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原文传递智能型含瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟平台及试验方法

专利名称：	智能型含瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟平台及试验方法
摘要：	本发明公开了一种智能型含瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟平台及试验方法，该平台包括数据采集存储单元、程序控温箱、真空泵和供气单元。程序控温箱包括：高压流量计；通过两预热管分别与供气单元连接的参考罐和高压煤样罐，高压煤样罐入气口与参考罐出气口相连；气体存储空间体积可变的瓦斯解析仪，其入气出气两口分别与高压煤样罐、色谱分析仪连接；数据采集存储单元分别与参考罐、高压煤样罐、瓦斯解析仪中设置的温度和压力传感器电连接。本发明能够实现不同温度压力工况下含瓦斯煤竞争吸附—解吸—氧化全过程连续物理模拟，并且具有操作简便，数据精度高的优点。
专利类型：	发明专利
申请人：	中煤科工集团沈阳研究院有限公司;煤炭科学研究总院
发明人：	田富超;李振榕;梁运涛;秦玉金;宋双林;白洁琪;李帅魁;许亚洲;苏嘉豪;贾康腾
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-17T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-07T00:00:00+0800
申请号：	CN202310874951.0
公开号：	CN117007462A
代理机构：	沈阳易通专利事务所
代理人：	夏子涵
分类号：	G01N7/04;G;G01;G01N;G01N7;G01N7/04
申请人地址：	113122 辽宁省抚顺市沈抚示范区滨河路11号;
主权项：	1.一种智能型含瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟平台，其特征在于，包括：数据采集存储单元、程序控温箱、用于对程序控温箱抽真空的真空泵，以及用于输出指定试验气体的供气单元；其中，所述的程序控温箱，包括：高压流量计，作用于供气单元的输出管路；参考罐预热管与参考罐，参考罐的入气口通过参考罐预热管与供气单元连接；高压煤样罐预热管与用于放置煤样的高压煤样罐，高压煤样罐的入气口通过高压煤样罐预热管与供气单元连接，高压煤样罐的入气口还与参考罐的出气口相连；瓦斯解析仪，其入气口与高压煤样罐的出气口连接，用于存储气体并测量气体解吸量；其出气口与色谱分析仪连接；所述的数据采集存储单元电连接有：设置于参考罐的参考罐温度传感器、参考罐压力变送器；设置于高压煤样罐的高压煤样罐温度传感器、高压煤样罐压力变送器；设置于瓦斯解析仪的解析仪温度传感器、解析仪压力传感器；所述的数据采集存储单元还与瓦斯解析仪电连接，用于控制改变瓦斯解析仪的存储空间的体积，以调节所存储气体的压力至内外平衡相等。 2.根据权利要求1所述的智能型含瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟平台，其特征在于，所述的供气单元设有三条并联的供气管路，高压甲烷气瓶、高压氦气气瓶、压缩空气气瓶分别通过对应的一条供气管路连接到四向阀；任一所述的供气管路上依次设有：减压阀、节流阀、流量计和电动截止阀。 3.根据权利要求2所述的智能型含瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟平台，其特征在于，所述的瓦斯解析仪，包括：与高压煤样罐连接的缓冲罐、以及与数据采集存储单元电连接的电动压力平衡机构，其中，缓冲罐为直筒活塞式结构，电动压力平衡机构与缓冲罐的活塞机构连接，使得数据采集存储单元根据解析仪的压力监测数据控制电动压力平衡机构以活塞运动的方式调节缓冲罐直至压力内外平衡相等。 4.根据权利要求3所述的智能型含瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟平台，其特征在于，所述的数据采集存储单元包括PLC控制器，PLC控制单元电连接有计算机；所述的PLC控制器还连有以下电动截止阀，以控制电动截止阀所在管路的通断：设置于三条供气管路的第一电动截止阀、第二电动截止阀和第三电动截止阀；分别设置于高压煤样罐预热管入口管路和出口管路上的第四电动截止阀、第八电动截止阀；设置于参考罐预热管入口管路上的第五电动截止阀；设置于参考罐出口管路上的第七电动截止阀和第九电动截止阀；分别设置于高压煤样罐入口管路和出口管路上的第六电动截止阀和第十电动截止阀；高压煤样罐出口管路连接的排空管路上设置的第十三电动截止阀；分别设置于瓦斯解析仪入口管路和出口管路上的第十一电动截止阀和第二十电动截止阀；设置于真空泵与程序控温箱间管路上的第十四电磁阀。 