專利名稱:一種測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)裝置采用固定擴(kuò)散距離，主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、恒溫加熱系統(tǒng)、pH計(jì)探頭、擴(kuò)散釜、壓力傳感器、溫度探頭等，pH計(jì)探頭安裝在擴(kuò)散釜的下端蓋，壓力傳感器安裝在上端蓋，溫度探頭一端連接擴(kuò)散釜外的加熱線圈，另一端與恒溫加熱系統(tǒng)連接，及時(shí)反饋擴(kuò)散釜的溫度，壓力傳感器的壓力用來計(jì)算CO2的初始濃度。在擴(kuò)散釜中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，擴(kuò)散釜安裝在軸承上，旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散釜模擬傾斜地層。利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集擴(kuò)散釜底端pH計(jì)探頭監(jiān)測(cè)到的pH值，一直到pH值穩(wěn)定時(shí)停止監(jiān)測(cè)，根據(jù)計(jì)算模型得到CO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)。
【專利說明】一種測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，特別是用于對(duì)0)2埋存過程中擴(kuò)散系數(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
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[0002]目前，人們對(duì)能源的索取主要靠化石燃料的燃燒，溫室氣體的減排成為人類關(guān)注的焦點(diǎn)。中國(guó)已成為世界上僅次于美國(guó)的第二大能源消費(fèi)大國(guó)，從2013年開始我國(guó)就開始承擔(dān)溫室氣體減排的義務(wù)。我國(guó)的碳排放量每年都在呈遞增的趨勢(shì)，碳排放量在不久將會(huì)超過美國(guó)。從我國(guó)的國(guó)情出發(fā)，積極開展CO2地下埋存研宄非常重要。
[0003]溫室氣體的捕集、封存和利用技術(shù)是最有發(fā)展前景的減緩溫室氣體污染的最有效的方法，而深部鹽水層由于其具有圈閉構(gòu)造發(fā)育普遍、存在適于0)2儲(chǔ)存的大型圈閉構(gòu)造及深部含水層一般含鹽度較高不能作為水資源加以利用這幾個(gè)重要特點(diǎn)可被作為重要的埋存體。所以加強(qiáng)對(duì)CO2鹽水層封存的研宄和試驗(yàn)可以為規(guī)模化CO 2鹽水層封存提供科學(xué)依據(jù)。而CO2在鹽水封存中的擴(kuò)散規(guī)律及其主要影響因素的研宄對(duì)于評(píng)估CO 2埋存項(xiàng)目的長(zhǎng)期埋存和風(fēng)險(xiǎn)研宄是必不可少的。目前對(duì)于CO2擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研宄不夠，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本實(shí)用新型的目的是要提供一種測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置可以模擬地下鹽水層，并用于測(cè)量CO2在鹽水層中擴(kuò)散系數(shù)，為CO2地下埋存研宄提供技術(shù)支持。
[0005]本實(shí)用新型的目的按以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括擴(kuò)散釜、氣體注入系統(tǒng)、恒溫加熱系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，擴(kuò)散釜內(nèi)層為擴(kuò)散空間，外層為加熱線圈，內(nèi)外層之間有鋼筒相隔，加熱線圈外部為鐵皮保護(hù)層。在擴(kuò)散釜的兩端分別安裝壓力傳感器和PH計(jì)探頭，通過導(dǎo)線連接壓力顯示儀和PH值顯示儀，分別用來測(cè)量擴(kuò)散釜中的壓力和介質(zhì)的pH值變化，壓力顯示儀和PH值顯示儀再分別通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。在擴(kuò)散釜的上端開有注氣孔，通過管線與氣瓶連接，用來注入需要的CO2氣體。