[發(fā)明專利]一種高溫高壓熱解反應(yīng)的試驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310220946.4
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103293087A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁衛(wèi)國;耿毅德;康志勤;楊棟;趙陽升
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N3/18
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明一種高溫高壓熱解反應(yīng)的試驗(yàn)裝置，屬于熱解反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域范疇。主要用于對油頁巖和低變質(zhì)煤等進(jìn)行在高溫高壓條件下的熱解反應(yīng)試驗(yàn)研究，并通過對熱解后的試件進(jìn)行力學(xué)特性試驗(yàn)、滲透性試驗(yàn)、產(chǎn)物的成分含量分析，為原位注熱開采提供理論依據(jù)。

背景技術(shù)：

原位注熱開采屬于原位溶浸采礦的范疇，它是通過在開采目標(biāo)礦層上覆地表布置井網(wǎng)，將熱解流體注入目標(biāo)礦層，利用注入流體與礦層有用組分之間發(fā)生的物理、化學(xué)、熱、力等耦合作用原理，對礦層進(jìn)行熱解并將其中有用組分轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w，流動傳輸至目標(biāo)井，而后排采至地面的一種采礦方法。與露天開采或井工開采相比，具有安全、高效、節(jié)能、環(huán)保等方面的巨大優(yōu)勢，由于不破壞地表、不污染環(huán)境，在地下礦產(chǎn)資源開采、尤其是深部礦產(chǎn)資源開采中具有極為廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景，因此，對原位注熱開采進(jìn)行理論研究，具有十分重要的意義與價(jià)值。

已有的熱解試驗(yàn)研究表明，油頁巖和低變質(zhì)煤等均存在影響礦物熱解及生成產(chǎn)物速率的臨界溫度值，貧瘦煤加熱超過310℃時(shí)氣體產(chǎn)量達(dá)到最大，而長焰煤在450～500℃為產(chǎn)氣最佳溫度段，油頁巖的臨界溫度值在400～600℃之間。但這些結(jié)果均是在無約束狀態(tài)下得到的，只是單純的考慮了在溫度的變化作用下礦物的結(jié)構(gòu)變化及產(chǎn)物分析，其試驗(yàn)條件與地下礦物真實(shí)賦存條件相距甚遠(yuǎn)，不能體現(xiàn)深部礦物賦存的地應(yīng)力條件。為更加真實(shí)模擬深部地下礦物的賦存條件，進(jìn)行高溫高壓熱解反應(yīng)研究，需要對試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法進(jìn)行重要革新。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明一種高溫高壓熱解反應(yīng)的試驗(yàn)裝置的目的在于，克服傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的缺陷與不足，根據(jù)礦物地質(zhì)賦存條件下的地應(yīng)力條件，公開提供一種能夠滿足在試驗(yàn)室內(nèi)對地下深部礦物進(jìn)行高溫高壓熱解反應(yīng)的先進(jìn)、高效、直觀、可靠的檢測裝置與相應(yīng)方法。

本發(fā)明一種高溫高壓熱解反應(yīng)的試驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置能夠?qū)υ嚰诟邷貤l件下加載軸壓和圍壓，試件尺寸分別為Ф25×50mm和Ф50×100mm，試件軸壓與圍壓達(dá)20MPa，試件環(huán)境溫度達(dá)600℃，可模擬礦物埋藏深度達(dá)800m的地質(zhì)環(huán)境條件。該試驗(yàn)裝置由熱解反應(yīng)系統(tǒng)、氣體壓力注入系統(tǒng)、流體產(chǎn)物排出系統(tǒng)與測試控制系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成。

熱解反應(yīng)系統(tǒng)是系統(tǒng)的重要組成部分，主要對試件進(jìn)行加熱，以進(jìn)行熱解反應(yīng)。由上保溫蓋12、緊固螺栓13、釜體內(nèi)腔蓋14、釜體支撐架15、樣品筒16、釜體內(nèi)腔17、加熱棒18、孔板19和下保溫蓋20組成，試件置于由孔板19制造的樣品筒16中，將樣品筒16放入釜體內(nèi)腔17，蓋上釜體內(nèi)腔蓋14，釜體采用法蘭結(jié)構(gòu)并用緊固螺栓13密封，釜體支撐架15位于釜體內(nèi)部，釜體由保溫層和上、下保溫蓋12、20給予保溫，通過位于釜體周圍的四根加熱棒18對釜體進(jìn)行加熱。

氣體壓力注入系統(tǒng)，主要將高壓氣體注入到釜體中，給試件加載不同的軸壓和圍壓，以模擬礦物的真實(shí)埋藏地質(zhì)環(huán)境。由氣體1、過濾器2、調(diào)壓閥3、氣體增壓泵4、進(jìn)氣閥5和進(jìn)氣孔6組成，氣體通過過濾器2和調(diào)壓閥3進(jìn)入氣體增壓泵4進(jìn)行加壓，通過進(jìn)氣閥5進(jìn)入位于釜體頂部的進(jìn)氣孔6并進(jìn)入釜體內(nèi)腔17。

流體產(chǎn)物排出系統(tǒng)，主要將試件經(jīng)高溫高壓熱解反應(yīng)后生成的游離態(tài)的流體自然釋放排出釜體并進(jìn)行收集。由排氣孔21、排氣閥22、氣體收集系統(tǒng)23、排液孔24、排液閥25、液體收集系統(tǒng)26組成，熱解反應(yīng)后生成的氣體經(jīng)排氣孔21、排氣閥22進(jìn)入氣體收集系統(tǒng)23進(jìn)行氣體的收集和保存，生成的液體經(jīng)位于釜體底部的排液孔24、排液閥25進(jìn)入液體收集系統(tǒng)26進(jìn)行液體的收集和保存。

測試控制系統(tǒng)，主要通過各種溫度和壓力傳感器對試驗(yàn)過程進(jìn)行精確測量與控制，以保證試驗(yàn)條件與測試結(jié)構(gòu)的可靠性，并經(jīng)電腦計(jì)算分析后直接顯示整個(gè)系統(tǒng)工作狀況與測試結(jié)果。由電接點(diǎn)壓力表7、安全閥8、壓力傳感器9、控溫溫度傳感器10和測溫溫度傳感器11組成，用來控制試驗(yàn)反應(yīng)溫度的控溫溫度傳感器10位于釜體內(nèi)腔17的底部；用來測試試件內(nèi)部反應(yīng)溫度的測溫溫度傳感器11位于樣品筒16的底部；用來控制進(jìn)入釜體內(nèi)部氣體壓力的電接點(diǎn)壓力表7位于樣品筒16的頂部；用來測試試件內(nèi)部反應(yīng)壓力的壓力傳感器9位于樣品筒16的左側(cè)；用來保護(hù)系統(tǒng)安全的安全閥8位于釜體左側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)超過設(shè)定壓力值后，通過溢流孔將系統(tǒng)內(nèi)的游離態(tài)的流體直接排出系統(tǒng)，降低系統(tǒng)內(nèi)部壓力。

上述的一種高溫高壓熱解反應(yīng)的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的樣品筒16是指可裝載兩種不同尺寸的試件的樣品筒，相應(yīng)的試件尺寸為Ф25×50mm和Ф50×100mm。