閥，202.第 二截止閥，203.第三截止閥，204.第四截止閥，205.第五截止閥，301.六通閥第一接口，302 · 六通閥第二接口，303.六通閥第三接口，304.六通閥第四接口，305.六通閥第五接口，306. 六通閥第六接口。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0045] 如圖1和圖2所示，一種超臨界二氧化碳相平衡儀，包括相平衡測(cè)量裝置1、二氧化 碳鋼瓶2、第一中間容器3、儲(chǔ)罐4、天平5、第二中間容器6、六通閥7、儲(chǔ)水罐8、高壓柱塞栗9、 第一壓力表12、第二壓力表13、第三壓力表14、電接點(diǎn)壓力表10、安全閥11和恒溫裝置23。
[0046] 所述二氧化碳鋼瓶2通過(guò)第一管線與第一中間容器3上部相連接，所述第一管線上 設(shè)置第一截止閥201，所述第一中間容器3上部設(shè)置第一壓力表12;所述第一中間容器3上部 通過(guò)第二管線與儲(chǔ)罐4相連接，所述第二管線上設(shè)置第二截止閥202,所述儲(chǔ)罐4上設(shè)置第二 壓力表13,所述儲(chǔ)罐4下部設(shè)置天平5;所述儲(chǔ)罐4頂部通過(guò)第三管線與相平衡測(cè)量裝置1相 連接，所述第三管線上設(shè)置第三截止閥203,所述第三管線上第三截止閥203與相平衡測(cè)量 裝置1之間設(shè)置第五壓力表22;所述相平衡測(cè)量裝置1通過(guò)第四管線與第二中間容器6上部 相連接，所述第四管線上設(shè)置第四截止閥204,所述第二容器6上部設(shè)置第三壓力表14,所述 第二容器6上部通過(guò)第五管線與大氣相連通，所述第五管線上設(shè)置第五截止閥205;所述第 一中間容器3下部通過(guò)第六管線與六通閥第一接口 301相連通，所述第二中間容器6下部通 過(guò)第七管線與六通閥第二接口 302相連通，所述六通閥第三接口 303通過(guò)第八管線與安全閥 11相連通，所述六通閥第四接口 304通過(guò)第九管線與儲(chǔ)水罐8相連通，所述六通閥第五接口 305與高壓柱塞栗9相連通，所述儲(chǔ)水罐8與高壓柱塞栗9通過(guò)第十管線相連通;所述六通閥 第六接口 306設(shè)置電接點(diǎn)壓力表10，所述第一中間容器3，第二中間容器6，儲(chǔ)水罐8，相平衡 測(cè)量裝置1，第一壓力表12,第二壓力表13,第三壓力表14,第二截止閥202,第三截止閥203， 第四截止閥204,第五截止閥205和相應(yīng)的管線均設(shè)置在恒溫裝置23內(nèi)，所述恒溫裝置23溫 度控制范圍為30-150°(：，精度為0.1°(：。
[0047] 所述相平衡測(cè)量裝置1，包括相平衡釜17,與相平衡釜17密閉連接的釜蓋20,活塞 桿16,活塞21，電機(jī)15和磁攪拌電機(jī)19;所述相平衡釜17對(duì)稱的兩個(gè)側(cè)面設(shè)置可視窗口 18， 所述活塞21設(shè)置于相平衡釜17內(nèi)部，所述活塞桿16的一端與活塞21上部連接，所述活塞桿 16穿過(guò)釜蓋20,并與釜蓋20通過(guò)軸承密閉連接，所述活塞桿16的另一端連接電機(jī)15;所述相 平衡釜17的下部設(shè)置磁攪拌電機(jī)19。
[0048] 所述第一中間容器3容積為1000mL、第二中間容器6容積為1000mL，所述儲(chǔ)罐4容積 為5000mL，所述儲(chǔ)水罐8容積為10L。
[0049]所述超臨界二氧化碳相平衡儀中，所有部件和管線均耐壓50MPa，溫度上限為200 Γ。
[0050] -種超臨界二氧化碳相平衡儀的使用方法，其步驟為：
