一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置的制作方法

1.本实用新型属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置。


背景技术：

2.煤炭是我国的主体能源，目前以及今后相当长的时期内煤炭仍将作为我国的主导能源。目前我国一次能源生产和消费主要是煤炭，预计到2050年还将会占到半数以上，所以我国对煤炭的持续需求并不会改变，煤矿仍需进一步开采，从而导致煤矿灾害还会持续发生，矿井火灾事故为煤矿灾害中最为频繁的。因此，分析可能发生自燃火灾地区或工作面的进、回风流中空气成分的变化情况，可以判定该区域是否发生自燃，其中反映煤炭自燃特征的气体为煤炭自燃的指标气体，一氧化碳作为煤矿井下最常用的预报煤炭自燃的指标气体，在矿井火灾检测时发现一氧化碳气体浓度较高，就经常被人误任发生煤炭自燃，导致自燃防控措施造成大量资金浪费，严重影响煤层自燃预测及矿井安全高效生产，研究煤对一氧化碳的吸附及解吸规律具有重要的现实意义。
3.因此需要一种用于研究煤对一氧化碳吸附及解吸的实验装置。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置。该装置通过设置一体结构的煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，在换气、加气、放气过程中避免存在气体泄漏的风险，有较高的安全性，并连续准确地记录实验数，据采用其吸附量研究吸附特征，对煤自燃过程准确预测预报具有重要意义。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，该装置包括气体供排单元，所述气体供排单元包括分别与第一连接管道前端连接的氦气气源和一氧化碳气源，所述第一连接管道中段上连接有真空泵和玻璃转子流量计，所述玻璃转子流量计连接有一氧化碳处理装置，所述第一连接管道尾端连接有恒温吸附解吸单元，所述恒温吸附解吸单元包括通过第二连接管道串联的参考缸和样品缸，所述参考缸和样品缸放置在恒温水浴箱中，所述第一连接管道尾端与参考缸连接，所述参考缸和样品缸上分别设置有与第一压力传感器和第二压力传感器分别连接的第一缓冲管和第二缓冲管，所述参考缸和样品缸上还分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器和第二温度传感器均与数据收集组件连接，所述装置还包括用于检测环境一氧化碳浓度的智能监测单元。
6.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述氦气气源为带有第一减压阀的氦气气瓶，所述一氧化碳气源为带有第二减压阀的一氧化碳气瓶。
7.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述第一连接管道中段上设置有第一三通阀，所述第一三通阀通过第一支管连接有第二三通阀，所述第二三通阀两个端口分别连接真空泵和玻璃转子流量计。
8.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述第一连接管道中段和尾端之间设置有进排气阀。
9.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述参考缸与样品缸均为不锈钢储罐，所述参考缸顶设有两个进排气口，样品缸顶设有一个进排气口，参考缸顶其中一个进排气口与第一连接管道连接，另外一个进排气口与样品缸的进排气口通过第二连接管道连接。
10.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述第二连接管道上设有平衡阀。
11.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述第一缓冲管和第二缓冲管上分别设有第一截止阀和第二截止阀。
12.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述一氧化碳处理装置包括喇叭型烟罩，所述烟罩内用固定掐子固定有耐高温刚玉管，所述耐高温刚玉管外面则缠一条电阻丝，所述电阻丝的两头固定在一个插头上。
13.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述第一压力传感器及第二压力传感器连接第一信号转换器及变压器，第一信号转换器连接电脑，第一温度传感器及第二温度传感器连接温度变送器，温度变送器连接数据采集模块，温度变送器及数据采集模块连接变压器，数据采集模块连接第二信号转换器，第二信号转换器连接电脑，数据采集模块各设备之间通过纯铜屏蔽线连接，第一信号转换器将压力传感器传出的rs485信号，传入电脑进行采集。
14.上述的一种煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，其特征在于，所述一氧化碳智能监测单元置于吸附解吸装置旁。
15.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
16.1、本实用新型通过设置一体结构的煤对一氧化碳吸附及解吸的装置，在换气、加气、放气过程中避免存在气体泄漏的风险，有较高的安全性。
