一种可改变气体湿度的等温吸附装置的制作方法

本发明涉及实验器具技术领域，具体为一种可改变气体湿度的等温吸附装置。

背景技术：

中国是作为煤矿生产大国，在采煤作业过程中，很容易破坏地下自然环境条件，比如混入湿度较大的气体改变原先的湿度条件。煤层中蕴含丰富的煤层气资源，其主要成分是瓦斯。煤岩吸附特性是煤层气开采的重要参数之一，煤岩吸附特性随各种条件的变化关系历来为众多研究者关注，其中地应力是其变化的主要敏感因素，但随着煤层开采深度的增加，随之带入的空气湿度也加大，因而，气体湿度对煤岩吸附特性的影响不容忽视，煤岩吸附特性与温度的关系，已有不少研究者做过研究，但进行不同气体湿度下的等温吸附实验还比较少，研究气体的湿度对煤瓦斯吸附量的影响具有重要意义。目前为止，还没有可用于改变气体湿度的等温吸附装置，因此有必要对现有的吸附装置进行一定的改进以模拟煤矿开采现场气体湿度的变化。

因此建立该实验装置来模拟煤层气开采过程中气体的湿度变化对煤层吸附特性影响的实验，同时采用研究不同载荷和温度及多因素耦合作用下进行试验，可以更好的研究原煤吸附规律，为煤层气抽采等提供技术参考。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可改变气体湿度的等温吸附装置，它为煤矿开采过程中气体湿度变化的等温吸附实验提供硬件基础。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：可改变气体湿度的等温吸附装置，包括气体供给系统、真空脱气系统、湿度控制系统、气体吸附系统和压力加载系统；所述的气体供给系统由第一储气罐、第二储气罐、水蒸气产生装置及增压泵组成，在第一储气罐、第二储气罐、水蒸气产生装置上均设有对应的阀门及压力表，并且它们均接入同一根总管道；所述的真空脱气系统由真空泵和第四开关阀组成，真空泵及第四开关阀均接入气体供给系统的总管道；所述的湿度控制系统为湿度控制箱，在湿度控制箱内设有湿度传感器，湿度传感器与显示器连接；气体供给系统的总管道接入湿度控制箱中；所述的气体吸附系统的组成包括参考室、吸附室及水浴恒温装置，从湿度控制箱的出气管分别进入参考室及吸附室，参考室及吸附室处于水浴恒温装置中；所述的压力加载系统由轴压泵和围压泵组成，轴压泵和围压泵分别连接吸附室的轴压接口及围压接口。

水蒸气产生装置的组成包括蓄水箱，在蓄水箱内设有带控制器的电热丝，在蓄水箱的出气口上设有第三开关阀，蓄水箱的出气口连通气体供给系统的总管道，在蓄水箱顶部设有密封盖。

有益效果

本发明提供了一种可改变气体湿度的等温吸附装置。具备以下有益效果：

本发明通过湿度控制装置将两个储气罐和水蒸气产生装置连接从而使气体混合，并在连接管上设置真空泵，减少实验误差，在湿度控制装置连接湿度仪可以实时监测湿度的变化，并可以通过开关阀控制湿度变化，通过在吸附室末端口所连接的轴压泵和围压泵对试样加载，并在吸附室外设置水浴恒温系统，可以进行温度、应力及气体湿度变化对煤岩吸附特性影响的实验。本发明能够使原煤进行在不同气体湿度条件下的等温吸附实验，并且能够进行不同轴压和围压多因素耦合条件下等温吸附实验，能够真实模拟煤矿开采过程中气体的等温吸附实验，该实验装置简单易操作，使用效果好，易于推广。

附图说明

图1为本发明整体的结构示意图；

图2为本发明的水蒸气产生装置的结构示意图；

图中：1-第一储气罐、2-第一开关阀、3-第一压力表、4-第二储气罐、5-第二开关阀、6-第二压力表、7-第三压力表、8-水蒸气产生装置、9-增压泵、10-真空泵、11-第四开关阀、12-湿度控制箱、13-湿度传感器、14-显示器、15-第五开关阀、16-第四压力表、17-参考室、18-第六开关阀、19-吸附室、20-水浴恒温装置、21-轴压泵、22-围压泵、23-蓄水箱、24-第三开关阀、25密封盖、26-电热丝、27-控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：可改变气体湿度的等温吸附装置，包括气体供给系统、真空脱气系统、湿度控制系统、气体吸附系统和压力加载系统；所述的气体供给系统由第一储气罐1、第二储气罐4、水蒸气产生装置8及增压泵9组成，在第一储气罐1、第二储气罐4、水蒸气产生装置8上均设有对应的阀门及压力表，并且它们均接入同一根总管道；所述的真空脱气系统由真空泵10和第四开关阀11组成，真空泵10及第四开关阀11均接入气体供给系统的总管道；所述的湿度控制系统为湿度控制箱12，在湿度控制箱12内设有湿度传感器13，湿度传感器13与显示器14连接；气体供给系统的总管道接入湿度控制箱12中；所述的气体吸附系统的组成包括参考室17、吸附室19及水浴恒温装置20，从湿度控制箱12的出气管分别进入参考室17及吸附室19，参考室17及吸附室19处于水浴恒温装置20中；所述的压力加载系统由轴压泵21和围压泵22组成，轴压泵21和围压泵22分别连接吸附室19的轴压接口及围压接口。

水蒸气产生装置8的组成包括蓄水箱23，在蓄水箱23内设有带控制器27的电热丝26，在蓄水箱23的出气口上设有第三开关阀24，蓄水箱23的出气口连通气体供给系统的总管道，在蓄水箱23顶部设有密封盖25。

使用时，首先将原煤试样放入吸附室19中，打开真空泵10，关闭其余开关阀，对实验装置进行脱真空处理，然后将吸附室19和参考室17放入设置好温度的水浴恒温装置20中，并同时对吸附室19施加恒定轴压和围压。之后先打开装有氦气的第一储气罐1，关闭第六开关阀18，打开第四开关阀11，将第五开关阀15也打开，将气体通入参考室17，测定压力后关闭第五开关阀15并打开第六开关阀18，使气体通入吸附室17中，测定压力并用公式计算自由空间体积，待数值记录完毕后，打开真空泵10将氦气处理干净，打开第二开关阀5和第三开关阀24，通入甲烷，并同时加热蓄水箱23的水，提供一定量的水蒸气，使水蒸气与甲烷混合，之后通过湿度仪测定湿度达到实验设定值后打开打开第五开关阀15使甲烷和水蒸气气体进入参考室17，测定压力，待读数稳定后关闭第五开关阀15并打开第六开关阀18使气体进入吸附室19，甲烷和水蒸气气体开始吸附在原煤孔隙表面，最终建立一个动态吸附平衡状态，测定该状态下气体的的压力，根据吸附解吸公式计算出在给定压力下被吸附的气体体积。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。