[0051 ] (1)在相平衡測(cè)量裝置1中加入質(zhì)量ms的待測(cè)固體介質(zhì)；
[0052] (2)將第二中間容器6打開，將活塞推至底部，在活塞上部加滿待測(cè)液體介質(zhì)，將超 臨界二氧化碳相平衡儀的所有管線連接并密封；
[0053] (3)打開第一截止閥201，六通閥第一接口 301，六通閥第四接口 304,其他截止閥和 接口關(guān)閉，使二氧化碳通過(guò)第一管線進(jìn)入第一中間容器3活塞上部，并推動(dòng)活塞下移到底 部，待壓力平衡后關(guān)閉第一截止閥201;
[0054] (4)打開第二截止閥202，六通閥第一接口 301，六通閥第三接口 303，六通閥第五接 口 305，六通閥第六接口 306，其他截止閥和接口關(guān)閉，啟動(dòng)高壓柱塞栗9，使儲(chǔ)水罐8中的水 進(jìn)入第一中間容器3活塞下部，用水推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，將第一中間容器3活塞上部的二氧 化碳推入儲(chǔ)罐4中，當(dāng)?shù)谝恢虚g容器中活塞移至第一中間容器頂部時(shí)，關(guān)閉高壓柱塞栗9;
[0055] (5)重復(fù)步驟(3)(4)直至儲(chǔ)罐上的第二壓力表的數(shù)值達(dá)到設(shè)定值，記錄此時(shí)天平 顯不的質(zhì)量m gi;
[0056] (6)打開第三截止閥203,其他截止閥關(guān)閉，使儲(chǔ)罐4中的二氧化碳進(jìn)入相平衡測(cè)量 裝置1中，直至相平衡測(cè)量裝置1中的二氧化碳質(zhì)量達(dá)到設(shè)定值，并記錄天平5顯示的質(zhì)量 m g2;則相平衡測(cè)量裝置1中的二氧化碳質(zhì)量由下式計(jì)算得到：
[0057] mg=mg2-mgi ①
[0058] 式中，mg為相平衡測(cè)量裝置1中的二氧化碳質(zhì)量；
[0059] (7)打開第四截止閥204，六通閥第二接口 302，六通閥第五接口 305，其他截止閥和 接口關(guān)閉，啟動(dòng)高壓柱塞栗9,使儲(chǔ)水罐8中的水進(jìn)入第二中間容器6活塞下部，用水推動(dòng)活 塞向上移動(dòng)，使待測(cè)液體介質(zhì)進(jìn)入相平衡測(cè)量裝置1中，并記錄高壓柱塞栗9吸入水的體積 △ V，則相平衡測(cè)量裝置1中的待測(cè)液體介質(zhì)質(zhì)量由下式計(jì)算得到：
[0060] mi = p Δ V ②
[0061 ]式中，mi為相平衡測(cè)量裝置1中的待測(cè)液體介質(zhì)質(zhì)量，P為待測(cè)液體的密度；
[0062] (8)關(guān)閉所有截止閥和接口，使用相平衡裝置調(diào)節(jié)活塞21位移以改變待測(cè)體系的 壓力，觀察并記錄可視窗口內(nèi)體系由均相透明變?yōu)闇啙釙r(shí)第五壓力表的壓力值，該壓力即 為該混合體系在該溫度下的濁點(diǎn)壓力，該混合體系在濁點(diǎn)壓力下的密度由下式計(jì)算得到；
[0064]式中，pm為混合體系的密度，Vm為濁點(diǎn)壓力下相平衡裝置釜體體積，可通過(guò)活塞桿 16位移讀出。
[0065] (9)改變恒溫裝置23的溫度，重復(fù)步驟(8)，測(cè)定不同溫度下體系的濁點(diǎn)壓力和密 度；
[0066] (10)重復(fù)步驟(6)、步驟(8)和步驟(9)，多次改變二氧化碳的質(zhì)量，對(duì)不同組成的 體系相行為進(jìn)行測(cè)定;或者重復(fù)步驟(7)至(9)，多次改變待測(cè)液體的質(zhì)量，對(duì)不同組成的體 系相行為進(jìn)行測(cè)定，而不需要打開裝置重新裝填樣品。
