一種多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)方法和多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置，包括定量充氣系統(tǒng)、恒溫吸附解吸系統(tǒng)、抽真空裝置和氣體濃度分析系統(tǒng)；首先進(jìn)行高壓注氣實(shí)驗(yàn)，采用高壓將非甲烷氣體注入與甲烷混合，記錄煤體對混合氣體吸附平衡狀態(tài)，隨后進(jìn)行等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，利用濃度差引起的擴(kuò)散使氣體進(jìn)行混合。通過對兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定性和定量對比分析，可以將壓力效應(yīng)從綜合效應(yīng)中剝離開來，進(jìn)而研究非甲烷氣體對煤中甲烷的作用機(jī)理。本發(fā)明研制了一套完整的實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，解決了等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)條件下的一些技術(shù)難題，同時解決了擴(kuò)散路徑長、通道小的擴(kuò)散問題，對研究氣體在煤中的吸附特性具有重要的意義。
【專利說明】
一種多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種煤對氣體吸附性能測試領(lǐng)域，特別涉及一種不同氣體對煤中甲烷 置換或者驅(qū)替能力測定的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 受石油系統(tǒng)"氣驅(qū)油"技術(shù)的啟發(fā)，20世紀(jì)末，美國圣胡安盆地將C02注入煤層以提 高煤層氣采收率(C02-ECBM)的實(shí)驗(yàn)取得成功，國內(nèi)外許多專家學(xué)者先后進(jìn)行了 CH4、N2、C02 單元及多元?dú)怏w的吸附-解吸研究。
[0003] 國內(nèi)外學(xué)者在研究注氣置換/驅(qū)替煤層中甲烷的機(jī)理時所得到的結(jié)論是無論注入 強(qiáng)吸附性的氣體還是弱吸附性氣體都可以使瓦斯從煤中解吸出來，從而降低煤層瓦斯含 量。但在這個過程中造成甲烷的解吸的原因是注入的非甲烷吸附性氣體對甲烷的置換所起 的作用還是注入的非甲烷降吸附性氣體低了甲烷的分壓從而使其發(fā)生解吸還未探明，因此 要搞清楚這個問題的關(guān)鍵是將壓力效應(yīng)從綜合效應(yīng)中剝離開來進(jìn)行單因素研究。
[0004] 以N2為例，煤對N2具有弱吸附性，如何研究注入N2對煤層甲烷的置換和驅(qū)替效果 呢？為了研究注氣過程中壓力的變化對置換效應(yīng)的影響，需要分別研究在高壓注氣和等壓 擴(kuò)散下N2對煤中甲烷的置換效應(yīng)。
[0005] 現(xiàn)有等壓擴(kuò)散系統(tǒng)，前人很少研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種測定不同氣體對煤中甲烷 置換或驅(qū)替能力測定的裝置。該裝置可以分別進(jìn)行高壓注氣實(shí)驗(yàn)和等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。高壓注 氣是指一種氣體預(yù)先達(dá)到吸附平衡狀態(tài)，然后再充入高于吸附平衡壓力的另外一種氣體的 注氣方式，而等壓擴(kuò)散是指一種氣體達(dá)到吸附平衡狀態(tài)后，與另外一種氣體在同樣的壓力 下依靠氣體的擴(kuò)散而進(jìn)行混合的注氣方式。前者注氣方式是采用高壓將另外一種氣體注入 與甲烷混合，而后者是利用濃度差引起的擴(kuò)散使氣體進(jìn)行混合。通過定性和定量對高壓注 氣和等壓擴(kuò)散進(jìn)行對比分析，可以將壓力效應(yīng)從綜合效應(yīng)中剝離開來，進(jìn)而研究非甲烷氣 體對煤中甲烷的作用機(jī)理。
