专利名称:一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置。本实验装置采用固定扩散距离，主要包括数据采集系统、恒温加热系统、pH计探头、扩散釜、压力传感器、温度探头等，pH计探头安装在扩散釜的下端盖，压力传感器安装在上端盖，温度探头一端连接扩散釜外的加热线圈，另一端与恒温加热系统连接，及时反馈扩散釜的温度，压力传感器的压力用来计算CO2的初始浓度。在扩散釜中进行实验时，扩散釜安装在轴承上，旋转扩散釜模拟倾斜地层。利用数据采集系统采集扩散釜底端pH计探头监测到的pH值，一直到pH值稳定时停止监测，根据计算模型得到CO2在水中的扩散系数。
【专利说明】一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种实验装置，特别是用于对0)2埋存过程中扩散系数参数进行测量的实验装置。
【背景技术】
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[0002]目前，人们对能源的索取主要靠化石燃料的燃烧，温室气体的减排成为人类关注的焦点。中国已成为世界上仅次于美国的第二大能源消费大国，从2013年开始我国就开始承担温室气体减排的义务。我国的碳排放量每年都在呈递增的趋势，碳排放量在不久将会超过美国。从我国的国情出发，积极开展CO2地下埋存研宄非常重要。
[0003]温室气体的捕集、封存和利用技术是最有发展前景的减缓温室气体污染的最有效的方法，而深部盐水层由于其具有圈闭构造发育普遍、存在适于0)2储存的大型圈闭构造及深部含水层一般含盐度较高不能作为水资源加以利用这几个重要特点可被作为重要的埋存体。所以加强对CO2盐水层封存的研宄和试验可以为规模化CO 2盐水层封存提供科学依据。而CO2在盐水封存中的扩散规律及其主要影响因素的研宄对于评估CO 2埋存项目的长期埋存和风险研宄是必不可少的。目前对于CO2扩散系数的实验研宄不够，需要进一步加强。
【发明内容】
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[0004]本实用新型的目的是要提供一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置，该装置可以模拟地下盐水层，并用于测量CO2在盐水层中扩散系数，为CO2地下埋存研宄提供技术支持。
[0005]本实用新型的目的按以下技术方案实现:
[0006]一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置，主要包括扩散釜、气体注入系统、恒温加热系统和数据采集系统，扩散釜内层为扩散空间，外层为加热线圈，内外层之间有钢筒相隔，加热线圈外部为铁皮保护层。在扩散釜的两端分别安装压力传感器和PH计探头，通过导线连接压力显示仪和PH值显示仪，分别用来测量扩散釜中的压力和介质的pH值变化，压力显示仪和PH值显示仪再分别通过导线与数据采集系统连接，完成数据的自动采集。在扩散釜的上端开有注气孔，通过管线与气瓶连接，用来注入需要的CO2气体。pH计探头的使用是本装置创新的地方，扩散釜是本实验装置的主体部分，其中扩散釜有内外两层圆筒组成，内层为扩散空间，内填盐水等实验介质，扩散釜的外部加热线圈通过一个温度探头的导线与恒温加热系统相连接，反馈扩散釜内的温度给恒温加热系统，停止加热保持扩散釜内的温度，来控制实验温度。在扩散釜的最外层是一层防护铁皮筒。反应釜两端的注气孔通过管线与气瓶连接，在管线上有一个开关阀门。PH计探头能够承受实验的所需压力，PH计探头通过拧紧装置将其固定在扩散釜端盖的的中心孔内，实时测量扩散釜内的pH值变化。扩散釜的外层加热线圈中间还装有温度探头插口，探头一端与扩散釜的内筒通过插口直接触碰到内壁，另一端通过导线与温度控制器连接，实时监测扩散釜内的温度，当扩散釜内的温度达到设置的实验温度时恒温加热系统停止加热，恒温系统使整个扩散釜内部一直保持在实验所需温度。扩散釜的中部通过轴承与支架连接并安装在支架上，扩散釜能在水平方向与竖直方向旋转并且能够在任意位置固定。
[0007]实验时首先将装有pH计探头的端盖安装在扩散釜下端，在扩散釜内注入实验介质，然后开启加热装置，设置实验预设的温度，温度稳定后把带有压力传感器的上端盖安装，再通过管线注入C02。通过pH计探头和压力传感器，并利用数据采集系统采集pH值和压力值，从而绘制PH值与时间平方根的拟合曲线，进一步计算0)2在介质中的扩散系数。
[0008]本实用新型的有益效果是:通过pH计探头可以直观的了解扩散釜内pH的变化情况，从而用PH值来计算CO2的扩散量。扩散釜的中间部位设计有轴承，可以使扩散釜实现水平和竖直方向的旋转并且能够在任意位置固定，这样就能够模拟各种倾斜角度的地层。
