[发明专利]高低温高压吸附解吸试验装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于瓦斯吸附解吸试验装置技术领域，尤其涉及一种高低温高压吸附解吸试验装置与方法。

背景技术

煤层气产生于成煤过程中，主要以吸附状态储存于煤层中。随着煤层开采深度的加大，含瓦斯煤层的微孔隙、低渗透、高吸附的赋存特征越来越显现出来。在煤与瓦斯共采过程中，瓦斯难以抽采所导致的煤矿安全事故及能源浪费问题困扰着煤矿的生产。因此模拟深部煤层储存环境，进行吸附解吸实验，探寻煤层吸附瓦斯机理，对深部煤层瓦斯灾害防治和煤层气的勘探与开发有重要的理论意义。

煤层的瓦斯含量是矿井生产和科研的重要基础资料，其取值的准确性对于瓦斯涌出量预测、瓦斯地质评价、煤矿瓦斯综合治理以及综合利用具有重要意义。但在瓦斯含量测定过程中，钻孔取样使煤样温度升高，煤芯瓦斯放散速度加快，造成瓦斯含量测定值偏低。目前，冷冻取样法成为瓦斯含量准确测定的一个新的技术途径，因此，低温环境下煤的瓦斯吸附解吸特性的研究就尤为重要。同时，甲烷的临界温度-82.6℃，临界压力4.5MPa。在临界点附近，甲烷有很强的可压缩性，适当增加压力可使它的密度接近一般液体，此时甲烷的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等性质发生剧烈的变化。因此研究甲烷在该环境条件下的相态变化及吸附解吸特性，对瓦斯的高效抽采及利用具有重要的现实意义。

目前，已公开的专利文献“煤的高压等温吸附实验装置”（CN202502025U）、“变压条件下煤样瓦斯吸附解吸实验装置”（CN203705293U）、“一种瓦斯吸附解吸试验装置”（CN103033442A）等，都采用的是水浴加热方式，不能进行低于室温环境的实验；“一种高温高压吸附解吸装置及其使用方法”（CN104062204A）采用硅油为介质的恒温油槽加热方式，实验环境恶劣，操作复杂，同样不能进行低温下的吸附解吸实验。并且上述装置自动化程度较低，可承受的压力范围小，气密性不足，能同时进行的实验样品量少，实验效率低。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种试验操作简便、试验精度高、试验数据精确，能够自动采集数据并且试验效率高的高低温高压吸附解吸试验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：高低温高压吸附解吸试验装置，包括充气系统、脱气系统、吸附系统、解吸系统、温度控制系统和数据采集系统；

充气系统包括甲烷充气单元和氦气充气单元，甲烷充气单元包括高压甲烷气瓶、甲烷储气罐和第一五通阀，高压甲烷气瓶和甲烷储气罐之间通过高压管连通，高压甲烷气瓶和甲烷储气罐之间的高压管上沿甲烷气体流通方向依次串联设有第一气体减压阀和高压气体增压泵，第一五通阀包括第一阀体，第一阀体上设有第一接口、第二接口、第三接口、第四接口和第五接口，阀体上设有与第一至第五接口相对应的五个接口开关，甲烷储气罐通过高压管与第四接口连接；氦气充气单元包括高压氦气瓶和第二气体减压阀，高压氦气瓶通过高压管与第二接口连接，第二气体减压阀设置在高压氦气瓶与第二接口之间的高压管上；

脱气系统包括真空泵、真空容器、真空计和第二五通阀，第二五通阀包括第二阀体，第二阀体上设有第六接口、第七接口、第八接口、第九接口和第十接口，第二阀体上设有与第六至第十接口相对应的五个接口开关，真空泵通过高压管与真空容器连接，真空计设在真空容器上，真空容器通过高压管与第三接口连接，第一五通阀的第一接口与第二五通阀的第八接口通过高压管连接，第一五通阀的第五接口与第二五通阀的第九接口通过高压管连接；

温度控制系统包括高温单元和低温单元，高温单元包括高温恒温箱和设在高温恒温箱上的第一控制面板，第一控制面板上设有第一温控仪、第一电源开关、加热开关、指示灯开关和由加热开关控制的加热器；低温单元包括低温恒温箱和设在低温恒温箱上的第二控制面板，第二控制面板上设有第二温控仪、第二电源开关、制冷开关和由制冷开关控制的制冷单元；

吸附系统包括高温吸附单元和低温吸附单元，高温吸附单元包括设置在高温恒温箱内的第一气体缓冲罐和若干煤样罐，第一气体缓冲罐和每个煤样罐分别通过连接管并联设置在第一接口与第八接口之间的高压管上，第一接口与第八接口之间的高压管上沿气体流通方向依次串联设有第一气动阀和第一压力传感器，第一气体缓冲罐上设有第一温度传感器和第二压力传感器，第一气体缓冲罐上连接的连接管上设有第二气动阀，每个煤样罐上分别设有第二温度传感器和第三压力传感器，每个煤样罐上连接的连接管上分别设有第三气动阀；