17.2、本实用新型配备有完善的数据收集组件，能将实验数据直接传输到电脑并记录，数据记录精确到毫秒，保证数据的准确性与连续型，为实验后续对数据的分析处理提供方便。
18.3、本实用新型配备有一氧化碳处理装置，保证有毒有害气体排放的安全性，创造安全的试验环境。
19.4、本实用新型配备有恒温水浴箱，可测定不同温度下的吸附及解吸量，并保证温度稳定。
20.5、本实用新型配备一氧化碳智能监测系统，可实时检测实验环境中一氧化碳的浓度值，气体浓度超标时系统迅速声光报警并以短报文的形式及时将信息发送至手机。
21.综上，本实用新型结构简单、设计合理，在进行煤对一氧化碳的吸附实验及解吸实验时，全程属于密封结构，保证实验的安全性，保护实验操作人员，一氧化碳排放装置确保实验过程中与结束后，能够第一时间消除一氧化碳的危害，使用恒温水浴箱控制温度，可测定不同温度下的吸附及解吸量，并保证温度稳定，信息采集单元将温度与压力数据采集并直接传输到电脑进行记录，数据记录精确到毫秒，保证数据的准确性与连续型，为实验后续对数据的分析处理提供方便，一氧化碳智能监测单元发现超标时，迅速声光报警并短信报
警，通知实验人员并发送地理位置信息，显著提高实验人员安全性通过，提高了工作效率，劳动强度小。
22.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
23.图1为本实用新型煤对一氧化碳吸附及解吸的装置的结构示意图。
24.附图标记说明：
25.1—氦气气源；
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2—一氧化碳气源；
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3—第一减压阀；
26.4—第二减压阀；
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5—第一三通阀；
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6—第二三通阀；
27.7—真空泵；
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8—玻璃转子流量计；
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9—第一连接管道；
28.9-1—第一支管；
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10—进排气阀；
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11—参考缸；
29.12—样品缸；
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13—恒温水浴箱；
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14—第一压力传感器；
30.15—第二压力传感器；
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16—第一缓冲管；
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17—第二缓冲管；
31.18—第一温度传感器；
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19—第二温度传感器；
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20—平衡阀；
32.21—第一信号转换器；
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22—变压器；
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23—温度变送器；
33.24—数据采集模块；
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25—第二信号转换器；
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26—电脑；
34.27—第二连接管道；
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28—第一截止阀；
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29—第二截止阀；
35.30—电阻丝插头；
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31—固定掐子；
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32—耐高温管；
36.33—电阻丝；
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34—烟罩。
具体实施方式