[0067] 所述高壓柱塞栗在步驟(5)中的流量范圍為100-500mL/min;在步驟(3)的流量范 圍為10_30mL/min。
[0068] 實(shí)施例1
[0069]在相平衡測(cè)量裝置1中加入lg聚甲基丙烯酸甲酯，將第二中間容器6上部加滿乙 酸，將儲(chǔ)罐4中的二氧化碳轉(zhuǎn)移到相平衡測(cè)量裝置1中，利用公式①得到加入的二氧化碳的 質(zhì)量為l〇〇g，將第二中間容器6中的乙酸加入到相平衡測(cè)量裝置1中，利用公式②得到加入 的乙酸的質(zhì)量為5g。測(cè)定相平衡測(cè)量裝置1內(nèi)介質(zhì)的相行為，利用公式③得到體系在濁點(diǎn)壓 力下的密度，繪出超臨界二氧化碳-乙酸-聚甲基丙烯酸甲酯體系(三種物質(zhì)質(zhì)量比100:5: 1)的濁點(diǎn)壓力和密度隨溫度的變化曲線，如圖3所示。
[0070] 實(shí)施例2
[0071] 保持實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)條件，重復(fù)步驟(8)，繼續(xù)將第二中間容器6中的乙酸加入到相 平衡測(cè)量裝置1中，利用公式②得到第二次加入的乙酸的質(zhì)量為5g(體系中乙酸總質(zhì)量為 l〇g)。重復(fù)步驟(9)，測(cè)定相平衡測(cè)量裝置1內(nèi)介質(zhì)的相行為，利用公式③得到體系在濁點(diǎn)壓 力下的密度，繪出超臨界二氧化碳-乙酸-聚甲基丙烯酸甲酯體系(三種物質(zhì)質(zhì)量比100:10: 1)的濁點(diǎn)壓力和密度隨溫度的變化曲線，如圖4所示。
[0072] 實(shí)施例3
[0073]保持實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)條件，重復(fù)步驟(7)，繼續(xù)將儲(chǔ)罐4中的二氧化碳加入到相平衡 測(cè)量裝置1中，利用公式①得到第二次加入的二氧化碳的質(zhì)量為50g(體系中二氧化碳總質(zhì) 量為150g)。重復(fù)步驟(9)，測(cè)定相平衡測(cè)量裝置1內(nèi)介質(zhì)的相行為，利用公式③得到體系在 濁點(diǎn)壓力下的密度，繪出超臨界二氧化碳-乙酸-聚甲基丙烯酸甲酯體系（三種物質(zhì)質(zhì)量比 150:10:1)的濁點(diǎn)壓力和密度隨溫度的變化曲線，如圖5所示。
[0074]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí) 質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超臨界二氧化碳相平衡儀，其特征是，包括相平衡測(cè)量裝置、二氧化碳?xì)庠?、?一中間容器、儲(chǔ)罐、天平、第二中間容器、六通閥、儲(chǔ)水罐、栗、第一壓力表、第二壓力表、第三 壓力表、第四壓力表和安全閥； 所述二氧化碳?xì)庠赐ㄟ^(guò)第一管線與第一中間容器上部相連接，所述第一管線上設(shè)置第 一截止閥，所述第一中間容器上部設(shè)置第一壓力表;所述第一中間容器上部通過(guò)第二管線 與儲(chǔ)罐相連接，所述第二管線上設(shè)置第二截止閥，所述儲(chǔ)罐上設(shè)置第二壓力表，所述儲(chǔ)罐下 部設(shè)置天平;所述儲(chǔ)罐頂部通過(guò)第三管線與相平衡測(cè)量裝置相連接，所述第三管線上設(shè)置 第三截止閥，所述第三管線上第三截止閥與相平衡測(cè)量裝置之間設(shè)置第五壓力表;所述相 平衡測(cè)量裝置通過(guò)第四管線與第二中間容器上部相連接，所述第四管線上設(shè)置第四截止 