[發明專利]一種基于光跟蹤的油頁巖熱解氣體檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201410256967.6
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104020126A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 寶日瑪;李羿璋;吳航;趙昆;李術元
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/3581;G01N21/01
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙) 11378
• 代理人: 嚴勇剛

技術領域：

本發明屬于光學探測領域，特別是關于一種基于光跟蹤的油頁巖熱解氣體檢測裝置及檢測方法。

背景技術：

熱解反應是一類重要的反應類型，是指物質在受熱的條件下發生分解的反應，廣泛存在于無機物和有機物中。有工業意義的有機物熱解過程很多，常因具體工藝過程而有不同的名稱，可用來獲得各種石化基本原料。熱解反應常伴有氣體物質生成，氣體的物理、化學性質對于判別反應過程所處的狀態、理解反應物質的成分、組成方面有重要意義。

對于氣體成分的檢測常采用各類氣體檢測器，主要是能夠感知某種氣體濃度的傳感器。然而一種傳感器對于一種特定的氣體有較好的響應，對于其他的氣體則靈敏度較低甚至無響應，若需要測量混合氣體中各成分的氣體濃度，則需要多個對應的氣體傳感器組合起來。特別是如果其中某一或某幾個傳感器對多種氣體成分都具有響應時，需要有額外的傳感器作為補充，才能有效地進行鑒別和分析。

太赫茲波是頻率范圍處于0.1THz～10THz的電磁波，屬于遠紅外波段。分子振動、轉動，分子間作用力、氫鍵等一些弱的相互作用都有一定的固有頻率，若外場頻率與一種分子作用的固有頻率接近，則外場能量會被顯著地吸收。太赫茲波段覆蓋了有機分子以上各種弱相互作用的固有頻率，在太赫茲波作用于有機物時，特定頻率的波將被顯著吸收，探測經過物質透射或反射的太赫茲波能夠鑒別物質成分。太赫茲波與氣體物質相互作用，能夠反映氣體的理化性質，氣體發生變化時太赫茲光譜也會發生相應的變化，但由于缺少相關裝置將氣室與太赫茲光譜儀有效結合起來，這種狀況妨礙了太赫茲光譜技術在氣體跟蹤和分析方面的應用。

發明內容：

鑒于此，本發明提出了一種基于光跟蹤的油頁巖熱解氣體檢測裝置及檢測方法，通過一種裝置，能夠將熱解氣體封閉在特定空間內，并維持一定的壓力、溫度，空間內還可通入太赫茲波；太赫茲波透射和/或反射熱解氣體，通過波參數的變化，反映熱解氣體的某些特性。方便了太赫茲光譜設備與待測氣體的結合，實現了太赫茲光譜技術檢測和跟蹤熱解氣體的目的。

本發明通過以下技術方案實現：

第一技術方案：一種基于光跟蹤的油頁巖熱解氣體檢測方法，它是在一個設定了溫度和壓力條件的熱解環境中，構造一條太赫茲光路，利用太赫茲波沿此光路穿過熱解反應物，然后為光譜儀所接收，用光譜時域信號所發生的變化對熱解反應物進行跟蹤分析；所述的熱解環境中，溫度條件指固定的溫度或變化的溫度條件之一，氣壓條件指固定的氣壓或變化的氣壓條件之一。

所述的光路有兩種：

1)讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物的空間中，從單一方向穿過氣體，然后射出；

2)讓太赫茲波在一次測量行程中，光波在氣體反應物的空間中，在兩個不同時刻，分別從正、反兩方向分別穿過氣體，然后射出。

所述的熱解環境中，通入的氣體是惰性氣體N₂或Ar₂。

第二技術方案：一種檢測裝置，包括一氣密箱，在氣密箱的前后兩側各開設有一個太赫茲波透射窗口；所述裝置還包括一樣品投放機構，水平伸入在氣密箱的里部，伸入部分上放置有油頁巖熱解樣品；所述裝置還包括一反射鏡轉動機構，所述轉動機構包括一反射鏡和連接反射鏡的轉動軸，反射鏡的鏡面與轉動軸平行，反射鏡伸入在氣密箱里部，位于所述樣品投放機構的上方或下方，所述反射鏡有水平方向和豎直方向兩個角度可控；所述裝置還包括一套溫控機構和氣體充放機構，溫控機構包括電熱絲和熱電偶，調節和測量氣密箱內的溫度，氣體充放機構包括進、出氣管和壓力表，調節和測量氣密箱內的氣壓。

進一步講，所述氣密箱包括上、下兩個箱體和對應的端蓋，上、下兩個箱體接觸的部分對應有凸起和凹槽，凸起插在凹槽中保證密封，上、下兩個箱體與端蓋接觸的部分也對應有凸起和凹槽，凸起插在凹槽中保證密封。

進一步講，兩種所述凹槽中各設置有密封條/圈；上下箱體接觸面處還有向外突出的平臺，平臺上有螺孔，螺栓通過螺孔連接兩箱體；端蓋與上下箱體的接觸面處也設置有向外的凸起，凸起上有螺孔，螺栓通過螺孔連接端蓋與箱體。

進一步講，所述樣品投放機構包括一抽屜，由箱體一側伸入，抽屜把手露在外，在抽屜下方設置滾軸式抽屜托，在抽屜上表面設置有樣品盛放區，樣品平放于抽屜上。

進一步講，兩個太赫茲波透射窗口，一個作為入射窗口，另一個作為出射窗口，反射鏡在反射鏡轉動軸的帶動下，處于水平角度時，太赫茲波從入射窗口入射，透過熱解的氣體空間，從出射窗口射出，被太赫茲光譜儀接收。