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CN111175218A - 一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置及方法 - Google Patents

一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置及方法 Download PDF

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CN111175218A
CN111175218A CN202010208921.2A CN202010208921A CN111175218A CN 111175218 A CN111175218 A CN 111175218A CN 202010208921 A CN202010208921 A CN 202010208921A CN 111175218 A CN111175218 A CN 111175218A
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刘晓
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Abstract

本发明涉及一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,包括二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器,其中二氧化碳气源通过导流管与净化器连通,净化器通过导流管分别与冷凝器和分离釜Ⅱ连通,冷凝器另通过导流管分别与高压二氧化碳泵、携带剂泵连通。其试验方法包括设备组装、设备预制、气密性检测、实验预制、萃取实验及渗流实验等留个步骤。本发明可以进行原位储层条件下的超临界萃取CO2与渗透性测试,可进行柱状、型煤及粉煤等不同状态的煤体吸附、萃取和渗透实验,并可在不转移样品的同时对抽提液进行取样、浓缩蒸馏,减少了有效物质的损失,提高了抽提效率和精确度。

Description

一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置及方法
技术领域
本发明涉及超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,属煤层气试验研究设备技术领域。
背景技术
超临界二氧化碳抽提研究主要集中于超临界二氧化碳对煤体的改造方面。超临界二氧化碳为一种良好的超临界溶剂,可抽提出煤中有机小分子改变煤的物理化学性质,改变了煤吸附气体的能力和本质。在煤化学研究中,通过溶剂萃取,利用溶剂具有的授-受电子能力将煤中小分子相释放出来,达煤结构的主体和客体分离,以之推测和验证煤的结构模型及其对煤的性质的影响。通过逐级萃取将小分子相逐步从大分子网络结构中分离,对不同溶剂中可溶物和不溶物的分析,一方面可为煤结构模型的建立和验证提供大量依据,另一方面萃取物中小分子数量在一定程度上也代表了煤物理化学性质的稳定性。
煤层中的气体主要以吸附态存在,但煤储层孔裂隙的复杂性较高,煤储层也具有低渗性,在目前的煤层气地面开发实践中,常采用水力压裂、酸化压裂等储层强化措施,以增加储层的渗透性。虽然国内外研究人员对煤的溶剂萃取做了大量的实验与研究,主要用于煤化学和煤结构的研究,但尚且没有将超临界二氧化碳萃取与测试煤的渗透性结合的可以直接用于改善储层条件的模拟实验装置和研究方法。鉴于目前煤层气开发过程中,单纯依靠常规水力压裂和气驱的方法,取得的效果并不显著,亟需探寻新的储层强化工艺措施,以改善储层物性,从而增大煤层气井产能。
发明内容
本发明目的就在于克服上述不足,提供一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置及方法。
为实现上述目的,本发明是通过以下技术方案来实现:
一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,包括二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ、携带剂流量计、温度计、压力计、安全阀,其中所述二氧化碳气源通过导流管与净化器连通,所述净化器通过导流管分别与冷凝器和分离釜Ⅱ连通,所述冷凝器另通过导流管分别与高压二氧化碳泵、携带剂泵连通,所述高压二氧化碳泵、携带剂泵分别通过单向阀与导流管连通,且高压二氧化碳泵、携带剂泵相互串联,所述携带剂泵通过导流管与携带计量桶连通,且携带计量桶与携带剂泵之间的导流管上设一个携带剂流量计,所述混合器通过导流管与高压二氧化碳泵、携带剂泵所连接单向阀之间的导流管连通,且混合器另通过导流管与预加热器Ⅰ连通,所述预加热器Ⅰ通过导流管分别与萃取釜、夹持器连接,所述夹持器另通过导流管与萃取釜和预加热器Ⅱ连通,所述萃取釜另通过导流管与预加热器Ⅱ连通,所述预加热器Ⅱ通过导流管与分离釜Ⅰ连通,所述分离釜Ⅰ通过导流管与预加热器Ⅲ连通,所述预加热器Ⅲ通过导流管与分离釜Ⅱ连通,所述萃取釜和预加热器Ⅱ之间、分离釜Ⅰ和预加热器Ⅲ之间的导流管另分别与温度计、压力计及安全阀连接。
进一步的,所述夹持器包括真空泵、缓存罐、辅助泵、检测腔,其中所述检测腔前段面通过导流管与预加热器Ⅰ连通,后端面通过导流管与萃取釜和预加热器Ⅱ连通,所述真空泵通过缓存罐与检测腔前端面连通并与预加热器Ⅰ连通,所述辅助泵共两个,并分别与检测腔连通,且两个辅助泵与检测腔连通位置以检测腔中点对称分布,所述检测腔与缓存罐、辅助泵连通的导流管间均设一个压力计。
进一步的,所述检测腔包括检测筒体、前端盖、后端盖、辅助挡环、导向套、驱动活塞、前岩心室、后岩心室、承载胶套、弹性垫板、应变片及位移传感器,所述料筒为柱状空心管状结构,其后端面与后端盖连接,前端面与导向套连接并通过导向套与前端盖连接,所述检测筒体、前端盖、后端盖、导向套间同轴分布,所述前岩心室、后岩心室均为“凸”字形柱状结构,其前端面直径为后端面直径至少3倍,且所述前岩心室、后岩心室前端面均嵌于检测筒体内,后端面位于前端盖、后端盖外侧,且前岩心室、后岩心室均与检测筒体同轴分布,前岩心室、后岩心室内设一条与检测筒体同轴分布的导流腔,且导流腔通过导流管分别与预加热器Ⅰ和萃取釜、预加热器Ⅱ连通,所述前岩心室通过辅助挡环与前端盖及检测筒体滑动连接,并与驱动活塞相抵,所述驱动活塞嵌于前端盖内并位于前端盖和导向套之间位置并与检测筒体同轴分布,包覆在前岩心室外并与导向套滑动连接,所述驱动活塞后端面对应的前端盖侧表面设至少一个轴向增压口,驱动活塞前端面对应的导向套外侧面设一个轴向泄压口,所述轴向增压口和轴向泄压口分别与驱动活塞连通并通过导流管与一个辅助泵连通,所述承载胶套嵌于检测筒体内与检测筒体同轴分布并与检测筒体内侧面相抵,且承载胶套两端分别与检测筒体两端位置的辅助挡环连接并包覆在前岩心室、后岩心室外侧面,所述前岩心室、后岩心室前端面对应检测筒体内设长度为检测筒体长度1/3—2/3承载室,所述弹性垫板和应变片均位于承载室内,且弹性垫板与后岩心室前端面相抵并同轴分布,所述承载室对应检测筒体侧壁上设一个检测口和一个环形增压口,其中检测口与温度计连接,环形增压口与承载胶套和检测筒体之间间隙连通,同时与一个辅助泵通过导流管连通,所述应变片至少一个,且各应变片均设一条导线并与导线电气连接,且导线另一端通过后端盖位于检测筒体外侧,所述位移传感器位于检测筒体外侧,并与前岩心室位于检测筒体外侧部分外侧面连接。
进一步的,所述控导流管与二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ间通过控制阀连接,且所述净化器、冷凝器、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ上均设至少一个温度计和压力计。
进一步的,所述夹持器处设控制电路,所述控制电路分别与二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ及控制阀电气连接。
进一步的,所述控制电路为基于可编程控制器、工业单片机及物联网控制器中任意一种为基础的电路系统。
一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置的试验方法,包括如下步骤:
S1,设备组装,首先根据使用需要对二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ及控制阀电气连接备用;
S2,设备预制,完成S1步骤后,首先根据检测作业的需要,将采集到的煤样粉碎,然后对粉碎后的煤屑压实制备成长度为50mm,直径为50mm的圆柱型煤样,然后根据同直径和长度的金属式样块,并根据检测需要设定检测作业的实验温度及实验压力;
