原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)及方法
【專利摘要】原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)，包括試驗(yàn)柜和控制柜，試驗(yàn)柜上安裝有吸附測(cè)試裝置、抽真空裝置和液壓裝置，控制柜位于試驗(yàn)柜側(cè)部，控制柜上安裝有控制電腦；吸附測(cè)試裝置包括若干個(gè)實(shí)驗(yàn)筒，每個(gè)實(shí)驗(yàn)筒均包括樣品缸和密封螺栓，樣品缸的頂面固定連接有圓形的上頂板，上頂板的圓心位置垂直開(kāi)設(shè)有與樣品缸內(nèi)部相連通的上連接孔，樣品缸的底面固定連接有圓形的下底板，下底板的中心位置開(kāi)設(shè)有與樣品缸內(nèi)部相連通的下連接孔，下連接孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，下底板的上表面沿垂直方向設(shè)有豎桿。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，控制電腦通過(guò)控制導(dǎo)線控制吸附測(cè)試裝置、抽真空裝置和液壓裝置運(yùn)作來(lái)模擬原煤在不同環(huán)境中的等溫解吸吸附，并繪制吸附解吸曲線。
【專利說(shuō)明】
原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于原煤氣體吸附、等溫解吸、等溫吸附和解吸曲線的系統(tǒng)和實(shí) 驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前測(cè)定氣體在原煤中等溫吸附/解吸曲線的實(shí)驗(yàn)方法主要有壓力法、容積法以 及重力法。壓力法是目前最為常用的方法，其實(shí)驗(yàn)裝置主要由氣瓶、真空栗、參照缸、樣品 缸、壓力計(jì)以及恒溫油浴(或恒溫箱)組成。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先向參照缸內(nèi)充入氣體，待壓力 穩(wěn)定后，測(cè)量并記錄參照缸壓力；然后將樣品缸與參照缸連通，待壓力平衡后，測(cè)定樣品缸 壓力;通過(guò)氣體狀態(tài)方程計(jì)算吸附氣體的體積。重復(fù)上述步驟，可得到不同壓力下的吸附氣 體量。壓力法是目前測(cè)定氣固吸附曲線應(yīng)用最為廣泛的方法，但其操作過(guò)程復(fù)雜;此外，后 期的數(shù)據(jù)處理及吸附量的計(jì)算過(guò)程較為繁瑣。容積法裝置主要由真空栗、活塞栗、參照缸、 樣品缸、壓力計(jì)、恒溫油浴(或恒溫箱），其原理與壓力法相似，所不同的是，充入氣體的體積 是通過(guò)活塞栗的體積變化測(cè)得。重力法采用的實(shí)驗(yàn)裝置及原理與上述二者存在較大差異， 其主要裝置由電磁懸掛天平、高壓密閉缸以及恒溫箱組成。其中，密閉缸被分隔為兩個(gè)密閉 室，待測(cè)煤樣和高壓氣體分別置于兩個(gè)密閉室內(nèi)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先記錄樣品的質(zhì)量讀數(shù)； 逐步向樣品室內(nèi)充入待測(cè)氣體，帶電磁懸掛天平讀數(shù)穩(wěn)定后記錄吸附平衡后的樣品質(zhì)量， 兩次質(zhì)量之差即為吸附氣體的質(zhì)量。而在真實(shí)地層條件下，原煤的流體受到地應(yīng)力場(chǎng)、溫度 場(chǎng)等多場(chǎng)的耦合作用，實(shí)際煤層氣或頁(yè)巖氣的吸附/解吸是一個(gè)具有漫長(zhǎng)地質(zhì)年代的受多 場(chǎng)耦合作用的連續(xù)物理力學(xué)過(guò)程。地應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的作用必然導(dǎo)致實(shí)際煤層氣或頁(yè)巖氣 體的吸附/解吸及擴(kuò)散規(guī)律有異于非應(yīng)力狀態(tài)下的特性。而國(guó)內(nèi)已有的測(cè)試方法測(cè)定地應(yīng) 力場(chǎng)、溫度場(chǎng)等多場(chǎng)耦合作用下的真實(shí)原煤儲(chǔ)層條件下的等溫吸附/解吸曲線，進(jìn)而影響實(shí) 驗(yàn)結(jié)果的可信性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)及方法，控 制電腦通過(guò)控制導(dǎo)線控制吸附測(cè)試裝置、抽真空裝置和液壓裝置運(yùn)作來(lái)模擬原煤試樣在不 同環(huán)境中的等溫解吸和吸附，并繪制吸附解吸曲線。