pH計(jì)探頭的使用是本裝置創(chuàng)新的地方，擴(kuò)散釜是本實(shí)驗(yàn)裝置的主體部分，其中擴(kuò)散釜有內(nèi)外兩層圓筒組成，內(nèi)層為擴(kuò)散空間，內(nèi)填鹽水等實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，擴(kuò)散釜的外部加熱線圈通過一個(gè)溫度探頭的導(dǎo)線與恒溫加熱系統(tǒng)相連接，反饋擴(kuò)散釜內(nèi)的溫度給恒溫加熱系統(tǒng)，停止加熱保持?jǐn)U散釜內(nèi)的溫度，來控制實(shí)驗(yàn)溫度。在擴(kuò)散釜的最外層是一層防護(hù)鐵皮筒。反應(yīng)釜兩端的注氣孔通過管線與氣瓶連接，在管線上有一個(gè)開關(guān)閥門。PH計(jì)探頭能夠承受實(shí)驗(yàn)的所需壓力，PH計(jì)探頭通過擰緊裝置將其固定在擴(kuò)散釜端蓋的的中心孔內(nèi)，實(shí)時(shí)測(cè)量擴(kuò)散釜內(nèi)的pH值變化。擴(kuò)散釜的外層加熱線圈中間還裝有溫度探頭插口，探頭一端與擴(kuò)散釜的內(nèi)筒通過插口直接觸碰到內(nèi)壁，另一端通過導(dǎo)線與溫度控制器連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擴(kuò)散釜內(nèi)的溫度，當(dāng)擴(kuò)散釜內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)置的實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)恒溫加熱系統(tǒng)停止加熱，恒溫系統(tǒng)使整個(gè)擴(kuò)散釜內(nèi)部一直保持在實(shí)驗(yàn)所需溫度。擴(kuò)散釜的中部通過軸承與支架連接并安裝在支架上，擴(kuò)散釜能在水平方向與豎直方向旋轉(zhuǎn)并且能夠在任意位置固定。
[0007]實(shí)驗(yàn)時(shí)首先將裝有pH計(jì)探頭的端蓋安裝在擴(kuò)散釜下端，在擴(kuò)散釜內(nèi)注入實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，然后開啟加熱裝置，設(shè)置實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)的溫度，溫度穩(wěn)定后把帶有壓力傳感器的上端蓋安裝，再通過管線注入C02。通過pH計(jì)探頭和壓力傳感器，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集pH值和壓力值，從而繪制PH值與時(shí)間平方根的擬合曲線，進(jìn)一步計(jì)算0)2在介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:通過pH計(jì)探頭可以直觀的了解擴(kuò)散釜內(nèi)pH的變化情況，從而用PH值來計(jì)算CO2的擴(kuò)散量。擴(kuò)散釜的中間部位設(shè)計(jì)有軸承，可以使擴(kuò)散釜實(shí)現(xiàn)水平和豎直方向的旋轉(zhuǎn)并且能夠在任意位置固定，這樣就能夠模擬各種傾斜角度的地層。

【附圖說明】

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[0009]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一種測(cè)量0)2在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1 一電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；2—恒溫加熱系統(tǒng)、溫度顯示儀；3—壓力顯示儀；4一壓力傳感器；5—開關(guān)閥門；6—?dú)馄浚?—注氣孔；8—端蓋螺絲；9一上端蓋；10—加熱線圈；11一擴(kuò)散藎；12一防護(hù)鐵皮筒；13—軸承；14一支架；15—下端蓋；16—pH計(jì)探頭；17一溫度探頭；18—pH值顯不儀。

【具體實(shí)施方式】
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[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。
[0012]如圖1所示，在支架14上安裝擴(kuò)散釜11，將安裝pH計(jì)探頭16安裝在擴(kuò)散釜下端蓋15的幾何中心，壓力傳感器安裝在擴(kuò)散釜的上端蓋9，在裝有壓力傳感器的上端蓋端蓋上開有注氣孔7，與壓力傳感器關(guān)于端蓋中心成幾何對(duì)稱分布。pH計(jì)探頭16和壓力傳感器4通過導(dǎo)線與pH值顯示儀18和壓力顯示儀3連接，然后顯示儀通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)I連接。反應(yīng)釜11上端蓋的注氣孔通過管線與氣瓶6連接，管線上安裝有一個(gè)開關(guān)閥門5。