【附图说明】
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[0009]图1为根据本实用新型一种测量0)2在水中扩散系数的实验装置的结构示意图。
[0010]图中:1 一电脑数据采集系统；2—恒温加热系统、温度显示仪；3—压力显示仪；4一压力传感器；5—开关阀门；6—气瓶；7—注气孔；8—端盖螺丝；9一上端盖；10—加热线圈；11一扩散藎；12一防护铁皮筒；13—轴承；14一支架；15—下端盖；16—pH计探头；17一温度探头；18—pH值显不仪。
【具体实施方式】
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[0011]下面结合附图和实施例来进一步描述本实用新型。
[0012]如图1所示，在支架14上安装扩散釜11，将安装pH计探头16安装在扩散釜下端盖15的几何中心，压力传感器安装在扩散釜的上端盖9，在装有压力传感器的上端盖端盖上开有注气孔7，与压力传感器关于端盖中心成几何对称分布。pH计探头16和压力传感器4通过导线与pH值显示仪18和压力显示仪3连接，然后显示仪通过导线与数据采集系统I连接。反应釜11上端盖的注气孔通过管线与气瓶6连接，管线上安装有一个开关阀门5。pH计探头16的使用是本实验装置最具创新的地方，扩散釜11是本实验装置的主体部分，扩散釜由内外两层圆筒组成，其内层为反映空间，内填盐水等扩散介质，外层是加热线圈10，来加热扩散釜的内层介质，扩散釜的最外层为防护铁皮筒12。在防护铁皮筒12外侧、扩散釜中部，设计有温度传感探头17插口，将温度探头17插入探头插口来反馈扩散釜内的温度，温度探头17另一端通过导线与温度显示器2连接，反馈扩散釜内的温度给恒温加热系统，停止加热保持扩散釜11内的温度。扩散釜11的中部通过轴承13安装在支架14上，可以使扩散釜进行水平和竖直的旋转并且能够在任意位置固定。
[0013]在进行实验时，先用蒸馏水把pH计探头16和扩散釜11清洗干净，配置pH为4.01和pH为6.86的标准液校正pH计探头16的准确性，校正准确后通过螺丝8固定在扩散藎的下端。配置需要浓度的NaCl溶液注入到扩散釜11内，通过加热装置2调节系统温度至实验所需温度，打开PH值显示仪18，温度通过温度探头17反馈给恒温加热系统2，当达到设置的实验温度时系统停止加热，恒温系统使整个扩散釜内部一直保持在实验所需温度，待PH值与温度都稳定后，将带有压力传感器的上端盖9通过螺丝拧紧。通过管线连接气瓶6和扩散釜11，打开压力压力显示仪3，注气开关阀门5，观察压力显示仪，达到实验压力后关闭阀门，旋转扩散釜，调节扩散釜的倾斜角，使其达到实验要求的倾角。pH值显示仪18与压力显示仪3都通过导线与数据采集系统I连接，利用数据采集系统采集pH值和压力值，从而绘制pH值与时间平方根的拟合曲线，进一步求得0)2在介质中的扩散系数。
【权利要求】
1.一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置，主要包括扩散釜、气体注入系统、恒温加热系统和数据采集系统，其特征在于:扩散釜内层为扩散空间，外层为加热线圈，内外层之间有钢筒相隔，加热线圈外部为铁皮保护层，在扩散釜的两端分别安装压力传感器、PH计探头，通过导线连接压力显示仪和PH值显示仪，分别用来测量扩散釜中的压力和介质的PH值变化，压力显示仪和pH值显示仪再分别通过导线与数据采集系统连接，完成数据的自动采集；在扩散釜上端开有注气孔，通过管线与气瓶连接；在扩散釜的周围有加热线圈，通过带有温度探头的导线与恒温加热系统连接，控制实验温度。2.根据权利要求1所述的测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置，其特征在于:pH计探头通过拧紧装置将其固定在扩散釜端盖的的中心孔内。3.根据权利要求1所述的测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置，其特征在于:扩散釜的外部加热线圈通过一个温度探头与恒温加热系统相连接，反馈扩散釜内的温度给恒温加热系统，停止加热保持扩散釜内的温度。4.根据权利要求1所述的测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置，其特征在于:扩散釜的中部通过轴承与支架连接并安装在支架上，扩散釜能在水平方向与竖直方向旋转并且能够在任意位置固定。
【文档编号】G01N13-00GK204286988SQ201420582226
【发明者】张卫东, 任韶然, 吴双亮, 张亮, 李俊涛, 卢俞辰 [申请人]中国石油大学(华东)