一种多孔介质反应热效应监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多孔介质反应热效应监测装置，包括透明石英反应器、陶瓷加热器、加热控制器、示差热电偶、模拟数字转换器、光导纤维热传感器、电脑、注入系统；所述透明石英反应器左右两端分别设有注入端端盖和出口端端盖，所述注入系统与注入端端盖相连，所述透明石英反应器置于陶瓷加热器的加热腔中，陶瓷加热器与加热控制器相连，所述示差热电偶的数量为2个，并将2个示差热电偶的测量端分别穿过注入端端盖、出口端端盖后置于透明石英反应器内部，示差热电偶的冷端与模拟数字转换器相连，模拟数字转换器的输出端与电脑相连；本实用新型专利技术可以在动态气流条件下监测多孔介质反应热效应，可以用于精确地评价催化剂对反应的催化效果和监测燃烧前缘的移动。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔介质反应热效应监测装置
本技术涉及一种多孔介质反应热效应监测装置，具体的涉及油藏注空气过程原油在多孔介质中氧化/燃烧的反应热监测及其催化氧化和促进氧化反应过程研究。
技术介绍
油藏注空气驱油(包括轻质油藏高压注空气和稠油火驱)是一种有效的提高采收率方法。注空气提高原油采收率的关键在于空气与原油的氧化反应，氧化/燃烧反应程度及其产生的热效应直接决定着注空气技术能否达到很好的驱油效果。因此，研究原油在多孔介质中氧化/燃烧反应的热效应至关重要。目前关于原油在多孔介质中氧化/燃烧反应热效应的研究设备主要包括以下几种类型：(1)、恒温氧化反应器此反应器只能在恒温条件下进行实验，尽管反应器外包裹着保温层，但热损失是非常严重的，在此条件下很难观察到反应的真实升温情况。且反应器是封闭的，只在反应初期注入一定压力的气体，提供的氧气量有限。因此，无法观察到动态气流条件下一个完整的反应过程。(2)、绝热加速量热仪(ARC)ARC是商业化的热分析仪，在注空气领域主要用于研究原油的自燃(主要是自燃温度的确定)。ARC能够实现自燃温度的监测主要是通过温度补偿功能实现近绝热条件。在近绝热条件下，反应释放的热量可以不断聚集，最终达到自发的燃烧。ARC的绝热功能只有在封闭模式下才可以实现，在动态的空气流条件下，由于和外界的热交换，将无法监测自燃温度。然而，在封闭的模式下，空气量是有限的，而且由于仪器的自动保护功能，如果在反应过程中，压力增加速率过高，设备还会自动释放压力。因此，在封闭的模式下也无法完整地观察到整个反应过程，且不能模拟油藏条件下的动态驱替过程。(3)、热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置基于目前研究原油氧化设备存在的问题，主要包括：1)、不能模拟空气动态驱替原油过程；2)、反应器不能绝热，氧化反应释放的热量会快速传递到周围环境，热量难以聚集，因此很难监测到反应过程中温度的变化情况；3)、由于反应器热量损失严重，因此不能实现连续的氧化反应。现有技术公开了一种大尺度的高温高压热跟踪补偿绝热静态氧化及动态氧化驱替装置(申请号：201510432008.X、201610006614.X)，此设备可以实现动态氧化/燃烧驱替，也可以实现静态绝热氧化。在动态氧化驱替过程中，由于动态空气流的热交换，同样无法实现绝热监测，内置热偶监测到的温度为外部加热升温和内部反应放热的总和，无法判断燃烧的起始温度和反应真实的热效应。在静态氧化模式下，可以监测反应放热，但由于模型较大，温度补偿具有一定的时间间隔，部分热量仍会散失，无法及时反映氧化反应的真实放热情况，根据目前的实验结果，在原油反应活性高，且初始温度较高的条件下，仅监测到几度到十几度的温度升高。而且，此大尺度设备需要样品量大，实验周期长，进行大量的实验研究非常困难。基于以上分析可以发现，现有设备主要通过温度跟踪补偿功能实现静态封闭条件下的热效应监测，在动态空气流条件下，由于与外界的热交换，无法实现热效应监测功能。