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)，包 括試驗(yàn)柜和控制柜，試驗(yàn)柜上安裝有吸附測(cè)試裝置、抽真空裝置和液壓裝置，控制柜位于試 驗(yàn)柜側(cè)部，控制柜上安裝有控制電腦； 吸附測(cè)試裝置包括若干個(gè)實(shí)驗(yàn)筒，每個(gè)實(shí)驗(yàn)筒均包括樣品缸和密封螺栓，樣品缸的頂 面固定連接有圓形的上頂板，上頂板的圓心位置垂直開(kāi)設(shè)有與樣品缸內(nèi)部相連通的上連接 孔，樣品缸的底面固定連接有圓形的下底板，下底板的中心位置開(kāi)設(shè)有與樣品缸內(nèi)部相連 通的下連接孔，下連接孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，下底板的上表面沿垂直方向設(shè)有豎桿，豎桿上 固定有溫度傳感器和壓力傳感器，下底板的上表面向上設(shè)有圍繞下連接孔的螺旋狀的加熱 電阻絲，下底板的側(cè)部水平設(shè)有與下連接孔連通的通孔;密封螺栓的中心線沿垂直方向設(shè) 置，密封螺栓的上端設(shè)有放置臺(tái)，放置臺(tái)沿水平方向的橫截面小于密封螺栓沿水平方向的 橫截面，放置臺(tái)的外圓設(shè)有螺紋，放置臺(tái)螺紋連接有垂直設(shè)置的收縮筒，收縮筒的上端部與 上頂板的下表面固定連接，收縮筒和豎桿均位于加熱電阻絲當(dāng)中，收縮筒內(nèi)設(shè)有上墊塊;密 封螺栓向上伸入到下連接孔內(nèi)與樣品缸螺紋密封連接，密封螺栓中心沿垂直方向設(shè)有與樣 品缸內(nèi)部連通的透氣孔，密封螺栓的底部的透氣孔處連接有出氣管，出氣管上設(shè)有出氣控 制閥； 抽真空裝置包括一個(gè)真空栗、一個(gè)增壓栗和若干個(gè)輔助真空栗，真空栗和增壓栗均位 于輔助真空栗的下方，真空栗和增壓栗分別通過(guò)高壓氣管與輔助真空栗的底部固定連接， 每個(gè)輔助真空栗的頂部均固定連接有一根進(jìn)氣管，每根進(jìn)氣管的另一端均對(duì)應(yīng)與一個(gè)樣品 缸的上頂板上的上連接孔固定連接，每個(gè)進(jìn)氣管上均設(shè)有真空控制閥和進(jìn)氣控制閥，實(shí)驗(yàn) 筒與輔助真空栗 對(duì)應(yīng)； 液壓裝置包括支架和固定在支架上的液壓栗，液壓栗的頂部向上設(shè)有液壓管，液壓管 的另一端與下底板上的通孔連通，液壓管上靠近下底板的位置設(shè)有液壓控制閥； 控制電腦通過(guò)控制導(dǎo)線分別與真空栗、增壓栗、四個(gè)輔助真空栗、溫度傳感器、壓力傳 感器、加熱電阻絲和液壓栗連接。
[0005] 試驗(yàn)柜的下部開(kāi)設(shè)有儲(chǔ)物箱，儲(chǔ)物箱的箱門設(shè)在實(shí)驗(yàn)柜的前側(cè)。
[0006] 包括以下步驟： (1) 原煤試樣安裝； (2) 對(duì)系統(tǒng)抽真空； (3) 氣體等溫吸附實(shí)驗(yàn)； (4) 氣體等溫解吸實(shí)驗(yàn)。
[0007] 4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的原煤等溫吸附解吸方法，其特征在于:所述步驟（1)具體 為： a、 擰動(dòng)樣品缸，使樣品缸與密封螺栓分離，將樣品缸、收縮筒和上墊塊向上取下來(lái)并放 置在試驗(yàn)柜上； b、 將樣品缸上的管路連接好，把多孔墊片放置于放置臺(tái)上，在多孔墊片上放置原煤試 樣，原煤試樣頂部再放另一塊多孔墊片，將上墊塊放在原煤試樣上面的多孔墊片上并壓緊， 擺整齊后套上收縮筒(實(shí)驗(yàn)前先將原煤試樣烘干、稱重）； c、 利用熱風(fēng)槍吹熱風(fēng)使收縮筒1收縮(請(qǐng)?zhí)峁┦湛s筒的材料，正常情況下是熱脹冷縮 的），然后仔細(xì)檢查收縮筒的收縮情況直到緊緊包裹在原煤試樣表面，將樣品缸拿起并與密 封螺栓擰緊，裝樣完畢。
[0008] 5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的原煤等溫吸附解吸方法，其特征在于:所述步驟(2)具體 為： ㈠、操作控制電腦，開(kāi)啟真空栗和輔助真空栗，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)抽真空10~20min，抽真空完 畢后關(guān)閉進(jìn)氣管上的真空控制閥和進(jìn)氣控制閥。
