一種測量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實用新型涉及一種實驗裝置，特別是用于對0)2埋存過程中擴(kuò)散系數(shù)參數(shù)進(jìn)行測量的實驗裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]目前，人們對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。中國已成為世界上僅次于美國的第二大能源消費大國，從2013年開始我國就開始承擔(dān)溫室氣體減排的義務(wù)。我國的碳排放量每年都在呈遞增的趨勢，碳排放量在不久將會超過美國。從我國的國情出發(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重要特點可被作為重要的埋存體。所以加強(qiáng)對CO2鹽水層封存的研宄和試驗可以為規(guī)?；疌O 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于評估CO 2埋存項目的長期埋存和風(fēng)險研宄是必不可少的。目前對于CO2擴(kuò)散系數(shù)的實驗研宄不夠，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本實用新型的目的是要提供一種測量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置，該裝置可以模擬地下鹽水層，并用于測量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]本實用新型的目的按以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種測量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置，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計探頭的使用是本裝置創(chuàng)新的地方，擴(kuò)散釜是本實驗裝置的主體部分，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)填鹽水等實驗介質(zhì)，擴(kuò)散釜的外部加熱線圈通過一個溫度探頭的導(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，來控制實驗溫度。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，在管線上有一個開關(guān)閥門。PH計探頭能夠承受實驗的所需壓力，PH計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)，實時測量擴(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，實時監(jiān)測擴(kuò)散釜內(nèi)的溫度，當(dāng)擴(kuò)散釜內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)置的實驗溫度時恒溫加熱系統(tǒng)停止加熱，恒溫系統(tǒng)使整個擴(kuò)散釜內(nèi)部一直保持在實驗所需溫度。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]實驗時首先將裝有pH計探頭的端蓋安裝在擴(kuò)散釜下端，在擴(kuò)散釜內(nèi)注入實驗介質(zhì)，然后開啟加熱裝置，設(shè)置實驗預(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值與時間平方根的擬合曲線，進(jìn)一步計算0)2在介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)。
[0008]本實用新型的有益效果是:通過pH計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值來計算CO2的擴(kuò)散量。擴(kuò)散釜的中間部位設(shè)計有軸承，可以使擴(kuò)散釜實現(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)本實用新型一種測量0)2在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置的結(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—氣瓶；7—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計探頭；17一溫度探頭；18—pH值顯不儀。
【具體實施方式】
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[0011]下面結(jié)合附圖和實施例來進(jìn)一步描述本實用新型。
[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稱分布。pH計探頭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，管線上安裝有一個開關(guān)閥門5。pH計探頭16的使用是本實驗裝置最具創(chuàng)新的地方，擴(kuò)散釜11是本實驗裝置的主體部分，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)行實驗時，先用蒸餾水把pH計探頭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)溫度至實驗所需溫度，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)置的實驗溫度時系統(tǒng)停止加熱，恒溫系統(tǒng)使整個擴(kuò)散釜內(nèi)部一直保持在實驗所需溫度，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)到實驗壓力后關(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)到實驗要求的傾角。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)。
【主權(quán)項】
1.一種測量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置，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，控制實驗溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置，其特征在于:pH計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所述的測量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置，其特征在于:擴(kuò)散釜的外部加熱線圈通過一個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所述的測量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置，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。
【專利摘要】本實用新型提供了一種測量二氧化碳在水中擴(kuò)散系數(shù)的實驗裝置。本實驗裝置采用固定擴(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計探頭、擴(kuò)散釜、壓力傳感器、溫度探頭等，pH計探頭安裝在擴(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，及時反饋擴(kuò)散釜的溫度，壓力傳感器的壓力用來計算CO2的初始濃度。在擴(kuò)散釜中進(jìn)行實驗時，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計探頭監(jiān)測到的pH值，一直到pH值穩(wěn)定時停止監(jiān)測，根據(jù)計算模型得到CO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)。
【IPC分類】G01N13-00
【公開號】CN204286988
【申請?zhí)枴緾N201420582226
【發(fā)明人】張衛(wèi)東, 任韶然, 吳雙亮, 張亮, 李俊濤, 盧俞辰
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年10月10日