37.如图1所示，本实用新型的煤对一氧化碳吸附及解吸的装置包括气体供排单元，所述气体供排单元包括分别与第一连接管道9前端连接的氦气气源1和一氧化碳气源2，所述第一连接管道9中段上连接有真空泵7和玻璃转子流量计8，所述玻璃转子流量计8连接有一氧化碳处理装置，所述第一连接管道9尾端连接有恒温吸附解吸单元，所述恒温吸附解吸单元包括通过第二连接管道27串联的参考缸11和样品缸12，所述参考缸11和样品缸12放置在恒温水浴箱13中，所述第一连接管道9尾端与参考缸11连接，所述参考缸11和样品缸12上分别设置有与第一压力传感器14和第二压力传感器15分别连接的第一缓冲管16和第二缓冲管17，所述参考缸11和样品缸12上还分别设置有第一温度传感器18和第二温度传感器19，所述第一压力传感器14、第二压力传感器15、第一温度传感器18和第二温度传感器19均与数据采集模块24连接，所述装置还包括用于检测环境一氧化碳浓度的智能监测单元。
38.需要说明的是，通过设置气体供排单元向恒温吸附解吸单元中通入氦气和一氧化碳，通入氦气测定样品缸12自由空间体积，通入一氧化碳进行煤对一氧化碳吸附及解吸试验，通过设置真空泵7将一氧化碳吸附及解吸的装置内抽真空，将装置内残余气体抽净，使实验开始时装置内处于真空状态，确保实验数据的准确性，通过设置玻璃转子流量计8，防止实验结束后排放废气流量过高，造成一氧化碳泄露或废气处理不充分现象，通过设置一氧化碳处理装置，实验结束后处理排放废弃，确保实验人员安全，防止废气排放至大气中污染环境，通过设置参考缸11和样品缸12，实验过程中分别对参考缸11和样品缸12进行数据采集，通过数据计算实验结果，通过设置恒温水浴箱13，确保实验温度达到实验所需温度并
保持恒定，通过设置第一压力传感器14和第二压力传感器15分别连接的第一缓冲管16和第二缓冲管17，第一压力传感器14测定参考缸11内气体压力，第二压力传感器15测定样品缸12内气体压力，第一缓冲管16对第一压力传感器14起到保护作用，第二缓冲管17对第二压力传感器15起到保护作用，防止通入气体压力过高导致压力传感器损坏，通过设置第一温度传感器18和第二温度传感器19，第一温度传感器18测定参考缸11内温度，第二温度传感器19测定样品缸12内温度，通过设置一氧化碳浓度的智能监测单元，监测实验环境内一氧化碳浓度，确保实验人员安全。
39.本实施例中，氦气气源1为带有第一减压阀3的氦气气瓶，所述一氧化碳气源2为带有第二减压阀4的一氧化碳气瓶。
40.本实施例中，第一连接管道9中段上设置有第一三通阀5，所述第一三通阀5通过第一支管9-1连接有第二三通阀6，所述第二三通阀6两个端口分别连接真空泵7和玻璃转子流量计8。通过在主管道即第一连接管道9上另接第一支管9-1分别安装真空泵7和玻璃转子流量计8，通过第二三通阀6控制排入一氧化碳处理装置的气体流量，确保实验过程中，实验装置处于密闭状态，防止气体泄露，保证实验准确性。
41.本实施例中，第一连接管道9中段和尾端之间设置有进排气阀10。通过在第一连接管道9中段和尾端之间设置有进排气阀10控制气体供排单元向恒温吸附解吸单元充入和排出气体。
42.本实施例中，参考缸11与样品缸12均为不锈钢储罐，所述参考缸11的顶部设有两个进排气口，样品缸12的顶部设有一个进排气口，参考缸11的顶部其中一个进排气口与第一连接管道9连接，另外一个进排气口与样品缸12的进排气口通过第二连接管道27连接。通过在不锈钢储罐上部设有盖子，可拆卸，罐体上部可拆卸用于装填煤样，由六角螺丝与罐体连接固定，连接处设有密封圈，保证装置的气密性良好。
43.本实施例中，第二连接管道27上设有平衡阀20。通过在平衡阀20打开前记录参考缸11数据，计算充入整个系统里面的气体量，平衡阀20打开后进行吸附解吸，实验结束后计算吸附解吸量。
44.本实施例中，第一缓冲管16和第二缓冲管17上分别设有第一截止阀28和第二截止阀29。通过设有第一截止阀28及第二截止阀29，起保护压力传感器的作用。
45.本实施例中，一氧化碳处理装置包括喇叭型烟罩34，所述烟罩34内用固定掐子31固定有耐高温刚玉管，所述耐高温刚玉管外面缠绕有一条电阻丝33，所述电阻丝33的两头固定在一个插头上。在排放一氧化碳时，接通电源，电阻丝33产生高温，使烟罩34内温度升高，当达到610℃以上时一氧化碳将自燃，生成二氧化碳。
46.本实施例中，第一压力传感器14及第二压力传感器15连接第一信号转换器21及变压器22，第一信号转换器21连接电脑26，第一温度传感器18及第二温度传感器19连接温度变送器23，温度变送器23连接数据采集模块24，温度变送器23及数据采集模块24连接变压器22，数据采集模块24连接第二信号转换器25，第二信号转换器25连接电脑26。通过第一信号转换器21、变压器22、温度变送器23、数据采集模块24、第二信号转换器25和电脑26组成数据采集模块，各设备之间通过纯铜屏蔽线连接，第一信号转换器21和第二信号转换器25将压力传感器传出的rs485信号，传入电脑进行采集，温度变送器23将第一温度传感器18及第二温度传感器19传出的电阻信号转为4-20ma输出信号，数据采集模块24将温度变送器23
转出的4-20ma信号转为rs485信号，第二信号转换器25将数据采集模块24传出的rs485信号，传入电脑进行采集。