pH計(jì)探頭16的使用是本實(shí)驗(yàn)裝置最具創(chuàng)新的地方，擴(kuò)散釜11是本實(shí)驗(yàn)裝置的主體部分，擴(kuò)散釜由內(nèi)外兩層圓筒組成，其內(nèi)層為反映空間，內(nèi)填鹽水等擴(kuò)散介質(zhì)，外層是加熱線圈10，來加熱擴(kuò)散釜的內(nèi)層介質(zhì)，擴(kuò)散釜的最外層為防護(hù)鐵皮筒12。在防護(hù)鐵皮筒12外側(cè)、擴(kuò)散釜中部，設(shè)計(jì)有溫度傳感探頭17插口，將溫度探頭17插入探頭插口來反饋擴(kuò)散釜內(nèi)的溫度，溫度探頭17另一端通過導(dǎo)線與溫度顯示器2連接，反饋擴(kuò)散釜內(nèi)的溫度給恒溫加熱系統(tǒng)，停止加熱保持?jǐn)U散釜11內(nèi)的溫度。擴(kuò)散釜11的中部通過軸承13安裝在支架14上，可以使擴(kuò)散釜進(jìn)行水平和豎直的旋轉(zhuǎn)并且能夠在任意位置固定。
[0013]在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，先用蒸餾水把pH計(jì)探頭16和擴(kuò)散釜11清洗干凈，配置pH為4.01和pH為6.86的標(biāo)準(zhǔn)液校正pH計(jì)探頭16的準(zhǔn)確性，校正準(zhǔn)確后通過螺絲8固定在擴(kuò)散藎的下端。配置需要濃度的NaCl溶液注入到擴(kuò)散釜11內(nèi)，通過加熱裝置2調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度至實(shí)驗(yàn)所需溫度，打開PH值顯示儀18，溫度通過溫度探頭17反饋給恒溫加熱系統(tǒng)2，當(dāng)達(dá)到設(shè)置的實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)系統(tǒng)停止加熱，恒溫系統(tǒng)使整個(gè)擴(kuò)散釜內(nèi)部一直保持在實(shí)驗(yàn)所需溫度，待PH值與溫度都穩(wěn)定后，將帶有壓力傳感器的上端蓋9通過螺絲擰緊。通過管線連接氣瓶6和擴(kuò)散釜11，打開壓力壓力顯示儀3，注氣開關(guān)閥門5，觀察壓力顯示儀，達(dá)到實(shí)驗(yàn)壓力后關(guān)閉閥門，旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散釜，調(diào)節(jié)擴(kuò)散釜的傾斜角，使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的傾角。pH值顯示儀18與壓力顯示儀3都通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)I連接，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集pH值和壓力值，從而繪制pH值與時(shí)間平方根的擬合曲線，進(jìn)一步求得0)2在介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括擴(kuò)散釜、氣體注入系統(tǒng)、恒溫加熱系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:擴(kuò)散釜內(nèi)層為擴(kuò)散空間，外層為加熱線圈，內(nèi)外層之間有鋼筒相隔，加熱線圈外部為鐵皮保護(hù)層，在擴(kuò)散釜的兩端分別安裝壓力傳感器、PH計(jì)探頭，通過導(dǎo)線連接壓力顯示儀和PH值顯示儀，分別用來測(cè)量擴(kuò)散釜中的壓力和介質(zhì)的PH值變化，壓力顯示儀和pH值顯示儀再分別通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集；在擴(kuò)散釜上端開有注氣孔，通過管線與氣瓶連接；在擴(kuò)散釜的周圍有加熱線圈，通過帶有溫度探頭的導(dǎo)線與恒溫加熱系統(tǒng)連接，控制實(shí)驗(yàn)溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:pH計(jì)探頭通過擰緊裝置將其固定在擴(kuò)散釜端蓋的的中心孔內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:擴(kuò)散釜的外部加熱線圈通過一個(gè)溫度探頭與恒溫加熱系統(tǒng)相連接，反饋擴(kuò)散釜內(nèi)的溫度給恒溫加熱系統(tǒng)，停止加熱保持?jǐn)U散釜內(nèi)的溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:擴(kuò)散釜的中部通過軸承與支架連接并安裝在支架上，擴(kuò)散釜能在水平方向與豎直方向旋轉(zhuǎn)并且能夠在任意位置固定。
【文檔編號(hào)】G01N13-00GK204286988SQ201420582226
【發(fā)明者】張衛(wèi)東, 任韶然, 吳雙亮, 張亮, 李俊濤, 盧俞辰 [申請(qǐng)人]中國(guó)石油大學(xué)(華東)