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原文传递一种采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置及其使用方法

专利名称：	一种采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置及其使用方法
摘要：	本发明属于煤的吸附解吸技术领域，具体公开了一种采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置及使用方法，该装置包括煤样处理单元、气体收集单元、混气单元、体积计量单元、尾气处理单元和气体分析单元，煤样处理单元通过气体管道与气体收集单元、混气单元、体积计量单元、尾气处理单元和所述气体分析单元连接。本发明通过混气单元与尾气处理单元和煤样处理单元配合，使煤样能够对多元气体进行充分饱合吸附，从而对于精确测量多元气体含量及多元气体中单一气体的的比例提供了有力支撑，对研究煤自燃机理具有重要意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	林柏泉;刘谦;周延;李庆钊;郑苑楠;王正;李伟卓
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910404425.1
公开号：	CN110196206A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	周敏
分类号：	G01N7/14(2006.01);G;G01;G01N;G01N7
申请人地址：	221116 江苏省徐州市铜山区大学路1号
主权项：	1.一种采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置，其特征在于：所述装置包括煤样处理单元、气体收集单元、混气单元、体积计量单元、尾气处理单元和气体分析单元，所述煤样处理单元通过气体管道与所述气体收集单元、所述混气单元、所述体积计量单元、所述尾气处理单元和所述气体分析单元相连通；其中：所述煤样处理单元包括煤样罐(15)、破碎叶轮(16)、电机(17)、加热套(13)；所述破碎叶轮(16)置于煤样罐内，用于对煤样进行破碎；所述破碎叶轮(16)上方连接所述电机(17)，所述加热套(13)包裹在所述煤样罐(15)的外侧，所述煤样罐(16)的下部设置有一个进气通道，上部设置有两个出气通道；所述气体收集单元包括隔膜泵(29)、量筒(30)和烧杯(30)，所述隔膜泵(29)与量筒(30)通过集气管相连通，所述量筒(30)和烧杯(31)通过排水管相连通；所述体积计量单元包括参比罐(21)和氦气(24)，所述煤样罐(15)通过上部的一个出气通道通过连通管(19)与所述参比罐(21)相连通，所述参比罐(21)通过计量管与所述氦气(24)相连通，所述煤样罐(15)与参比罐(21)之间设置有计量管阀门一(20)；所述参比罐(21)与氦气(24)之间设置第二压力表(26)和计量管阀门二(25)；所述混气单元包括混气仪(34)和吸附气体(35)；所述混气仪(34)与吸附气体(35)之间通过进气管(32)连通，所述进气管(32)上设置有进气管阀门二(33)；所述混气仪(34)通过气体管道与煤样罐(15)的下部进气通道连通；所述混气仪(24)与煤样罐(15)之间依次设置有加压阀(23)、流量计(22)和进气管阀门一(14)；所述尾气处理单元包括酒精灯(1)、碱性溶液(2)、干燥剂(3)；所述煤样罐(15)通过上部的另一个出气通道通过出气管(7)与所述干燥剂(3)、所述碱性溶液(2)、所述酒精灯(1)依次连通，所述煤样罐(15)与所述干燥剂(3)之间设置有出气管阀门一(4)；所述气体分析单元包括依次设置并用数据线连接的数据采集仪(10)、电脑(8)、气相色谱仪(6)；所述煤样罐(15)从下部的进气通道通过分析管与所述气相色谱仪(6)连通；所述煤样罐(15)下部的进气通道与所述气相色谱仪(6)之间依次设置第一压力表(11)和分析管阀门二(9)；所述煤样罐(15)上部的出气通道与所述气相色谱仪(6)之间的气体管道上依次设置出气管阀门二(12)和分析管阀门一(5)。 2.根据权利要求1所述的采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置，其特征在于：所述煤样罐(15)内腔为圆柱，内腔直径8～10cm、高度12～15cm。 3.