[0009] 所述步驟(3)具體為： A、 啟動(dòng)增壓栗，向每個(gè)輔助真空栗內(nèi)充入氦氣； B、 對(duì)每個(gè)樣品缸內(nèi)部的加熱電阻絲供電，加熱電阻絲對(duì)樣品缸內(nèi)部進(jìn)行加熱，同時(shí)啟 動(dòng)液壓栗向樣品缸內(nèi)持續(xù)提供油壓； C、 通過(guò)溫度傳感器和壓力傳感器對(duì)樣品缸內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控，樣品缸內(nèi)部的油壓和溫度 到達(dá)實(shí)驗(yàn)所需的壓力和溫度后，關(guān)閉加熱電阻絲和液壓栗，關(guān)閉液壓管上的液壓控制閥； D、 打開(kāi)進(jìn)氣管上的真空控制閥和進(jìn)氣控制閥，通過(guò)增壓栗將氦氣充入樣品缸內(nèi)部，并 達(dá)到一定壓力(壓力大小高于實(shí)驗(yàn)最高氣壓IMPa); E、 待樣品缸內(nèi)部的氦氣氣壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的壓力后，關(guān)閉進(jìn)氣控制閥，通過(guò)控制電腦 記錄氦氣進(jìn)氣量； F、 此時(shí)原煤試樣開(kāi)始吸附氦氣，控制電腦連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的壓力變化，根據(jù)煤樣的變 質(zhì)程度、質(zhì)量的實(shí)際情況確定吸附平衡時(shí)間，若在lh內(nèi)壓力傳感器監(jiān)測(cè)的壓力變化在 0.02Mpa之內(nèi)，則認(rèn)為原煤試樣吸附平衡，記錄最終平衡壓力值& ; G、 控制電腦獲得原煤試樣等溫吸附的數(shù)據(jù)后，依次計(jì)算每個(gè)樣品缸內(nèi)的平衡壓力點(diǎn) 巧和吸附量義，按每個(gè)樣品缸測(cè)得的平衡壓力點(diǎn)$和吸附量』：作圖，即為原煤試樣的吸附 等溫線，將樣品缸內(nèi)部的氦氣和液壓油抽空，同時(shí)打開(kāi)出氣管上的出氣控制閥將樣品缸內(nèi) 部的氣體放出，完成原煤試樣等溫吸附實(shí)驗(yàn)。
[0010] 所述步驟(4)具體為： (I)重復(fù)步驟(2 )，啟動(dòng)增壓栗，向每個(gè)輔助真空栗內(nèi)充入甲烷； (Π )對(duì)每個(gè)樣品缸內(nèi)部的加熱電阻絲供電，加熱電阻絲對(duì)樣品缸內(nèi)部進(jìn)行加熱，同時(shí) 啟動(dòng)液壓栗向樣品缸內(nèi)持續(xù)提供油壓； (ΙΠ)通過(guò)溫度傳感器和壓力傳感器對(duì)樣品缸內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控，樣品缸內(nèi)部的油壓和溫 度到達(dá)實(shí)驗(yàn)所需的壓力和溫度后，關(guān)閉加熱電阻絲和液壓栗，關(guān)閉液壓管上的液壓控制閥； (IV) 打開(kāi)進(jìn)氣管上的真空控制閥和進(jìn)氣控制閥，通過(guò)增壓栗將甲烷充入樣品缸內(nèi)部， 并達(dá)到一定壓力； (V) 待樣品缸內(nèi)部的甲烷氣壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的壓力后，關(guān)閉進(jìn)氣控制閥24,通過(guò)控制 電腦記錄甲燒進(jìn)氣量； (VI) 此時(shí)原煤試樣開(kāi)始解吸甲烷，控制電腦連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的壓力變化，根據(jù)煤樣的 變質(zhì)程度、質(zhì)量的實(shí)際情況確定解吸平衡時(shí)間，若在lh內(nèi)壓力傳感器監(jiān)測(cè)的壓力變化在 0.02Mpa之內(nèi)，則認(rèn)為原煤試樣解吸平衡，記錄最終平衡壓力值# ; (W)控制電腦獲得原煤試樣等溫解吸的數(shù)據(jù)后，依次計(jì)算每個(gè)樣品缸內(nèi)的平衡壓力點(diǎn) ||和解吸量虞，按每個(gè)樣品缸測(cè)得的平衡壓力點(diǎn)&和解吸量J;作圖，即為原煤試樣的解吸 等溫線，將樣品缸6內(nèi)部的甲烷和液壓油抽空，同時(shí)打開(kāi)出氣管30上的出氣控制閥31將樣品 缸6內(nèi)部的氣體放出，完成原煤試樣等溫解吸實(shí)驗(yàn)。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果： 1、 采用了控制電腦作為整個(gè)系統(tǒng)的控制端，使得整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度大大提高，內(nèi) 部程序會(huì)根據(jù)事先設(shè)定好的壓力、溫度等參數(shù)控制相應(yīng)控制閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)，同時(shí)各傳感器傳 回相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 2、 抽真空裝置采用了增壓栗和真空栗分為主要壓力源，四個(gè)輔助真空栗作為輔助壓力 源，可以更好的控制系統(tǒng)壓力； 3、 收縮圓筒能很好的隔絕油滲入到原煤塊中，同時(shí)能將壓力和溫度傳給原煤塊，很好 的模擬地層環(huán)境； 4、同一塊原煤試樣先后通入氦氣和甲烷，自身作為對(duì)照，能很好的避免不同原煤塊內(nèi) 