[0007] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 步驟1、對整體實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行氣密性測定； 步驟2、依次測定公用管路、第一充氣罐、第二充氣罐、吸附腔和擴(kuò)散腔的標(biāo)準(zhǔn)體積VP、 Vrl、Vr2、Vsl 萍口Vs2 ; 步驟3、進(jìn)行高壓注氣實(shí)驗(yàn)，具體包括如下步驟： 步驟（1)對恒溫吸附解吸系統(tǒng)進(jìn)行裝樣處理后，打開系統(tǒng)內(nèi)部閥門，進(jìn)行抽真空處理， 當(dāng)真空度降達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求時關(guān)閉各處閥門； 步驟(2)、將恒溫水浴溫度調(diào)至預(yù)設(shè)溫度； 步驟(3)、向第一充氣罐充入甲烷，直至其中的甲烷壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求后，停止注氣，記 錄第一充氣罐壓力Pi ; 步驟(4)、打開氣體吸附擴(kuò)散罐吸附腔體的控制閥門，將第一充氣罐內(nèi)的甲烷充進(jìn)到氣 體吸附擴(kuò)散罐吸附腔體內(nèi)，待煤樣吸附平衡后，記錄第一充氣罐的壓力Pu'，同時記錄吸附 腔內(nèi)的壓力Pn，并記錄此時的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度t 1; 步驟(5)對第一充氣罐和吸附擴(kuò)散罐之間的公用管路進(jìn)行抽真空處理，直至真空度達(dá) 到實(shí)驗(yàn)要求； 步驟(6)向第二充氣罐中注入非甲烷氣體直至第二充氣罐壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，記錄第 二充氣罐壓力Pi2; 步驟(7)、打開氣體吸附擴(kuò)散罐吸附腔體的控制閥門，將第二充氣罐內(nèi)的非甲烷氣體注 入吸附擴(kuò)散罐吸附腔體內(nèi)，當(dāng)吸附腔體壓力達(dá)到預(yù)定壓力值時，記錄第二充氣罐壓力?12 '， 并記錄此時的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度； 步驟(8)、使吸附擴(kuò)散罐在恒溫下放置時間大于一預(yù)設(shè)時長且吸附腔內(nèi)壓力不超過一 實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)值時，記錄此時吸附腔內(nèi)壓力Ρ^;利用色譜儀對吸附擴(kuò)散罐吸附腔體內(nèi)的混合氣 體進(jìn)行色譜分析，研究在特定高壓條件下注入的非甲烷氣體對煤中甲烷的置換效果； 步驟4、進(jìn)行等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)與高壓注氣實(shí)驗(yàn)步驟基本相同，不同之處在 于步驟(7)和(8):步驟(7)中打開氣體吸附擴(kuò)散罐擴(kuò)散腔體的控制閥門，將第二充氣罐內(nèi)的 非甲烷氣體注入吸附擴(kuò)散罐擴(kuò)散腔體內(nèi)，使擴(kuò)散腔體壓力達(dá)到與吸附腔體壓力相同，記錄 第二充氣罐壓力? 12'，并記錄此時的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度；步驟(8)中先打開吸附腔和擴(kuò)散腔之 間的連接閥門以使兩種氣體混合，再使吸附擴(kuò)散罐在恒溫下放置時間大于一預(yù)設(shè)時長； 步驟5、通過高壓注氣和等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄注入非甲烷氣體后對煤體內(nèi)甲烷的吸 附平衡狀態(tài)產(chǎn)生的影響，進(jìn)行分析得出非甲烷氣體對煤中甲烷的作用機(jī)理。
[0008] 優(yōu)選地，步驟1至步驟5中的非甲烷氣體為N2、C02、He、Air或其混合氣體。