根据权利要求1所述的采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置，其特征在于：所述参比罐(21)体积为所述煤样罐(15)体积的1.5～2倍。 4.根据权利要求1所述的采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置，其特征在于：所述碱性溶液(2)为饱和氢氧化钠或氢氧化钾剂溶液。 5.根据权利要求1所述的采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置，其特征在于：所述破碎叶轮(16)直径比煤样罐(15)内腔直径小2～3cm，叶轮为两层分布。 6.根据权利要求1所述的采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置，其特征在于：所述量筒(30)内的液体为饱和碳酸氢钠溶液。 7.一种如权利要求1所述的采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)装置气密性监测：关闭进气管阀门一(14)、出气管阀门二(12)、加压阀(23)，打开阀门集气管阀门一(18)、计量管阀门一(20)和计量管阀门二(25)，利用隔膜泵(29)对煤样罐(15)抽真空，待真空表(27)上的示数小于-0.09MPa时，关闭计量管阀门二(25)，若一个小时内真空表(27)示数不变，则说明装置气密性良好；否则重新连接装置，并再次检查装置的气密性，直至装置的气密性满足实验要求； (2)计量煤样罐体积：关闭出气管阀门二(12)、进气管阀门一(14)、计量管阀门一(20)，打开集气管阀门一(18)和集气管阀门二(28)，利用隔膜泵(29)对煤样罐(15)抽真空，待量筒(30)内的液柱不再下降时，关闭集气管阀门一(18)，打开计量管阀门二(25)，向参考罐(21)内注入氦气，记录此时压力P11，再打开计量管阀门一(20)，待第二压力表(26)稳定时，记录此时压力P12，根据气体状态方程，计算煤样罐体积V1； (3)计算自由空间体积：选取粒径为2～3cm的煤样，称取重量m1，放入煤样罐内，关闭出气管阀门二(12)、进气管阀门一(14)和计量管阀门一(20)，打开集气管阀门一(18)和集气管阀门二(28)，并利用隔膜泵(29)对煤样罐(15)抽真空，待量筒(30)内的液柱不再下降时，再抽真空一个小进，关闭集气管阀门一(18)，打开计量管阀门二(25)，向参考罐(21)内注入氦气(24)，记录此时压力P13，再打开计量管阀门一(20)，待第二压力表(26)稳定时，记录此时压力P14，根据气体状态方程，计算煤样罐自由空间体积V2，则煤样体积V3＝V1-V2； (4)配置混合气体：根据实验需要，打开吸附气体钢瓶，设置混气比例，利用混气仪(34)配置实验所需气体的浓度，通过分析管，将气体输送到气相色谱仪(6)，利用气相色谱仪(6)分析各气体浓度，确保气体比例的准确性； (5)煤样吸附气体：设置加热套13温度为30℃，关闭分析管阀门二(9)、集气管阀门一(18)和计量管阀门一(20)，打开进气管阀门一(14)，将混气仪(34)内的气体充入煤样罐(15)内，待第一压力表(11)示数达到0.05MPa左右时，关闭混气仪(34)出口的加压阀(23)，使煤样充分吸附待测气体，保证第一压力表(11)示数不变且大于零即可； (6)常压下煤样动态吸附：点燃酒精灯(1)，打开出气管阀门二(12)、出气管阀门一(4)，让煤样罐(15)内的自由气体解吸出来，同时打开混气仪(34)出口的加压阀(23)，控制出口流量在10～20ml/min，让气体流过煤样； (7)煤样吸附气体含量测试：待出气口监测到的气体成分与混气仪(34)所配气体成分相同时，关闭出气管阀门二(12)和进气管阀门一(14)，设置加热套(13)的温度为60℃，启动电机(17)对煤样罐(15)内的煤样破碎，打开集气管阀门一(18)和集气管阀门二(28)，利用隔膜泵(29)将煤样罐(15)内的气体抽出，并通过量筒(30)计量，15分钟内量筒(30)内气体不再增加时，关闭电机(17)、隔膜泵(29)以及集气管阀门一(18)和集气管阀门二(28)，记录量筒(30)内的气体体积V4，并利用气相色谱仪(6)对气体成分进行分析； (8)煤样对多气体吸附量计算：煤样对气体的吸附体积Vi＝V4×C4i-V2×C2i，其中Vi表示第i种气体体积，C4i表示含量测试中第i种气体的浓度，C2i表示煤样罐自由体积中第i种气体的浓度，那么煤样对第i种气体的吸附量为Vi/m； (9)整理实验仪器：熄灭酒精灯(1)，整理实验仪器并打扫实验室卫生。
所属类别：	发明专利