部結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致內(nèi)部氣孔等的影響，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[0012] 綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，控制電腦作為整個(gè)系統(tǒng)的控制端，使得整個(gè)系統(tǒng)的自 動(dòng)化程度大大提高，增壓栗和真空栗分為主要壓力源，四個(gè)輔助真空栗作為輔助壓力源，可 以更好的控制系統(tǒng)壓力，收縮圓筒可以很好的模擬地層環(huán)境，同一塊原煤先后通入氦氣和 甲烷，能很好的避免不同原煤塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致內(nèi)部氣孔等的影響，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是抽真空裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是吸附測(cè)試裝置和液壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是樣品缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是密封螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明： 如圖1 一圖5所示，原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)，包括試驗(yàn)柜1和控制柜2,試驗(yàn)柜1上安裝有 吸附測(cè)試裝置、抽真空裝置和液壓裝置，控制柜2位于試驗(yàn)柜1側(cè)部，控制柜2上安裝有控制 電腦3。
[0015] 吸附測(cè)試裝置包括四個(gè)實(shí)驗(yàn)筒，每個(gè)實(shí)驗(yàn)筒均包括樣品缸6和密封螺栓7,樣品缸6 的頂面固定連接有圓形的上頂板8,上頂板8的圓心位置垂直開(kāi)設(shè)有與樣品缸6內(nèi)部相連通 的上連接孔，樣品缸6的底面固定連接有圓形的下底板9,下底板9的中心位置開(kāi)設(shè)有與樣品 缸6內(nèi)部相連通的下連接孔，下連接孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，下底板9的上表面沿垂直方向設(shè) 有豎桿10,豎桿10的上端部固定連接有溫度傳感器11，豎桿10的中部固定連接有壓力傳感 器12，下底板9的上表面向上設(shè)有圍繞下連接孔的螺旋狀的加熱電阻絲13，加熱電阻絲13的 高度不超過(guò)豎桿10上壓力傳感器12的高度，下底板9的側(cè)部水平設(shè)有與下連接孔連通的通 孔;密封螺栓7的中心線沿垂直方向設(shè)置，密封螺栓7的上端設(shè)有放置臺(tái)14,放置臺(tái)14沿水平 方向的橫截面小于密封螺栓7沿水平方向的橫截面，放置臺(tái)14的外圓設(shè)有螺紋，放置臺(tái)14螺 紋連接有垂直設(shè)置的收縮筒15,收縮筒15的上端部與上頂板8的下表面固定連接，收縮筒15 和豎桿10均位于加熱電阻絲13當(dāng)中，收縮筒15內(nèi)設(shè)有上墊塊16;密封螺栓7向上伸入到下連 接孔內(nèi)與樣品缸6螺紋密封連接，密封螺栓7中心沿垂直方向設(shè)有與樣品缸內(nèi)部連通的透氣 孔，密封螺栓7的底部的透氣孔處連接有出氣管30，出氣管30上設(shè)有出氣控制閥31。
[0016] 抽真空裝置包括一個(gè)真空栗17、一個(gè)增壓栗18和四個(gè)輔助真空栗19,真空栗17和 增壓栗18均位于四個(gè)輔助真空栗19的下方，真空栗17和增壓栗18分別通過(guò)高壓氣管20與四 個(gè)輔助真空栗19的底部固定連接，每個(gè)輔助真空栗19的頂部均固定連接有一根進(jìn)氣管22， 每個(gè)進(jìn)氣管22的另一端均與上頂板8上的連接孔固定連接，每個(gè)進(jìn)氣管22上靠近輔助真空 栗19的位置均設(shè)有真空控制閥23,每個(gè)進(jìn)氣管22上靠近上頂板8的位置均設(shè)有進(jìn)氣控制閥 24； 液壓裝置包括支架25和固定在支架25上的液壓栗26,液壓栗26的頂部向上設(shè)有液壓管 27,液壓管27的另一端與下底板9上的通孔連通，液壓管27上靠近下底板9的位置設(shè)有液壓 控制閥28。
[0017] 控制電腦3通過(guò)控制導(dǎo)線分別與真空栗17、增壓栗18、四個(gè)輔助真空栗19、溫度傳 感器11、壓力傳感器12、加熱電阻絲13和液壓栗26連接。
[0018] 試驗(yàn)柜1的下部開(kāi)設(shè)有儲(chǔ)物箱29,儲(chǔ)物箱29的箱門設(shè)在試驗(yàn)柜1的前側(cè)。