5.一种智能型瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟试验方法，其特征在于，包括： S1：在程序控温箱的高压煤样罐中放置煤样，开启真空泵对程序控温箱进行真空脱气； S2：供气单元向程序控温箱中的参考罐输出氦气，直至参考罐内压力稳定，获取平衡压力P1；开启参考罐出口与高压煤样罐入口之间的串联管路，使得参考罐中氦气能够进入高压煤样罐，直至压力稳定时获取平衡压力P2；基于所述的平衡压力P1、平衡压力P2、已知的参考罐自由体积Vc，并结合气体状态方程、质量守恒定律获取高压煤样罐的自由体积Vfree； S3：控制真空泵对高压煤样罐及参考罐进行真空脱气，然后关闭参考罐出口与高压煤样罐入口之间的串联管路；供气单元向参考罐通入甲烷气体，直至参考罐达到预定的压力，待参考罐压力稳定时获取其有平衡压力P3； S4：开启参考罐出口与高压煤样罐入口之间的串联管路，使得参考罐中的甲烷气体能够进入高压煤样罐，直至压力稳定时获取平衡压力P4；基于所述的P1和P2并结合气体状态方程、质量守恒定律得到初次充入甲烷气体后的煤样吸附量Q1； S5：关闭参考罐出口与高压煤样罐入口之间的串联管路，控制供气单元向参考罐中补充甲烷气体至更高的预定的压力，待参考罐压力稳定时获取平衡压力Pn0；开启参考罐出口与高压煤样罐入口之间的串联管路，使得甲烷气体能够进入高压煤样罐中，直至压力稳定时获取平衡压力Pn，基于平衡压力Pn0、平衡压力Pn、煤样吸附量Q1、高压煤样罐的自由体积Vfree、参考罐自由体积Vc确定煤样累计吸附量Qn； S6：打开高压煤样罐的排空管路，以卸掉甲烷气体；然后关闭排空管路，打开瓦斯解吸仪的进气端与高压煤样罐之间的管路，使得瓦斯解吸仪测量解吸气体体积； S7：待煤样吸附平衡或解吸后，供气单元向高压煤样罐内通入空气；设置程序控温箱的参数，对不同吸附压力或解吸后煤样进行升温氧化，利用气相色谱仪进行气相色谱分析，获得释放气体的组分、浓度。 6.根据权利要求5所述的一种智能型瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟试验方法，其特征在于，所述的步骤S1，包括：在程序控温箱的高压煤样罐中放置煤样，开启真空泵，在373K温度下对程序控温箱进行真空脱气；脱气完成后，在煤样冷却到298K时，关闭程序控温箱的所有电动截止阀；所述的步骤S3中，所述的控制真空泵对高压煤样罐及参考罐进行真空脱气，包括：在298K的温度下通过真空泵对高压煤样罐及参考罐真空脱气0.5小时。 7.根据权利要求5所述的一种智能型瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟试验方法，其特征在于，在所述的步骤S2中，基于以下表达式计算自由体积Vfree：式中：Vfree指高压煤样罐的自由体积，cm3； P1、P2分别指参考罐内的氦气初始平衡压力和氦气二次平衡压力，MPa； Vc指参考罐的自由体积，cm3； Z1指参考罐的初始气体的压缩因子； Z2指平衡条件下气体的压缩因子。 8.根据权利要求7所述的一种智能型瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟试验方法，其特征在于，所述的步骤S4中，基于以下表达式计算煤样吸附量Q1：式中：Q1指初次充入甲烷气体后煤样吸附量，mL/g； Vm指气体摩尔体积，22.4L/mol； T指系统稳定，K； P3指参考罐内的甲烷气体初始平衡压力，MPa； P4指吸附平衡压力，MPa； Z3指P3和T条件下气体压缩系数； Z4指P4和T条件下气体压缩系数； m指煤样质量，g； R指气体常数，R＝8.735J/(mol·K)。 9.根据权利要求8所述的一种智能型瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟试验方法，其特征在于，在所述的步骤S5中，根据以下表达式计算煤样累计吸附量Qn：式中：Qn指第n次充入气体后煤样累计吸附气体量，mL/g； Pn0指参考罐补充气体后的初始平衡压力，MPa； Pn-1指第n-1次将甲烷通入高压煤样罐后的吸附平衡压力，MPa； Pn指第n次将甲烷通入高压煤样罐后的吸附平衡压力，MPa； Zn0指Pn0和T条件下的气体压缩系数； Zn-1指Pn-1和T条件下的气体压缩系数； Zn指Pn和T条件下气体压缩系数。 10.根据权利要求5所述的一种智能型瓦斯煤竞争吸附解吸氧化模拟试验方法，其特征在于，在所述的步骤S7中，所述的程序控温箱的参数是通过计算机控制PLC控制器进行设置的，具体包括：气体流量、初始温度、终止温度、升温速率。