47.本实施例中，一氧化碳智能监测单元置于吸附解吸装置旁。用于监测是否发生一氧化碳泄露，保证安全。
48.本实施例中，需要说明的是，真空泵7为fy-1c-n单级旋片式真空泵；第一减压阀3为yh12x-1t氦气减压阀；第二减压阀4为yco12x-1t全铜一氧化碳减压阀，一氧化碳减压阀配备专用接口w21.8左旋；第一三通阀5和第二三通阀6为yfp-1a型304不锈钢快拧三通球阀进排气阀10和平衡阀20为j13w-320p型304不锈钢内丝针型阀g1/2＝4分；玻璃转子流量计8为lzb-6wb型流量计；第一压力传感器14和第二压力传感器15为cyyz11型压力传感器，测压范围为0-1mpa，精度为0.0001，输出rs485信号；第一温度传感器18和第二温度传感器19为pt100铂热电阻温度传感器，测温范围为-200～450℃，精度为0.01，输出电阻信号；恒温水浴箱13为双孔hh-2s水浴锅；变压器22为s-36-24型24v1.5a变压器，可将220v电压转换为24v电压；第一连接管道9为pu管；第二连接管道27为带有螺纹的不锈钢管；第一信号转换器21为dt-5019信号转换器，为rs485转usb转换器；温度变送器23为cy-8083温度变送器23，为pt100转4-20ma，二进二出；数据采集模块24为daqm-4206数据采集模块，4-20ma转rs485采集模块4路输入；第二信号转换器25为cbt-1009信号转换器，为rs485转usb转换器；一氧化碳智能监测单元为jt-ps-8011型家用可燃气体泄漏报警器。
49.实际使用时，包括以下步骤：步骤一、实验开始将煤样称重装煤，煤样铺平，上放滤纸，不锈钢压铁压实，参考缸11及样品缸12上进气口、排气口及缓冲管进气口均设有滤网，滤网规格为120-140目，可隔绝实验所需的样品，检查滤网紧贴，进排气阀10、平衡阀20两端气管接口检查牢固，检测装置气密性，检查第一截止阀28及第二截止阀29关闭，打开进排气阀10及平衡阀20，置于恒温水浴箱13内，恒温水浴箱13内水没过参考缸11及样品缸12，打开恒温水浴箱13，设置温度，直至缸内温度稳定在实验所需温度。恒温过程中将第一三通阀5旋转至恒温吸附解吸单元与第二三通阀6连通，将第二三通阀6旋转至第一三通阀5与真空泵7连通，紧固件旋紧，对装置抽真空8小时，要求真空度达到0.08mpa以下，8小时后，关闭真空泵7；
50.步骤二、装置抽真空结束后开始使用氦气测量装置样品缸12自由空间体积，将第一三通阀5旋转至恒温吸附解吸单元与气瓶连通，打开第一截止阀28及第二截止阀29，关闭平衡阀20，旋转第一减压阀3通入氦气，当压力表显示为实验要求压力时，关闭第一减压阀3，关闭进排气阀10，待压力和温度稳定后打开平衡阀20，等待压力和温度稳定，将第一三通阀5旋转至恒温吸附解吸单元与第二三通阀6连通，将第二三通阀6旋转至第一三通阀5与一氧化碳处理装置连通，暂不接通一氧化碳处理装置电源，打开进排气阀10，将气体排出，待气体排净，关闭平衡阀20，将第一三通阀5旋转至恒温吸附解吸单元与气瓶连通，旋转第一减压阀3通入氦气，当第一压力传感器14显示为实验所需压力时，关闭第一减压阀3，关闭进排气阀10，待压力和温度平衡后打开平衡阀20，等待压力和温度平衡，关闭平衡阀20，打开进排气阀10，旋转第一减压阀3通入氦气，当第一压力传感器14显示为实验所需压力时，关闭第一减压阀3，关闭进排气阀10，待压力和温度平衡后打开平衡阀20，等待压力和温度平衡，关闭平衡阀20，将第一三通阀5旋转至恒温吸附解吸单元与第二三通阀6连通，打开进排气阀10，将气体排出，待气体排净；
51.步骤三、使用氦气测量体积结束后开始煤对一氧化碳的吸附实验，测定充入参考缸11的一氧化碳浓度，关闭平衡阀20，关闭进排气阀10，将第一三通阀5旋转至恒温吸附解吸单元与气瓶连通，打开进排气阀10，旋转第二减压阀4通入一氧化碳，当第一压力传感器14显示为实验所需最低压力时，关闭第二减压阀4，关闭进排气阀10；
52.步骤四、测定系统内剩余一氧化碳量、煤样吸附一氧化碳量与每克煤吸附一氧化碳量，待压力和温度平衡后打开平衡阀20，等待6小时后，关闭平衡阀20，打开进排气阀10，旋转第二减压阀4通入一氧化碳，当第一压力传感器14显示为实验所以下一压力时，关闭第二减压阀4，关闭进排气阀10，待压力和温度平衡后打开平衡阀20，等待6小时后；
53.步骤五、重复以上操作，按实验所需逐级增压，计算各压力值下吸附一氧化碳量，直至煤对一氧化碳的吸附实验结束；
54.步骤六、吸附实验结束后开始解吸实验，关闭平衡阀20，将第一三通阀5旋转至恒温吸附解吸单元与第二三通阀6连通，将第二三通阀6旋转至第一三通阀5与一氧化碳处理装置连通，接通电阻丝插头30，打开进排气阀10，排放气体至第一压力传感器14显示为实验所需下一压力时，关闭进排气阀10，待压力和温度平衡后打开平衡阀20，等待6小时，关闭平衡阀20，打开进排气阀10，排放气体至第一压力传感器14显示为实验所需下一压力时，关闭进排气阀10，待压力和温度平衡后打开平衡阀20，等待6小时，重复以上操作，进行煤对一氧化碳的解吸实验；
55.步骤七、解吸实验结束后，打开进排气阀10，接通电阻丝插头30，将气体全部排除，至此实验全部结束。
56.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。