[0019]原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)的吸附解析方法是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)的： (1) 原煤試樣安裝； (2) 對(duì)系統(tǒng)抽真空； (3) 氣體等溫吸附實(shí)驗(yàn)； (4) 氣體等溫解吸實(shí)驗(yàn)。
[0020] 所述步驟（1)具體為： a、 擰動(dòng)樣品缸6，使樣品缸6與密封螺栓7分離，將樣品缸6、收縮筒15和上墊塊16向上取 下來(lái)并放置在試驗(yàn)柜1上； b、 將樣品缸6上的管路連接好，把多孔墊片放置于放置臺(tái)14上，在多孔墊片上放置原煤 試樣，原煤試樣頂部再放另一塊多孔墊片，將上墊塊16放在原煤試樣上面的多孔墊片上并 壓緊，擺整齊后套上收縮筒15(實(shí)驗(yàn)前先將原煤試樣烘干、稱重）； c、 利用熱風(fēng)槍吹熱風(fēng)使收縮筒1收縮(請(qǐng)?zhí)峁┦湛s筒的材料，正常情況下是熱脹冷縮 的），然后仔細(xì)檢查收縮筒1的收縮情況直到緊緊包裹在原煤試樣表面，將樣品缸6拿起并與 密封螺栓7擰緊，裝樣完畢。
[0021] 所述步驟(2)具體為： ㈠、操作控制電腦3,開(kāi)啟真空栗17和輔助真空栗19,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)抽真空10~20min，抽 真空完畢后關(guān)閉進(jìn)氣管22上的真空控制閥23和進(jìn)氣控制閥24。
[0022]所述步驟(3)具體為： A、 啟動(dòng)增壓栗18,向每個(gè)輔助真空栗19內(nèi)充入氦氣； B、 ，對(duì)每個(gè)樣品缸6內(nèi)部的加熱電阻絲13供電，加熱電阻絲13對(duì)樣品缸6內(nèi)部加熱，同時(shí) 開(kāi)啟液壓栗26向樣品缸6內(nèi)持續(xù)提供油壓； C、 通過(guò)溫度傳感器11和壓力傳感器12對(duì)樣品缸6內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控，樣品缸6內(nèi)部的油壓 和溫度到達(dá)實(shí)驗(yàn)所需的壓力和溫度后，關(guān)閉加熱電阻絲13和液壓栗26,關(guān)閉液壓管27上的 液壓控制閥28; D、 打開(kāi)進(jìn)氣管22上的真空控制閥23和進(jìn)氣控制閥24,通過(guò)增壓栗18將氦氣充入樣品缸 6內(nèi)部，并達(dá)到一定壓力(壓力大小高于實(shí)驗(yàn)最高氣壓IMPa); E、 待樣品缸6內(nèi)部的氣壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的壓力后，關(guān)閉進(jìn)氣控制閥24,通過(guò)控制電腦3 記錄氦氣進(jìn)氣量； F、 此時(shí)原煤試樣開(kāi)始吸附氦氣，控制電腦3連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的壓力變化，根據(jù)原煤試樣 的變質(zhì)程度、質(zhì)量的實(shí)際情況確定吸附平衡時(shí)間，若在lh內(nèi)壓力傳感器12監(jiān)測(cè)的壓力變化 在0.02Mpa之內(nèi)，則認(rèn)為原煤試樣吸附平衡，記錄最終平衡壓力值; G、 控制電腦3獲得原煤試樣等溫吸附的數(shù)據(jù)后，依次計(jì)算每個(gè)樣品缸6內(nèi)的平衡壓力點(diǎn) 昇和吸附量4:，按每個(gè)樣品缸測(cè)得的平衡壓力點(diǎn)&和吸附量.4作圖，即為原煤試樣的吸附 等溫線，將樣品缸6內(nèi)部的氦氣和液壓油抽空，同時(shí)打開(kāi)出氣管30上的出氣控制閥31將樣品 缸6內(nèi)部的氣體放出，完成原煤試樣等溫吸附實(shí)驗(yàn)。
[0023] 所述步驟(4)具體為： (I)重復(fù)步驟(2)，啟動(dòng)增壓栗18,向每個(gè)輔助真空栗19內(nèi)充入甲烷； (Π )對(duì)每個(gè)樣品缸6內(nèi)部的加熱電阻絲13供電，加熱電阻絲13對(duì)樣品缸6內(nèi)部加熱，同 時(shí)開(kāi)啟液壓栗26向樣品缸6內(nèi)持續(xù)提供油壓； (ΙΠ )通過(guò)溫度傳感器11和壓力傳感器12對(duì)樣品缸6內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控，樣品缸6內(nèi)部的油 壓和溫度到達(dá)實(shí)驗(yàn)所需的壓力和溫度后，關(guān)閉加熱電阻絲13和液壓栗26,關(guān)閉液壓管27上 的液壓控制閥28; (IV )打開(kāi)進(jìn)氣管22上的真空控制閥23和進(jìn)氣控制閥24，將甲烷充入樣品缸6內(nèi)部，并達(dá) 