閥，所述第二容器上部設(shè)置第三壓力表，所述第二容器上部通過(guò)第五管線與大氣相連通，所 述第五管線上設(shè)置第五截止閥；所述第一中間容器下部通過(guò)第六管線與六通閥第一接口相 連通，所述第二中間容器下部通過(guò)第七管線與六通閥第二接口相連通，所述六通閥第三接 口通過(guò)第八管線與安全閥相連通，所述六通閥第四接口通過(guò)第九管線與儲(chǔ)水罐相連通，所 述六通閥第五接口與栗相連通，所述儲(chǔ)水罐與栗通過(guò)第十管線相連通;所述六通閥第六接 口設(shè)置第四壓力表。2. 如權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀，其特征是，所述第一中間容器， 第二中間容器，儲(chǔ)水罐，相平衡測(cè)量裝置，第一壓力表，第二壓力表，第三壓力表，第二截止 閥，第三截止閥，第四截止閥，第五截止閥和相應(yīng)的管線均設(shè)置在恒溫裝置內(nèi)，所述恒溫裝 置溫度控制范圍為30_150°(：，精度為0.1°(：。3. 如權(quán)利要求2所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀，其特征是，所述相平衡測(cè)量裝 置，包括相平衡釜，與相平衡釜密閉連接的釜蓋，活塞桿，活塞，電機(jī)和磁攪拌電機(jī);所述相 平衡釜對(duì)稱的兩個(gè)側(cè)面設(shè)置可視窗口，所述活塞設(shè)置于相平衡釜內(nèi)部，所述活塞桿的一端 與活塞上部連接，所述活塞桿穿過(guò)釜蓋并與釜蓋通過(guò)軸承密閉連接，所述活塞桿的另一端 連接電機(jī);所述相平衡釜的下部設(shè)置磁攪拌電機(jī)。4. 如權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀，其特征是，所述栗為高壓柱塞 栗，額定流量20L/h，最高排壓50MPa，最大行程25mm;所述第四壓力表為電接點(diǎn)壓力表。5. 如權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀，其特征是，所述二氧化碳?xì)庠礊?二氧化碳鋼瓶。6. 如權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀，其特征是，所述第一中間容器容 積為lOOOmL、第二中間容器容積為lOOOmL，所述儲(chǔ)罐容積為5000mL，所述儲(chǔ)水罐容積為10L。7. 如權(quán)利要求1所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀，其特征是，所述超臨界二氧化碳 相平衡儀中，所有部件和管線均耐壓50MPa，溫度上限為200°C。8. 如權(quán)利要求3所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀的使用方法，其特征是，其步驟 為： (1) 在相平衡測(cè)量裝置中加入質(zhì)量陽(yáng)的待測(cè)固體介質(zhì)； (2) 將第二中間容器打開，將活塞推至底部，在活塞上部加滿待測(cè)液體介質(zhì)，將超臨界 二氧化碳相平衡儀的所有管線連接并密封； (3) 打開第一截止閥，六通閥第一接口，六通閥第四接口，其他截止閥和接口關(guān)閉，使二 氧化碳通過(guò)第一管線進(jìn)入第一中間容器活塞上部，并推動(dòng)活塞下移到底部，待壓力平衡后 關(guān)閉第一截止閥； (4)打開第二截止閥，六通閥第一接口，六通閥第三接口，六通閥第五接口，六通閥第六 接口，其他截止閥和接口關(guān)閉，啟動(dòng)栗，使儲(chǔ)水罐中的水進(jìn)入第一中間容器活塞下部，用水 