[0009] -種多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置，包括定量充氣系統(tǒng)、恒溫吸附解吸系統(tǒng)、抽真 空裝置和氣體濃度分析系統(tǒng)； 所述恒溫吸附解吸系統(tǒng)包括恒溫水浴和位于恒溫水浴內(nèi)的裝有煤樣的氣體吸附擴(kuò)散 罐，氣體吸附擴(kuò)散罐分為吸附腔和擴(kuò)散腔，吸附腔和擴(kuò)散腔之間設(shè)置連接閥門，當(dāng)連接閥門 關(guān)閉時，氣體吸附擴(kuò)散罐分隔成兩個獨(dú)立腔體，向裝有煤樣的吸附腔體內(nèi)充入甲烷氣體并 吸附平衡后，再充入非甲烷氣體，進(jìn)行高壓注氣實(shí)驗(yàn)；當(dāng)連接閥門打開時，分別往兩個腔體 中注入壓力相同的不同氣體，進(jìn)行等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)； 所述定量充氣系統(tǒng)包括第一充氣罐、第二充氣罐和氣源鋼瓶，吸附腔、擴(kuò)散腔、第一充 氣罐和第二充氣罐的注氣管路上分別安裝三通閥門和壓力表，利用高壓容量法，對注入氣 體采用已知體積的充氣罐壓力差進(jìn)行定量充氣； 所述抽真空裝置包括真空計、真空栗和多個控制閥門； 所述氣體濃度分析系統(tǒng)包括用于測量吸附罐、管路系統(tǒng)、第一充氣罐和第二充氣罐的 體積的量筒和用于分析氣體組分及濃度的色譜儀。
[0010] 優(yōu)選地，氣體吸附擴(kuò)散罐的吸附腔位于上部，吸附腔腔體底部設(shè)置用于防止煤樣 漏至下邊的擴(kuò)散腔的篩網(wǎng)。
[0011] 優(yōu)選地，吸附腔和擴(kuò)散腔之間的連接閥門利用連接桿控制閉合。
[0012]優(yōu)選地，在連接桿內(nèi)端與吸附擴(kuò)散罐接觸的位置安裝"0"型圈。
[0013] 優(yōu)選地，吸附腔腔體蓋與吸附腔腔體之間設(shè)置螺紋和"0"型圈。
[0014] 優(yōu)選地，擴(kuò)散腔腔體蓋與擴(kuò)散腔腔體之間設(shè)置螺紋和"0"型圈。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明裝置可以對注入氣體進(jìn)行定性與定量控制，從而方便，準(zhǔn)確的得出不同注氣 條件注入氣體對煤中甲烷的置換和驅(qū)替作用。
[0016] 2、本發(fā)明中的雙氣室等壓擴(kuò)散吸附煤樣罐中吸附罐和擴(kuò)散罐通過連接閥門控制， 密封性得到了保證。
[0017] 3、本發(fā)明中的等壓擴(kuò)散吸附煤樣罐利用雙氣室設(shè)計理念，解決了兩個獨(dú)立罐用氣 路連接時擴(kuò)散路徑長，擴(kuò)散通道小、擴(kuò)散時間長和擴(kuò)散不充分的問題，大大降低擴(kuò)散的時 間。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明多組分氣體在煤中吸附特性測試裝置圖。
[0019] 圖2是高壓注氣條件下，N2對煤中甲烷的置換和驅(qū)替效果圖。
[0020] 圖3是等壓擴(kuò)散條件下，N2對煤中甲烷的置換和驅(qū)替效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 1.實(shí)驗(yàn)樣品。
[0022] 參照《煤的甲烷吸附量測定方法（高壓容量法）》MT-T 752-1997,實(shí)驗(yàn)采用60~80 目的顆粒煤樣，同時對所用煤樣進(jìn)行工業(yè)分析和孔隙特征測定。
[0023] 2.如圖1所示連接實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置標(biāo)準(zhǔn)體積的測定以及氣密性檢測。
[0024] 首先利用犯對整體實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行氣密性測定;隨后依次測定公用管路、充氣罐、吸 附罐的標(biāo)準(zhǔn)體積Vp、Vrl、Vs。
[0025] (1)第一部分公用管路標(biāo)準(zhǔn)體積Vpl、公用管路標(biāo)準(zhǔn)體積VP測定。