到一定壓力(壓力大小高于實(shí)驗(yàn)最高氣壓IMPa); (V) 待樣品缸6內(nèi)部的氣壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的壓力后，關(guān)閉進(jìn)氣控制閥24,通過(guò)控制電腦 3記錄甲燒進(jìn)氣量； (VI)此時(shí)原煤試樣開(kāi)始解吸甲烷，控制電腦3連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的壓力變化，根據(jù)原煤試 樣的變質(zhì)程度、質(zhì)量的實(shí)際情況確定解吸平衡時(shí)間，若在lh內(nèi)壓力傳感器12監(jiān)測(cè)的壓力變 化在0.02Mpa之內(nèi)，則認(rèn)為原煤試樣解吸平衡，記錄最終平衡壓力值$ ; (W) 控制電腦3獲得原煤試樣等溫解吸的數(shù)據(jù)后，依次計(jì)算每個(gè)樣品缸6內(nèi)的平衡壓力 點(diǎn)||和解吸量，按每個(gè)樣品缸測(cè)得的平衡壓力點(diǎn)及和解吸量作圖，即為原煤試樣的解 吸等溫線，將樣品缸6內(nèi)部的甲烷和液壓油抽空，同時(shí)打開(kāi)出氣管30上的出氣控制閥31將樣 品缸6內(nèi)部的氣體放出，完成原煤試樣等溫解吸實(shí)驗(yàn)。
[0024] 各平衡壓力點(diǎn)處吸附過(guò)程含氣量及解吸過(guò)程含氣量計(jì)算。
[0025] 各平衡壓力點(diǎn)處吸附量采用氣體狀態(tài)方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下： 第一次注氣由吸附前后密封系統(tǒng)中氣體的物質(zhì)的量平衡建立等式 (1) 式中:吸附量，單位mol; -充入?yún)⒖俭w積內(nèi)氣體量，單位mo 1; 心一平衡后參考體積和樣品缸自由空間體積內(nèi)游離氣體量，單位mol。
[0026] 由氣體狀態(tài)方程纖?？傻?br>式中：if 一第1次注氣初始?jí)毫?，單位MPa; ^ 一第1次注氣平衡壓力，單位MPa; _ 一參考體積，單位ml; % 一樣品缸自由空間體積，單位ml; 6吸附平衡點(diǎn)處的體積吸附量，單位ml; f 一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下^吸附平衡點(diǎn)處每克煤體積吸附量，單位?/ & ; - 一煤樣質(zhì)量，單位g〇
[0027] 將公式(2)、（3)、（4)代入到等式(1)中，由于系統(tǒng)溫度恒定，Γ為定值，得
其中，€為實(shí)驗(yàn)設(shè)定值為實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，由式(5)可計(jì)算第1個(gè)壓力平衡點(diǎn)下的體積 吸附量。
[0028] 第二次注氣由理想氣體狀態(tài)方程和吸附前后物質(zhì)的量平衡建立等式，如下：
式中：if 一第2次注氣初始?jí)毫Γ瑔挝籑Pa; 一第2次注氣平衡壓力，單位MPa; 一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下吸附平衡點(diǎn)處每克煤體積吸附量，單位?〗~ ; 根據(jù)式(6)可計(jì)算第2個(gè)吸附過(guò)程壓力平衡點(diǎn)處的體積吸附量，由此式類推，可得后面 幾個(gè)壓力平衡點(diǎn)處的體積吸附量。
[0029] 各平衡壓力點(diǎn)處解吸量計(jì)算從實(shí)驗(yàn)最高平衡壓力開(kāi)始，計(jì)算過(guò)程如下： 第一次解吸由解吸前后密封系統(tǒng)中氣體的物質(zhì)的量平衡建立等式
式中：F-吸附試驗(yàn)最大平衡壓力，單位MPa; J一吸附試驗(yàn)最大平衡壓力處的吸附量，單位皿『/g ; g -第一次解吸平衡壓力，單位MPa; €-標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下解吸平衡點(diǎn)處每克煤體積吸附量，單位%。
式中:_一第二次解吸平衡壓力，單位MPa; 4 一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下^解吸平衡點(diǎn)處每克煤體積吸附量，單位皿W震。
[0031] 根據(jù)式(8)可計(jì)算第2個(gè)解吸過(guò)程壓力平衡點(diǎn)處的體積吸附量，由此式類推，可得 后面幾個(gè)壓力平衡點(diǎn)處的體積吸附量。
