[實用新型]一種二氧化碳-干熱巖粉末反應的試驗裝置

有效

• 申請號: 201420121783.4
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN203732526U
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 白冰;李小春
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 黃瑞棠

技術領域

本實用新型涉及地殼深部二氧化碳地質封存的試驗技術，尤其涉及一種模擬高溫高壓條件下的二氧化碳-干熱巖粉末反應的試驗裝置。

背景技術

能源資源的開發利用既促進了社會的快速發展，同時也造成了日益嚴重的環境問題。其中化石燃料的使用是目前最大的氣體污染源，也是溫室氣體二氧化碳的最大排放源。二氧化碳的排放將導致全球氣候變暖，從而造成環境與生態方面的負面效應，因此必須采取有效措施控制二氧化碳的排放，減緩溫室效應的加劇。使用二氧化碳為工質的增強型地熱系統（EGS）既能取熱還能實現二氧化碳的封存，因此具有良好的發展前景。在EGS系統中，二氧化碳與干熱巖粉末在高溫高壓條件下發生化學反應，從而實現二氧化碳的固化將其永久地封存在地殼深部是二氧化碳地質封存技術的理論基礎與關鍵環節。而目前對于二氧化碳與干熱巖粉末反應時的最佳溫度與壓力并沒有形成統一的認識，主要原因是目前還沒有研制出能大范圍、高精度的改變反應溫度與壓力的試驗裝置，并且對反應過程不能做到精確的測量，實際反應所消耗的二氧化碳量的計算不能達到足夠的精度，計算方法不夠成熟。

國內外現有技術對于高溫高壓下二氧化碳的反應試驗裝置，其溫度變化范圍局限在200℃左右，且試驗的操作過程比較煩鎖，安全度不高，數據計量誤差大導致試驗結果粗糙，說服力不強，且成本也非常昂貴。

發明內容

本實用新型的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種二氧化碳-干熱巖粉末反應的試驗裝置，實現精確測量一定量的干熱巖粉末在高溫高壓條件下基于水蒸汽的輔助與二氧化碳反應時所能消耗的二氧化碳量，從而為二氧化碳地質封存技術提供可靠的理論及試驗依據。

本實用新型的目的是這樣實現的：

一、設計思路

1、利用高溫油浴加熱系統，使反應釜和吸附釜處于恒溫狀態；

2、利用PID自動控壓閥門，使反應釜和吸附釜處于恒壓狀態；

3、利用反應釜自帶磁攪拌器，使反應物進行充分接觸反應；

4、通過記錄溫度、壓力等參數，便可計算得出反應消耗的二氧化碳量。

二、技術方案

1、一種二氧化碳-干熱巖粉末反應的試驗裝置（簡稱裝置）

本裝置由二氧化碳氣體增壓系統、核心反應系統、冷井氣水分離系統和油浴恒溫系統組成；

核心反應系統包括補壓容器、反應釜、吸附釜、PID自動控壓閥門、導氣管；PID自動控壓閥門2包括第1、2……5PID自動控壓閥門；

冷井氣水分離系統包括冷井、二級真空緩沖容器、一級真空緩沖容器、真空泵和普通閥門；

其位置和連接關系是：

反應釜和吸附釜置于油浴恒溫系統中；

干熱巖粉末分別置于反應釜和吸附釜中；

二氧化碳氣體增壓系統、第1PID自動控壓閥門、補壓容器和第2PID自動控壓閥門通過導氣管依次連通，提供一種經過增壓的二氧化碳氣體；

第2PID自動控壓閥門、第3PID自動控壓閥門、反應釜、第4PID自動控壓閥門、冷井、二級真空緩沖容器、普通閥門、一級真空緩沖容器和真空泵34通過導氣管依次連通，實現對反應釜中干熱巖粉末進行高溫高壓反應，及在反應試驗后對反應釜內剩余水蒸氣進行冷卻和計量；

第2PID自動控壓閥門、第5PID自動控壓閥門和吸附釜通過導氣管依次連通，實現對吸附釜中干熱巖粉末G在反應試驗過程中所吸附的二氧化碳的測量。

2、一種二氧化碳-干熱巖粉末反應的方法（簡稱方法）

本方法基于上述的一種二氧化碳與干熱巖反應試驗裝置，包括下列反應試驗、氣液分離試驗、吸附試驗和計算方法：

1）反應試驗

①取體積為V₀的干熱巖粉末稱重后加到反應釜里面，質量為m₀；

②取足量的水，置入反應釜中的存水裝置（量杯），水體積為V_w；

③密封反應釜，用真空泵將反應釜抽真空，并加熱至試驗所需的溫度（室溫至350℃），待反應釜內外溫度穩定后測得反應釜內壓力P₁；

④打開第2、3PID自動控壓閥門，將反應釜內壓力加至反應所需壓力P（0至50MPa），記錄補壓容器的壓力P_b1；

⑤打開反應釜攪拌器，使反應釜內充分反應，在反應的過程中通過第2、3PID自動控壓閥門不斷補壓保持反應釜內壓力恒定；

⑥反應完畢后，關閉第2、3PID自動控壓閥門，記下此時補壓容器的壓力P_b2；

2）氣液分離試驗