[0026] 本實(shí)驗(yàn)裝置的公用管路標(biāo)準(zhǔn)體積由兩個部分組成：第一部分公用管路為"閥5"、 "閥6"、"閥7"、"閥8"和"閥10"之間的體積，記為V;第二部分公用管路是指"閥2"、"閥4"和 "閥5"之間的體積，記為V p2，見圖1。測定第一部分公用管路的標(biāo)準(zhǔn)體積的步驟如下所示： 確保裝置中的所有閥門均關(guān)閉，再打開"閥6"，開啟真空栗，打開真空計開關(guān)，開始向公 用管路抽真空，在抽真空的過程中觀察真空計讀數(shù)，當(dāng)真空計的示數(shù)小于lOPJt，關(guān)閉"閥 6"，關(guān)閉真空栗;然后開始調(diào)整水準(zhǔn)瓶的位置，保持量管的液面與水準(zhǔn)瓶的液面平齊，此時 記錄初始量管液面的刻度V 1;然后再打開"閥7"，使量管中的空氣進(jìn)入VP1中，待量管內(nèi)的液 面穩(wěn)定后，再次調(diào)整水準(zhǔn)瓶的位置，保持量管的液面與水準(zhǔn)瓶的液面平齊，記錄此時的量管 液面刻度νΓ和實(shí)驗(yàn)室溫度t;第一部分公用管路的自由體積V P1根據(jù)公式下式計算：
式中:Vpl-一第一部分公用管路的標(biāo)準(zhǔn)體積，cm3; Vi，V/--分別為第一部分的公用管路進(jìn)入空氣前后量管中液面刻度值，cm3; ti 實(shí)驗(yàn)室溫度，°C ; 0.02一一動槽式壓力計隨室溫t變化的汞膨脹性的壓力校正值，kPa; Pc--實(shí)驗(yàn)室大氣壓力，kPa; Wp--食鹽水的飽和蒸汽壓，kPa。
[0027] 按照上述實(shí)驗(yàn)過程對第一部分公用管路的標(biāo)準(zhǔn)體積重復(fù)測試3次，取3次測定值的 平均值作為實(shí)驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)體積。
[0028] 公用管路標(biāo)準(zhǔn)總體積VP的測定步驟和計算過程與第一部分公用管路的體積的測 定步驟相似，只是將步驟（1)中的"打開"閥6""改為"打開"閥6"和"閥5""，其他測定步驟和 計算過程相同。
[0029] 第二部分公用管路的標(biāo)準(zhǔn)體積：！· p二Γ& -丨^。
[0030] (2)充氣罐1、2的標(biāo)準(zhǔn)體積Vrl、Vr2測定 將上述2.2.1中步驟(1沖的"打開閥"6""，改為"打開"閥6"，"閥5"和"閥2""，其他其他 測定步驟和計算過程相同，可測出充氣罐1和公用管路的標(biāo)準(zhǔn)體積之和，然后減去公用管路 的標(biāo)準(zhǔn)體積VP，即可得出充氣罐1的標(biāo)準(zhǔn)體積V rl。
[0031] 將上述2.2.1中步驟(1)中的"打開"閥6""，改為"打開"閥6"，"閥5"和"閥4""，其他 測定步驟和計算過程相同，可測出充氣罐2和公用管路的標(biāo)準(zhǔn)體積之和，然后減去公用管路 的標(biāo)準(zhǔn)體積V P，即可得出充氣罐2的標(biāo)準(zhǔn)體積Vr2。
[0032] (3)吸附罐標(biāo)準(zhǔn)體積1、吸附罐吸附腔體標(biāo)準(zhǔn)體積Vsl的測定 將上述2.2.1中步驟(1)中的"打開"閥6""，改為"打開"閥6"、"閥8"和"閥9""，其他其他 測定步驟和計算過程相同，可測出吸附罐和第一部分公用管路的標(biāo)準(zhǔn)體積，然后減去第一 部分公用管路的體積VP1，即可得出吸附罐的標(biāo)準(zhǔn)體積V s。
[0033] 將上述2.2.1中步驟（1)中的"打開"閥6""，改為"打開"閥6"和"閥8""，其他測定步 驟和計算過程相同，可測出吸附罐吸附腔體和第一部分公用管路的標(biāo)準(zhǔn)體積之和，然后減 去第一部分公用管路的體積ν Ρ1，即可測出吸附罐吸附腔體的標(biāo)準(zhǔn)體積Vsl。
[0034] 吸附罐擴(kuò)散腔體的標(biāo)準(zhǔn)體積：? 二?_7、一。
[0035] 3.進(jìn)行高壓注氣實(shí)驗(yàn)和等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。