S3,气密性检测,完成S2步骤检测作业后,首先将S2步骤制备的金属式样块安装到夹持器的承载室内并与夹持器后岩心室前端面连接并同轴分布,然后驱动辅助泵运行,调节驱动活塞运行并由驱动活塞驱动前岩心室运行并对金属式样块另一端夹持定位,然后通过真空泵将夹持器内空气排空并使夹持器内压力值达到-0.19MPa,并保压2—4小时,即可完成气密性检测;
S4,实验预制,完成S3步骤检测作业后,首先将金属式样块从夹持器中取出,并将S2步骤制备得到的煤样安装到坚持器中,并再次通过真空泵将夹持器内空气排空并使夹持器内压力值达到-0.19MPa并保压;然后分别驱动二氧化碳气源、冷凝器、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ运行,一方面调节冷凝器、混合器、萃取釜、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ运行温度达到S2步骤设定实验值,另一方面驱动高压二氧化碳泵运行,对二氧化碳气源输送的二氧化碳器进行增压,并通过冷凝器、混合器调温调压后输送至夹持器内,并使夹持器内的气压和温度达到S2步骤设定实验值,并在夹持器内的气压和温度达到S2步骤设定实验值并保温保压1—3分钟后即可进行后续作业;
S5,萃取实验,完成S4步骤后,将夹持器与外部二氧化碳气连通,与萃取釜和预加热器Ⅱ断开连接并保压,然后通过携带剂泵、高压二氧化碳泵和夹持器的辅助泵增加夹持器内气压达到S2步骤设定值后保压96小时,最后断开夹持器与二氧化碳气断开,将煤样取出并使煤样与和夹持器自然冷却至室温,然后一方面对煤样称重测量,另一方面返回至S4步骤,并在夹持器内安装全新的煤样,进行后续实验;
S6,渗流实验,完成S5步骤后,首先对二氧化碳流量计、导流管上的温度计、压力计及夹持器处的温度计、压力计数值进行读取并开始连续记录;然后驱动携带剂泵、高压二氧化碳泵和夹持器的辅助泵运行,增加夹持器内温度和压力,首先使得夹持器内的气压升高至0.1—0.4MPa,温度升高至25℃—45℃,然后持续对夹持器内供给二氧化碳气并保持夹持器内温度和气压稳定运行12小时达到吸附平衡,并对吸附过程中压力和温度值进行连续记录;完成吸附平衡后增加输送至夹持器内二氧化碳压力值达到0.4—0.8,并将夹持器与萃取釜、预加热器Ⅱ连通,并保持压力值稳定运行5分钟后开始通过压力及和温度计进行数据连续采集,即可完成萃取实验。
进一步的,所述S2步骤中,冷凝器实验预定温度5℃、高压二氧化碳泵输送压力为10 MPa,转速为30r/min;夹持器二氧化碳的临界温度31.1℃与临界压力7.38 MPa,实验温度为32℃,抽提压力为10MPa、抽提的实验时间设定为96小时。
本发明结构简单,操作方便,一机多用,通用性好,可以进行原位储层条件下的超临界萃取CO2与渗透性测试,还可以进行柱状、型煤及粉煤等不同状态的煤体吸附、萃取和渗透实验,并可结合高温高压抽提的通用性、高效性和固相抽提的高选择性,并实现在高温高压状态下和密闭空间内进行物质提取,可以通过加压/减压控制调节来测试样品的渗透性,还可以在不转移样品的同时对抽提液进行取样、浓缩蒸馏,减少了有效物质的损失,提高了抽提效率和精确度。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为检测腔局部结构示意图;
图3为本发明试验方法流程图。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。然而,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的内容仅用于说明本发明,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
如图1和2所示,一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,包括二氧化碳气源1、净化器2、冷凝器3、携带计量桶4、二氧化碳流量计5、携带剂泵6、高压二氧化碳泵7、混合器8、萃取釜10、夹持器9、预加热器Ⅰ11、预加热器Ⅱ12、预加热器Ⅲ13、分离釜Ⅰ14、分离釜Ⅱ15、携带剂流量计16、温度计17、压力计18、安全阀19,其中二氧化碳气源1通过导流管与净化器2连通,净化器2通过导流管分别与冷凝器3和分离釜Ⅱ15连通,冷凝器2另通过导流管分别与高压二氧化碳泵7、携带剂泵6连通,高压二氧化碳泵7、携带剂泵6分别通过单向