推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，將第一中間容器活塞上部的二氧化碳推入儲(chǔ)罐中，當(dāng)?shù)谝恢虚g容器中 活塞移至第一中間容器頂部時(shí)，關(guān)閉栗； 5)重復(fù)步驟(3)(4)直至儲(chǔ)罐上的第二壓力表的數(shù)值達(dá)到設(shè)定值，記錄此時(shí)天平顯示的 質(zhì)量mgi; (6) 打開第三截止閥，其他截止閥關(guān)閉，使儲(chǔ)罐中的二氧化碳進(jìn)入相平衡測(cè)量裝置中， 直至相平衡測(cè)量裝置中的二氧化碳質(zhì)量達(dá)到設(shè)定值，并記錄天平顯示的質(zhì)量m g2;則相平衡 測(cè)量裝置中的二氧化碳質(zhì)量由下式計(jì)算得到： rng=nig2-rngi (D 式中，mg為相平衡測(cè)量裝置中的二氧化碳質(zhì)量； (7) 打開第四截止閥，六通閥第二接口，六通閥第五接口，其他截止閥和接口關(guān)閉，啟動(dòng) 栗，使儲(chǔ)水罐中的水進(jìn)入第二中間容器活塞下部，用水推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，使待測(cè)液體介質(zhì) 進(jìn)入相平衡測(cè)量裝置中，并記錄栗吸入水的體積A V，則相平衡測(cè)量裝置中的待測(cè)液體介質(zhì) 質(zhì)量由下式計(jì)算得到： mi = p Δ V ② 式中，πη為相平衡測(cè)量裝置中的待測(cè)液體介質(zhì)質(zhì)量，P為待測(cè)液體的密度； (8) 關(guān)閉所有截止閥和接口，使用相平衡裝置調(diào)節(jié)活塞位移以改變待測(cè)體系的壓力，觀 察并記錄可視窗口內(nèi)體系由均相透明變?yōu)闇啙釙r(shí)第五壓力表的壓力值，該壓力即為該混合 體系在該溫度下的濁點(diǎn)壓力，該混合體系在濁點(diǎn)壓力下的密度由下式計(jì)算得到；:③ 式中，pm為混合體系的密度，vm為濁點(diǎn)壓力下相平衡裝置釜體體積，通過(guò)活塞桿位移讀 出； (9) 改變恒溫裝置的溫度，重復(fù)步驟(8)，測(cè)定不同溫度下體系的濁點(diǎn)壓力和密度； (10) 重復(fù)步驟(6)、步驟(8)和步驟(9)，多次改變二氧化碳的質(zhì)量，對(duì)不同組成的體系 相行為進(jìn)行測(cè)定;或者重復(fù)步驟(7)至(9)，多次改變待測(cè)液體的質(zhì)量，對(duì)不同組成的體系相 行為進(jìn)行測(cè)定。9. 如權(quán)利要求8所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀的使用方法，其特征是，所述栗為 高壓柱塞栗，且在步驟（5)中的流量范圍為100-500mL/min;在步驟（3)的流量范圍為10-30mL/min〇10. 如權(quán)利要求8所述的一種超臨界二氧化碳相平衡儀的使用方法，其特征是，所述第 四壓力表為電接點(diǎn)壓力表;所述二氧化碳?xì)庠礊槎趸间撈俊?br>【文檔編號(hào)】G01N9/36GK105865963SQ201610186282
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】董明哲, 朱騰, 陳掌星, 郭春清, 宮厚健, 李亞軍, 張濤, 徐龍, 石曉莉, 劉月寧
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東), 科爾加里國(guó)際油氣技術(shù)有限公司