[0036] (1)設(shè)定裝置中的溫度為60°C，查看所有閥門均處于關(guān)閉后，然后緩慢打開"閥2"、 "閥4"、"閥5"、"閥6"、"閥8"和"閥9"，打開真空栗的開關(guān)，打開真空計，開始向裝有煤樣的 氣體吸附擴(kuò)散罐吸附腔體和擴(kuò)散腔體、公用管路、充氣罐1和充氣罐2抽真空，當(dāng)真空計的示 數(shù)低于l〇Pa時關(guān)閉"閥4"、"閥6"和"閥8"，關(guān)閉真空栗使其停止工作； (2) 恒溫水浴溫度調(diào)至30°C，待達(dá)到設(shè)定的溫度后準(zhǔn)備充氣； (3) 將甲烷的氣源鋼瓶與充氣罐1相連，然后緩慢打開"閥Γ、"閥2"，"閥5"，保持氣體閥 門均處于關(guān)閉狀態(tài)，然后再向充氣罐1和公用管路內(nèi)充進(jìn)甲烷氣體，當(dāng)甲烷的氣體壓力大于 實(shí)驗(yàn)要求的壓力時，關(guān)閉氣源鋼瓶和"閥1"，待壓力表1的示數(shù)穩(wěn)定，記下此時充氣罐1和公 用管路的初始壓力Pi; (4) 打開"閥8"，將甲烷充進(jìn)到氣體吸附擴(kuò)散罐的吸附腔體內(nèi)，當(dāng)吸附罐上的壓力表3的 示數(shù)達(dá)到預(yù)定的壓力值時，關(guān)閉吸附罐上的"閥8"，lOmin后連續(xù)進(jìn)行充氣，直至壓力表3的 示數(shù)為預(yù)定的壓力值，當(dāng)甲烷在吸附罐內(nèi)與煤樣恒溫吸附穩(wěn)定后，且30min內(nèi)吸附罐上的壓 力表3的示數(shù)變化不超過O.OIMPa，記下此時充氣罐1和公用管路內(nèi)氣體剩余壓力P'il，同時 也記下此時的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度ti;此時記錄吸附罐上的的壓力表3的示數(shù)即為吸附平衡壓力 Pii; (5) 然后開啟閥門"閥5"和"閥6"，打開真空栗開關(guān)，啟動真空計，向公用管路開始抽真 空，當(dāng)真空計的示數(shù)低于l〇Pa時關(guān)閉"閥6"，停止真空栗工作； (6) 將犯氣源鋼瓶與充氣罐2進(jìn)行接通，然后打開保持"閥3"、"閥4"和"閥5"，同時保持 其余閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，將N2充入充氣罐2和公用管路內(nèi)，當(dāng)其壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需壓力時 (確保N 2充入壓力大于吸附腔體甲烷吸附平衡壓力Pu和預(yù)計N2充入吸附腔后的壓力），關(guān)閉 氣源鋼瓶和"閥3"，待壓力表2的示數(shù)穩(wěn)定后，記下此時充氣罐2和公用管路初始壓力P l2; (7) 再次打開"閥8"，使公用管路內(nèi)的犯進(jìn)入吸附罐吸附腔體內(nèi)，當(dāng)壓力表3的示數(shù)達(dá)到 預(yù)定壓力值時，關(guān)閉"閥4"、"閥5"和"閥8"，待穩(wěn)定后再次記下充氣罐2和公用管路內(nèi)氣體剩 余壓力P l2，然后記下實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度； (8) 保證吸附擴(kuò)散罐在恒溫下12h(第一點(diǎn)）以上，當(dāng)吸附擴(kuò)散罐上壓力表3的示數(shù)變化 不超過O.OIMPa，記錄此時吸附罐的壓力為Pi'； (9) 關(guān)閉"閥8"，將吸附罐與公共管路隔離，打開"閥10"和"閥11"，對公共管路的混合氣 體(與吸附罐內(nèi)氣體組成相同）進(jìn)行色譜分析； (10 )根據(jù)色譜儀分析出的他和甲烷氣體濃度，以及充入的犯和甲烷量，計算出充入N2前 和充入N2后甲烷的吸附量和游離量，然后計算出高壓注氣條件下他對煤中甲烷的置換量； (11) 等壓擴(kuò)散下實(shí)驗(yàn)步驟與高壓注氣步驟不同之處是在步驟(7)和(9):步驟(7)是打 開"閥10"，向吸附擴(kuò)散罐的擴(kuò)散腔體內(nèi)注入N 2,并調(diào)整擴(kuò)散腔體壓力與吸附腔體壓力相同 (誤差不超過O.OIMPa)，待穩(wěn)定后打開"閥9"將兩者進(jìn)行混合。步驟(9)是關(guān)閉"閥9"，使吸附 腔與擴(kuò)散腔隔離，再打開"閥11"對擴(kuò)散腔及其管路氣體(與吸附腔氣體組成相同）進(jìn)行色譜 分析； (12) 通過進(jìn)行高壓注氣實(shí)驗(yàn)和等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，記錄注入N2后對煤體內(nèi)甲烷的吸附平 衡狀態(tài)產(chǎn)生的影響，進(jìn)行分析最終得出犯對煤中甲烷的作用機(jī)理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所 不。