阀20与导流管连通,且高压二氧化碳泵7、携带剂泵6相互串联,携带剂泵6通过导流管与携带计量桶4连通,且携带计量桶4与携带剂泵6之间的导流管上设一个携带剂流量计16,混合器8通过导流管与高压二氧化碳泵7、携带剂泵6所连接单向阀20之间的导流管连通,且混合器8另通过导流管与预加热器Ⅰ11连通,预加热器Ⅰ11通过导流管分别与萃取釜10、夹持器9连接,所述夹持器9另通过导流管与萃取釜10和预加热器Ⅱ12连通,萃取釜10另通过导流管与预加热器Ⅱ12连通,预加热器Ⅱ12通过导流管与分离釜Ⅰ14连通,分离釜Ⅰ14通过导流管与预加热器Ⅲ13连通,所述预加热器Ⅲ13通过导流管与分离釜Ⅱ15连通,萃取釜10和预加热器Ⅱ12之间、分离釜Ⅰ14和预加热器Ⅲ13之间的导流管另分别与温度计17、压力计18及安全阀19连接。
重点说明的,所述夹持器9包括真空泵91、缓存罐92、辅助泵93、检测腔94,其中所述检测腔94前段面通过导流管与预加热器Ⅰ11连通,后端面通过导流管与萃取釜10和预加热器Ⅱ12连通,所述真空泵91通过缓存罐92与检测腔94前端面连通并与预加热器Ⅰ11连通,所述辅助泵93共两个,并分别与检测腔94连通,且两个辅助泵93与检测腔94连通位置以检测腔94中点对称分布,所述检测腔94与缓存罐92、辅助泵93连通的导流管间均设一个压力计18。
值得注意的,所述检测腔94包括检测筒体941、前端盖942、后端盖943、辅助挡环944、导向套945、驱动活塞946、前岩心室947、后岩心室948、承载胶套949、弹性垫板940、应变片9401及位移传感器9402,所述料筒941为柱状空心管状结构,其后端面与后端盖943连接,前端面与导向套945连接并通过导向套945与前端盖942连接,所述检测筒体941、前端盖942、后端盖943、导向套945间同轴分布,所述前岩心室947、后岩心室948均为“凸”字形柱状结构,其前端面直径为后端面直径至少3倍,且所述前岩心室947、后岩心室948前端面均嵌于检测筒体941内,后端面位于前端盖942、后端盖943外侧,且前岩心室947、后岩心室948均与检测筒体941同轴分布,前岩心室947、后岩心室948内设一条与检测筒体941同轴分布的导流腔9403,且导流腔9403通过导流管分别与预加热器Ⅰ11和萃取釜10、预加热器Ⅱ12连通,所述前岩心室947通过辅助挡环944与前端盖942及检测筒体941滑动连接,并与驱动活塞946相抵,所述驱动活塞946嵌于前端盖942内并位于前端盖942和导向套945之间位置并与检测筒体941同轴分布,包覆在前岩心室947外并与导向套945滑动连接,所述驱动活塞946后端面对应的前端盖942侧表面设至少一个轴向增压口9404,驱动活塞946前端面对应的导向套945外侧面设一个轴向泄压口9405,所述轴向增压口9404和轴向泄压口9405分别与驱动活塞946连通并通过导流管与一个辅助泵93连通,所述承载胶套949嵌于检测筒体941内与检测筒体941同轴分布并与检测筒体941内侧面相抵,且承载胶套949两端分别与检测筒体941两端位置的辅助挡环944连接并包覆在前岩心室947、后岩心室948外侧面,所述前岩心室947、后岩心室948前端面对应检测筒体941内设长度为检测筒体941长度1/3—2/3承载室9405,所述弹性垫板940和应变片9401均位于承载室9405内,且弹性垫板940与后岩心室948前端面相抵并同轴分布,所述承载室9405对应检测筒体941侧壁上设一个检测口9406和一个环形增压口9407,其中检测口9406与温度计17连接,环形增压口9407与承载胶套949和检测筒体941之间间隙连通,同时与一个辅助泵93通过导流管连通,所述应变片9401至少一个,且各应变片9401均设一条导线9408并与导线9408电气连接,且导线另一端通过后端盖943位于检测筒体941外侧,所述位移传感器9402位于检测筒体941外侧,并与前岩心室947位于检测筒体941外侧部分外侧面连接。
此外,所述控导流管与二氧化碳气源1、净化器2、冷凝器3、携带计量桶4、二氧化碳流量计5、携带剂泵6、高压二氧化碳泵7、混合器8、萃取釜10、夹持器9、预加热器Ⅰ11、预加热器Ⅱ12、预加热器Ⅲ13、分离釜Ⅰ14、分离釜Ⅱ15间通过控制阀21连接,且所述净化器2、冷凝器3、混合器8、萃取釜10、夹持器9、预加热器Ⅰ11、预加热器Ⅱ12、预加热器Ⅲ13、分离釜Ⅰ14、分离釜Ⅱ15上均设至少一个温度计17和压力计18。