[0032] 本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā) 明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方 案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)，其特征在于:包括試驗(yàn)柜和控制柜，試驗(yàn)柜上安裝有吸附測(cè) 試裝置、抽真空裝置和液壓裝置，控制柜位于試驗(yàn)柜側(cè)部，控制柜上安裝有控制電腦； 吸附測(cè)試裝置包括若干個(gè)實(shí)驗(yàn)筒，每個(gè)實(shí)驗(yàn)筒均包括樣品缸和密封螺栓，樣品缸的頂 面固定連接有圓形的上頂板，上頂板的圓心位置垂直開(kāi)設(shè)有與樣品缸內(nèi)部相連通的上連接 孔，樣品缸的底面固定連接有圓形的下底板，下底板的中心位置開(kāi)設(shè)有與樣品缸內(nèi)部相連 通的下連接孔，下連接孔的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，下底板的上表面沿垂直方向設(shè)有豎桿，豎桿上 固定有溫度傳感器和壓力傳感器，下底板的上表面向上設(shè)有圍繞下連接孔的螺旋狀的加熱 電阻絲，下底板的側(cè)部水平設(shè)有與下連接孔連通的通孔;密封螺栓的中心線沿垂直方向設(shè) 置，密封螺栓的上端設(shè)有放置臺(tái)，放置臺(tái)沿水平方向的橫截面小于密封螺栓沿水平方向的 橫截面，放置臺(tái)的外圓設(shè)有螺紋，放置臺(tái)螺紋連接有垂直設(shè)置的收縮筒，收縮筒的上端部與 上頂板的下表面固定連接，收縮筒和豎桿均位于加熱電阻絲當(dāng)中，收縮筒內(nèi)設(shè)有上墊塊;密 封螺栓向上伸入到下連接孔內(nèi)與樣品缸螺紋密封連接，密封螺栓中心沿垂直方向設(shè)有與樣 品缸內(nèi)部連通的透氣孔，密封螺栓的底部的透氣孔處連接有出氣管，出氣管上設(shè)有出氣控 制閥； 抽真空裝置包括一個(gè)真空栗、一個(gè)增壓栗和若干個(gè)輔助真空栗，真空栗和增壓栗均位 于輔助真空栗的下方，真空栗和增壓栗分別通過(guò)高壓氣管與輔助真空栗的底部固定連接， 每個(gè)輔助真空栗的頂部均固定連接有一根進(jìn)氣管，每根進(jìn)氣管的另一端均對(duì)應(yīng)與一個(gè)樣品 缸的上頂板上的上連接孔固定連接，每個(gè)進(jìn)氣管上均設(shè)有真空控制閥和進(jìn)氣控制閥，實(shí)驗(yàn) 筒與輔助真空栗 對(duì)應(yīng)； 液壓裝置包括支架和固定在支架上的液壓栗，液壓栗的頂部向上設(shè)有液壓管，液壓管 的另一端與下底板上的通孔連通，液壓管上靠近下底板的位置設(shè)有液壓控制閥； 控制電腦通過(guò)控制導(dǎo)線分別與真空栗、增壓栗、四個(gè)輔助真空栗、溫度傳感器、壓力傳 感器、加熱電阻絲和液壓栗連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)，其特征在于:試驗(yàn)柜的下部開(kāi)設(shè)有儲(chǔ) 物箱，儲(chǔ)物箱的箱門設(shè)在實(shí)驗(yàn)柜的前側(cè)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原煤等溫吸附解吸系統(tǒng)的等溫吸附解吸方法，其特征在于:包 括以下步驟： (1) 、原煤試樣安裝； (2) 、對(duì)系統(tǒng)抽真空； (3) 氣體等溫吸附實(shí)驗(yàn)； (4) 、氣體等溫解吸實(shí)驗(yàn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原煤等溫吸附解吸方法，其特征在于:所述步驟(1)具體為： a、 擰動(dòng)樣品缸，使樣品缸與密封螺栓分離，將樣品缸、收縮筒和上墊塊向上取下來(lái)并放 置在試驗(yàn)柜上； b、 將樣品缸上的管路連接好，把多孔墊片放置于放置臺(tái)上，在多孔墊片上放置原煤試 樣，原煤試樣頂部再放另一塊多孔墊片，將上墊塊放在原煤試樣上面的多孔墊片上并壓緊， 擺整齊后套上收縮筒(實(shí)驗(yàn)前先將原煤試樣烘干、稱重）； c、 利用熱風(fēng)槍吹熱風(fēng)使收縮筒1收縮(請(qǐng)?zhí)峁┦湛s筒的材料，正常情況下是熱脹冷縮 的），然后仔細(xì)檢查收縮筒的收縮情況直到緊緊包裹在原煤試樣表面，將樣品缸拿起并與密 封螺栓擰緊，裝樣完畢。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原煤等溫吸附解吸方法，其特征在于:所述步驟(2)具體為： ㈠ 、操作控制電腦，開(kāi)啟真空栗和輔助真空栗，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)抽真空10~20min，抽真空完 畢后關(guān)閉進(jìn)氣管上的真空控制閥和進(jìn)氣控制閥。