[0037]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以 根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的作出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下 做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只 要不背離本發(fā)明測定多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置尤其是雙氣室吸附罐的技術(shù)原理和發(fā) 明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:包括如下步驟： 步驟1、對整體實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行氣密性測定； 步驟2、依次測定公用管路、第一充氣罐、第二充氣罐、吸附腔和擴(kuò)散腔的標(biāo)準(zhǔn)體積VP、 Vrl、Vr2、Vsl和Vs2 ; 步驟3、進(jìn)行高壓注氣實(shí)驗(yàn)，具體包括如下步驟： 步驟（1)對恒溫吸附解吸系統(tǒng)進(jìn)行裝樣處理后，打開系統(tǒng)內(nèi)部閥門，進(jìn)行抽真空處理， 當(dāng)真空度降達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求時關(guān)閉各處閥門； 步驟(2 )、將恒溫水浴溫度調(diào)至預(yù)設(shè)溫度； 步驟(3)、向第一充氣罐充入甲烷，直至其中的甲烷壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求后，停止注氣，記 錄第一充氣罐壓力Pi ; 步驟(4)、打開氣體吸附擴(kuò)散罐吸附腔體的控制閥門，將第一充氣罐內(nèi)的甲烷充進(jìn)到氣 體吸附擴(kuò)散罐吸附腔體內(nèi)，待煤樣吸附平衡后，記錄第一充氣罐的壓力Pu'，同時記錄吸附 腔內(nèi)的壓力Pn，并記錄此時的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度t 1; 步驟(5)對第一充氣罐和吸附擴(kuò)散罐之間的公用管路進(jìn)行抽真空處理，直至真空度達(dá) 到實(shí)驗(yàn)要求； 步驟(6)向第二充氣罐中注入非甲烷氣體直至第二充氣罐壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，記錄第 二充氣罐壓力Pi2; 步驟(7)、打開氣體吸附擴(kuò)散罐吸附腔體的控制閥門，將第二充氣罐內(nèi)的非甲烷氣體注 入吸附擴(kuò)散罐吸附腔體內(nèi)，當(dāng)吸附腔體壓力達(dá)到預(yù)定壓力值時，記錄第二充氣罐壓力?12 '， 并記錄此時的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度； 步驟(8)、使吸附擴(kuò)散罐在恒溫下放置時間大于一預(yù)設(shè)時長且吸附腔內(nèi)壓力不超過一 實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)值時，記錄此時吸附腔內(nèi)壓力Ρ^;利用色譜儀對吸附擴(kuò)散罐吸附腔體內(nèi)的混合氣 體進(jìn)行色譜分析，研究在特定高壓條件下注入的非甲烷氣體對煤中甲烷的置換效果； 步驟4、進(jìn)行等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)與高壓注氣實(shí)驗(yàn)步驟基本相同，不同之處在 于步驟(7)和(8):步驟(7)中打開氣體吸附擴(kuò)散罐擴(kuò)散腔體的控制閥門，將第二充氣罐內(nèi)的 非甲烷氣體注入吸附擴(kuò)散罐擴(kuò)散腔體內(nèi)，使擴(kuò)散腔體壓力達(dá)到與吸附腔體壓力相同，記錄 第二充氣罐壓力? 