同时,所述夹持器9处设控制电路22,所述控制电路22分别与二氧化碳气源1、净化器2、冷凝器3、携带计量桶4、二氧化碳流量计5、携带剂泵6、高压二氧化碳泵7、混合器8、萃取釜10、夹持器9、预加热器Ⅰ11、预加热器Ⅱ12、预加热器Ⅲ13、分离釜Ⅰ14、分离釜Ⅱ及控制阀21电气连接。
进一步优化的,所述控制电路22为基于可编程控制器、工业单片机及物联网控制器中任意一种为基础的电路系统。
如图3所示,一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置的试验方法,包括如下步骤:
S1,设备组装,首先根据使用需要对二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ及控制阀电气连接备用;
S2,设备预制,完成S1步骤后,首先根据检测作业的需要,将采集到的煤样粉碎,然后对粉碎后的煤屑压实制备成长度为50mm,直径为50mm的圆柱型煤样,然后根据同直径和长度的金属式样块,并根据检测需要设定检测作业的实验温度及实验压力;
S3,气密性检测,完成S2步骤检测作业后,首先将S2步骤制备的金属式样块安装到夹持器的承载室内并与夹持器后岩心室前端面连接并同轴分布,然后驱动辅助泵运行,调节驱动活塞运行并由驱动活塞驱动前岩心室运行并对金属式样块另一端夹持定位,然后通过真空泵将夹持器内空气排空并使夹持器内压力值达到-0.19MPa,并保压2—4小时,即可完成气密性检测;
S4,实验预制,完成S3步骤检测作业后,首先将金属式样块从夹持器中取出,并将S2步骤制备得到的煤样安装到坚持器中,并再次通过真空泵将夹持器内空气排空并使夹持器内压力值达到-0.19MPa并保压;然后分别驱动二氧化碳气源、冷凝器、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ运行,一方面调节冷凝器、混合器、萃取釜、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ运行温度达到S2步骤设定实验值,另一方面驱动高压二氧化碳泵运行,对二氧化碳气源输送的二氧化碳器进行增压,并通过冷凝器、混合器调温调压后输送至夹持器内,并使夹持器内的气压和温度达到S2步骤设定实验值,并在夹持器内的气压和温度达到S2步骤设定实验值并保温保压1—3分钟后即可进行后续作业;
S5,萃取实验,完成S4步骤后,将夹持器与外部二氧化碳气连通,与萃取釜和预加热器Ⅱ断开连接并保压,然后通过携带剂泵、高压二氧化碳泵和夹持器的辅助泵增加夹持器内气压达到S2步骤设定值后保压96小时,最后断开夹持器与二氧化碳气断开,将煤样取出并使煤样与和夹持器自然冷却至室温,然后一方面对煤样称重测量,另一方面返回至S4步骤,并在夹持器内安装全新的煤样,进行后续实验;
S6,渗流实验,完成S5步骤后,首先对二氧化碳流量计、导流管上的温度计、压力计及夹持器处的温度计、压力计数值进行读取并开始连续记录;然后驱动携带剂泵、高压二氧化碳泵和夹持器的辅助泵运行,增加夹持器内温度和压力,首先使得夹持器内的气压升高至0.1—0.4MPa,温度升高至25℃—45℃,然后持续对夹持器内供给二氧化碳气并保持夹持器内温度和气压稳定运行12小时达到吸附平衡,并对吸附过程中压力和温度值进行连续记录;完成吸附平衡后增加输送至夹持器内二氧化碳压力值达到0.4—0.8,并将夹持器与萃取釜、预加热器Ⅱ连通,并保持压力值稳定运行5分钟后开始通过压力及和温度计进行数据连续采集,即可完成萃取实验。
进一步优化的,所述S2步骤中,冷凝器实验预定温度5℃、高压二氧化碳泵输送压力为10 MPa,转速为30r/min;夹持器二氧化碳的临界温度31.1℃与临界压力7.38 MPa,实验温度为32℃,抽提压力为10MPa、抽提的实验时间设定为96小时。