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原煤等溫吸附解吸方法，其特征在于:所述步驟(3)具體為： A、 啟動(dòng)增壓栗，向每個(gè)輔助真空栗內(nèi)充入氦氣； B、 對(duì)每個(gè)樣品缸內(nèi)部的加熱電阻絲供電，加熱電阻絲對(duì)樣品缸內(nèi)部進(jìn)行加熱，同時(shí)啟 動(dòng)液壓栗向樣品缸內(nèi)持續(xù)提供油壓； C、 通過(guò)溫度傳感器和壓力傳感器對(duì)樣品缸內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控，樣品缸內(nèi)部的油壓和溫度 到達(dá)實(shí)驗(yàn)所需的壓力和溫度后，關(guān)閉加熱電阻絲和液壓栗，關(guān)閉液壓管上的液壓控制閥； D、 打開(kāi)進(jìn)氣管上的真空控制閥和進(jìn)氣控制閥，通過(guò)增壓栗將氦氣充入樣品缸內(nèi)部，并 達(dá)到一定壓力(壓力大小高于實(shí)驗(yàn)最高氣壓IMPa); E、 待樣品缸內(nèi)部的氦氣氣壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的壓力后，關(guān)閉進(jìn)氣控制閥，通過(guò)控制電腦 記錄氦氣進(jìn)氣量； F、 此時(shí)原煤試樣開(kāi)始吸附氦氣，控制電腦連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的壓力變化，根據(jù)煤樣的變 質(zhì)程度、質(zhì)量的實(shí)際情況確定吸附平衡時(shí)間，若在lh內(nèi)壓力傳感器監(jiān)測(cè)的壓力變化在 0.02Mpa之內(nèi)，則認(rèn)為原煤試樣吸附平衡，記錄最終平衡壓力值％ ; G、 控制電腦獲得原煤試樣等溫吸附的數(shù)據(jù)后，依次計(jì)算每個(gè)樣品缸內(nèi)的平衡壓力點(diǎn) 和吸附量1，按每個(gè)樣品缸測(cè)得的平衡壓力點(diǎn)$和吸附量4作圖，即為原煤試樣的吸附等 溫線，將樣品缸內(nèi)部的氦氣和液壓油抽空，同時(shí)打開(kāi)出氣管上的出氣控制閥將樣品缸內(nèi)部 的氣體放出，完成原煤試樣等溫吸附實(shí)驗(yàn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原煤等溫吸附解吸方法，其特征在于:所述步驟(4)具體為： (I)重復(fù)步驟(2)，啟動(dòng)增壓栗，向每個(gè)輔助真空栗內(nèi)充入甲烷； (Π )對(duì)每個(gè)樣品缸內(nèi)部的加熱電阻絲供電，加熱電阻絲對(duì)樣品缸內(nèi)部進(jìn)行加熱，同時(shí) 啟動(dòng)液壓栗向樣品缸內(nèi)持續(xù)提供油壓； (ΙΠ )通過(guò)溫度傳感器和壓力傳感器對(duì)樣品缸內(nèi)部的實(shí)時(shí)監(jiān)控，樣品缸內(nèi)部的油壓和溫 度到達(dá)實(shí)驗(yàn)所需的壓力和溫度后，關(guān)閉加熱電阻絲和液壓栗，關(guān)閉液壓管上的液壓控制閥； (IV) 打開(kāi)進(jìn)氣管上的真空控制閥和進(jìn)氣控制閥，通過(guò)增壓栗將甲烷充入樣品缸內(nèi)部， 并達(dá)到一定壓力； (V) 待樣品缸內(nèi)部的甲烷氣壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的壓力后，關(guān)閉進(jìn)氣控制閥24,通過(guò)控制 電腦記錄甲燒進(jìn)氣量； (VI) 此時(shí)原煤試樣開(kāi)始解吸甲烷，控制電腦連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的壓力變化，根據(jù)煤樣的 變質(zhì)程度、質(zhì)量的實(shí)際情況確定解吸平衡時(shí)間，若在lh內(nèi)壓力傳感器監(jiān)測(cè)的壓力變化在 0.02Mpa之內(nèi)，則認(rèn)為原煤試樣解吸平衡，記錄最終平衡壓力值片； (W)控制電腦獲得原煤試樣等溫解吸的數(shù)據(jù)后，依次計(jì)算每個(gè)樣品缸內(nèi)的平衡壓力點(diǎn) $和解吸量波，按每個(gè)樣品缸測(cè)得的平衡壓力點(diǎn)4和解吸量4:作圖，即為原煤試樣的解吸 等溫線，將樣品缸6內(nèi)部的甲烷和液壓油抽空，同時(shí)打開(kāi)出氣管30上的出氣控制閥31將樣品 缸6內(nèi)部的氣體放出，完成原煤試樣等溫解吸實(shí)驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G01N7/14GK105865969SQ201610414280
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】陶樹(shù), 吳海勇, 張國(guó)偉, 張濤
【申請(qǐng)人】中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）