12'，并記錄此時的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度；步驟(8)中先打開吸附腔和擴(kuò)散腔之 間的連接閥門以使兩種氣體混合，再使吸附擴(kuò)散罐在恒溫下放置時間大于一預(yù)設(shè)時長； 步驟5、通過高壓注氣和等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄注入非甲烷氣體后對煤體內(nèi)甲烷的吸 附平衡狀態(tài)產(chǎn)生的影響，進(jìn)行分析得出非甲烷氣體對煤中甲烷的作用機(jī)理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:步驟1至步 驟5中的非甲烷氣體為N2、C0 2、He、Air或其混合氣體。3. -種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至2任一所述的方法的多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在 于:包括定量充氣系統(tǒng)、恒溫吸附解吸系統(tǒng)、抽真空裝置和氣體濃度分析系統(tǒng)； 所述恒溫吸附解吸系統(tǒng)包括恒溫水浴和位于恒溫水浴內(nèi)的裝有煤樣的氣體吸附擴(kuò)散 罐，氣體吸附擴(kuò)散罐分為吸附腔和擴(kuò)散腔，吸附腔和擴(kuò)散腔之間設(shè)置連接閥門，當(dāng)連接閥門 關(guān)閉時，氣體吸附擴(kuò)散罐分隔成兩個獨(dú)立腔體，向裝有煤樣的吸附腔體內(nèi)充入甲烷氣體并 吸附平衡后，再充入非甲烷氣體，進(jìn)行高壓注氣實(shí)驗(yàn)；當(dāng)連接閥門打開時，分別往兩個腔體 中注入壓力相同的不同氣體，進(jìn)行等壓擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)； 所述定量充氣系統(tǒng)包括第一充氣罐、第二充氣罐和氣源鋼瓶，吸附腔、擴(kuò)散腔、第一充 氣罐和第二充氣罐的注氣管路上分別安裝三通閥門和壓力表，利用高壓容量法，對注入氣 體采用已知體積的充氣罐壓力差進(jìn)行定量充氣； 所述抽真空裝置包括真空計、真空栗和多個控制閥門； 所述氣體濃度分析系統(tǒng)包括用于測量吸附罐、管路系統(tǒng)、第一充氣罐和第二充氣罐的 體積的量筒和用于分析氣體組分及濃度的色譜儀。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:氣體吸附擴(kuò) 散罐的吸附腔位于上部，吸附腔腔體底部設(shè)置用于防止煤樣漏至下邊的擴(kuò)散腔的篩網(wǎng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:吸附腔和擴(kuò)散腔之 間的連接閥門利用連接桿控制閉合。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在連接桿內(nèi)端與吸 附擴(kuò)散罐接觸的位置安裝"0"型圈。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:吸附腔腔體蓋與吸 附腔腔體之間設(shè)置螺紋和"〇"型圈。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述多組分氣體吸附仿真實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:擴(kuò)散腔腔體蓋與擴(kuò) 散腔腔體之間設(shè)置螺紋和"〇"型圈。
【文檔編號】G01M3/00GK106018166SQ201610277912
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】楊宏民, 邢述團(tuán), 王兆豐, 魯小凱, 梁龍輝, 陳立偉, 王彬
【申請人】河南理工大學(xué)