本发明结构简单,操作方便,一机多用,通用性好,可以进行原位储层条件下的超临界萃取CO2与渗透性测试,还可以进行柱状、型煤及粉煤等不同状态的煤体吸附、萃取和渗透实验,并可结合高温高压抽提的通用性、高效性和固相抽提的高选择性,并实现在高温高压状态下和密闭空间内进行物质提取,可以通过加压/减压控制调节来测试样品的渗透性,还可以在不转移样品的同时对抽提液进行取样、浓缩蒸馏,减少了有效物质的损失,提高了抽提效率和精确度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,其特征在于:所述的超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置包括二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ、携带剂流量计、温度计、压力计、安全阀,其中所述二氧化碳气源通过导流管与净化器连通,所述净化器通过导流管分别与冷凝器和分离釜Ⅱ连通,所述冷凝器另通过导流管分别与高压二氧化碳泵、携带剂泵连通,所述高压二氧化碳泵、携带剂泵分别通过单向阀与导流管连通,且高压二氧化碳泵、携带剂泵相互串联,所述携带剂泵通过导流管与携带计量桶连通,且携带计量桶与携带剂泵之间的导流管上设一个携带剂流量计,所述混合器通过导流管与高压二氧化碳泵、携带剂泵所连接单向阀之间的导流管连通,且混合器另通过导流管与预加热器Ⅰ连通,所述预加热器Ⅰ通过导流管分别与萃取釜、夹持器连接,所述夹持器另通过导流管与萃取釜和预加热器Ⅱ连通,所述萃取釜另通过导流管与预加热器Ⅱ连通,所述预加热器Ⅱ通过导流管与分离釜Ⅰ连通,所述分离釜Ⅰ通过导流管与预加热器Ⅲ连通,所述预加热器Ⅲ通过导流管与分离釜Ⅱ连通,所述萃取釜和预加热器Ⅱ之间、分离釜Ⅰ和预加热器Ⅲ之间的导流管另分别与温度计、压力计及安全阀连接。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,其特征在于:所述夹持器包括真空泵、缓存罐、辅助泵、检测腔,其中所述检测腔前段面通过导流管与预加热器Ⅰ连通,后端面通过导流管与萃取釜和预加热器Ⅱ连通,所述真空泵通过缓存罐与检测腔前端面连通并与预加热器Ⅰ连通,所述辅助泵共两个,并分别与检测腔连通,且两个辅助泵与检测腔连通位置以检测腔中点对称分布,所述检测腔与缓存罐、辅助泵连通的导流管间均设一个压力计。
3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,其特征在于:所述检测腔包括检测筒体、前端盖、后端盖、辅助挡环、导向套、驱动活塞、前岩心室、后岩心室、承载胶套、弹性垫板、应变片及位移传感器,所述料筒为柱状空心管状结构,其后端面与后端盖连接,前端面与导向套连接并通过导向套与前端盖连接,所述检测筒体、前端盖、后端盖、导向套间同轴分布,所述前岩心室、后岩心室均为“凸”字形柱状结构,其前端面直径为后端面直径至少3倍,且所述前岩心室、后岩心室前端面均嵌于检测筒体内,后端面位于前端盖、后端盖外侧,且前岩心室、后岩心室均与检测筒体同轴分布,前岩心室、后岩心室内设一条与检测筒体同轴分布的导流腔,且导流腔通过导流管分别与预加热器Ⅰ和萃取釜、预加热器Ⅱ连通,所述前岩心室通过辅助挡环与前端盖及检测筒体滑动连接,并与驱动活塞相抵,所述驱动活塞嵌于前端盖内并位于前端盖和导向套之间位置并与检测筒体同轴分布,包覆在前岩心室外并与导向套滑动连接,所述驱动活塞后端面对应的前端盖侧表面设至少一个轴向增压口,驱动活塞前端面对应的导向套外侧面设一个轴向泄压口,所述轴向增压口和轴向泄压口分别与驱动活塞连通并通过导流管与一个辅助泵连通,所述承载胶套嵌于检测筒体内与检测筒体同轴分布并与检测筒体内侧面相抵,且承载胶套两端分别与检测筒体两端位置的辅助挡环连接并包覆在前岩心室、后岩心室外侧面,所述前岩心室、后岩心室前端面对应检测筒体内设长度为检测筒体长度1/3—2/3承载室,所述弹性垫板和应变片均位于承载室内,且弹性垫板与后岩心室前端面相抵并同轴分布,所述承载室对应检测筒体侧壁上设一个检测口和一个环形增压口,其中检测口与温度计连接,环形增压口与承载胶套和检测筒体之间间隙连通,同时与一个辅助泵通过导流管连通,所述应变片至少一个,且各应变片均设一条导线并与导线电气连接,且导线另一端通过后端盖位于检测筒体外侧,所述位移传感器位于检测筒体外侧,并与前岩心室位于检测筒体外侧部分外侧面连接。
4.据权利要求1述的一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,其特征在于:所述控导流管与二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ间通过控制阀连接,且所述净化器、冷凝器、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ上均设至少一个温度计和压力计。
5.据权利要求1述的一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,其特征在于:所述夹持器处设控制电路,所述控制电路分别与二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ及控制阀电气连接。
6.据权利要求1述的一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,其特征在于:所述控制电路为基于可编程控制器、工业单片机及物联网控制器中任意一种为基础的电路系统。
7.一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置的试验方法,其特征在于,所述超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置的试验方法包括如下步骤:
S1,设备组装,首先根据使用需要对二氧化碳气源、净化器、冷凝器、携带计量桶、二氧化碳流量计、携带剂泵、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、夹持器、预加热器Ⅰ、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ及控制阀电气连接备用;
S2,设备预制,完成S1步骤后,首先根据检测作业的需要,将采集到的煤样粉碎,然后对粉碎后的煤屑压实制备成长度为50mm,直径为50mm的圆柱型煤样,然后根据同直径和长度的金属式样块,并根据检测需要设定检测作业的实验温度及实验压力;
S3,气密性检测,完成S2步骤检测作业后,首先将S2步骤制备的金属式样块安装到夹持器的承载室内并与夹持器后岩心室前端面连接并同轴分布,然后驱动辅助泵运行,调节驱动活塞运行并由驱动活塞驱动前岩心室运行并对金属式样块另一端夹持定位,然后通过真空泵将夹持器内空气排空并使夹持器内压力值达到-0.19MPa,并保压2—4小时,即可完成气密性检测;
S4,实验预制,完成S3步骤检测作业后,首先将金属式样块从夹持器中取出,并将S2步骤制备得到的煤样安装到坚持器中,并再次通过真空泵将夹持器内空气排空并使夹持器内压力值达到-0.19MPa并保压;然后分别驱动二氧化碳气源、冷凝器、高压二氧化碳泵、混合器、萃取釜、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ运行,一方面调节冷凝器、混合器、萃取釜、预加热器Ⅱ、预加热器Ⅲ、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ运行温度达到S2步骤设定实验值,另一方面驱动高压二氧化碳泵运行,对二氧化碳气源输送的二氧化碳器进行增压,并通过冷凝器、混合器调温调压后输送至夹持器内,并使夹持器内的气压和温度达到S2步骤设定实验值,并在夹持器内的气压和温度达到S2步骤设定实验值并保温保压1—3分钟后即可进行后续作业;
S5,萃取实验,完成S4步骤后,将夹持器与外部二氧化碳气连通,与萃取釜和预加热器Ⅱ断开连接并保压,然后通过携带剂泵、高压二氧化碳泵和夹持器的辅助泵增加夹持器内气压达到S2步骤设定值后保压96小时,最后断开夹持器与二氧化碳气断开,将煤样取出并使煤样与和夹持器自然冷却至室温,然后一方面对煤样称重测量,另一方面返回至S4步骤,并在夹持器内安装全新的煤样,进行后续实验;
S6,渗流实验,完成S5步骤后,首先对二氧化碳流量计、导流管上的温度计、压力计及夹持器处的温度计、压力计数值进行读取并开始连续记录;然后驱动携带剂泵、高压二氧化碳泵和夹持器的辅助泵运行,增加夹持器内温度和压力,首先使得夹持器内的气压升高至0.1—0.4MPa,温度升高至25℃—45℃,然后持续对夹持器内供给二氧化碳气并保持夹持器内温度和气压稳定运行12小时达到吸附平衡,并对吸附过程中压力和温度值进行连续记录;完成吸附平衡后增加输送至夹持器内二氧化碳压力值达到0.4—0.8,并将夹持器与萃取釜、预加热器Ⅱ连通,并保持压力值稳定运行5分钟后开始通过压力及和温度计进行数据连续采集,即可完成萃取实验。
8.据权利要求7述的一种超临界二氧化碳萃取—渗透性测试装置,其特征在于:所述S2步骤中,冷凝器实验预定温度5℃、高压二氧化碳泵输送压力为10 MPa,转速为30r/min;夹持器二氧化碳的临界温度31.1℃与临界压力7.38 MPa,实验温度为32℃,抽提压力为10MPa、抽提的实验时间设定为96小时。
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