大量的实验和一些现场试验表明，在油藏条件下，原油的氧化/燃烧反应往往不能在期望的模式下进行，需要使用催化剂提高原油氧化/燃烧行为。因此，上述提到的设备也被用于评价催化剂/促进剂对氧化/燃烧反应的影响。除了以上提到的缺点外，这些设备反应器的主要结构均为金属，而加热的金属表面自身可以影响氧化/燃烧反应及催化剂的催化活性。这对催化剂的评价是非常不利的。为了准确评价催化剂的催化活性，应避免反应物与加热的金属表面接触。这意味着，用于研究催化氧化/燃烧的反应器不能为金属的。因此，急需一种能够在多孔介质中动态气流条件下监测反应(氧化/燃烧)热效应的非金属反应装置。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提供一种结构简单、操作便捷的多孔介质反应热效应监测装置及方法，本技术提供的装置和方法，通过对反应器结构和反应介质填充位置的合理设计，可以在动态气流条件下(与外界进行热交换的条件下)监测多孔介质反应热效应，且反应器为非金属结构，可以用于精确地评价催化剂对反应的催化效果；可以监测燃烧前缘的移动。本技术采用下述的技术方案：一种多孔介质反应热效应监测装置，包括透明石英反应器、陶瓷加热器、加热控制器、示差热电偶、模拟数字转换器、光导纤维热传感器、电脑、注入系统；所述透明石英反应器左右两端分别设有注入端端盖和出口端端盖，所述注入系统与注入端端盖相连，所述透明石英反应器置于陶瓷加热器的加热腔中，陶瓷加热器与加热控制器相连，所述示差热电偶的数量为2个，并将示2个差热电偶的测量端分别穿过注入端端盖、出口端端盖后置于透明石英反应器内部，示差热电偶的冷端与模拟数字转换器的模拟信号输入端相连，模拟数字转换器的数字信号输出端与电脑相连；所述光导纤维热传感器的测量端置于透明石英反应器的外壁处并紧贴外壁，光导纤维热传感器的输出端与模拟数字转换器的模拟信号输入端相连。优选的，所述注入系统包括高压空气瓶、高压氦气瓶、气体流量计一、气体流量计二、控制阀一、控制阀二、压力计；所述高压空气瓶、高压氦气瓶的出口均依次与控制阀一、气体流量计一连接形成并联结构后与控制阀二的下端相连，控制阀二的上端连接气体流量计二的下端，所述气体流量计二的上端分别与压力计、注入端端盖相连。优选的，所述出口端端盖右端设有冷凝收集系统，所述出口端端盖与冷凝收集系统之间的管路上设有控制阀三。优选的，所述冷凝收集系统包括冷却系统和集气管，所述冷却系统为液氮罐，所述集气管置于液氮罐中。一种多孔介质反应热效应监测的方法，包括如下步骤：1)从透明石英反应器的注入端放入示差热电偶，然后从出口端往注入端填充多孔介质，多孔介质完全包裹住示差热电偶；2)接着填充反应样品，然后剩余的空间再用多孔介质填满，透明石英反应器(1)填充完毕后，将另一个示差热电偶安放在反应样品内用于测试反应样品的反应温度；3)然后采用陶瓷加热器对透明石英反应器加热，并在透明石英反应器的注入端注气进行热效应反应实验；4)最后通过电脑监测热效应反应实验过程中多孔介质和反应样品的温度。优选的，两个示差热电偶之间间隔至少为1厘米。优选的，所述步骤3)中气体的注气方向是从透明石英反应器注入端的多孔介质向反应样品方向流动，最后从透明石英反应器出口端的多孔介质排出。优选的，所述步骤2)中的示差热电偶被反应样品完全包裹。优选的，两个示差热电偶均置于透明石英反应器径向中心位置。本技术的有益效果是：1、不需要复杂和昂贵的热跟踪补偿系统，可以实现在动态气流条件下，监测多孔介质的反应热效应，可用于注空气过程中的原油氧化/燃烧反应热效应研究，能够真实模拟油藏条件下注空气的氧化/燃烧反应过程；2、不像传统的实验设备，反应器主体为金属材质，加热的金属表面会影响氧化/燃烧反应及催化剂的催化活性，本技术采用的反应器为石英材质，可以确保精确地研究反应自身的热效应及催化剂的催化效果。3、本技术的反应器主体为透明石英反应器，很难通过传统的热电偶放置方式沿轴线方向安置很多热电偶，传统的钻孔安装热电偶的方法非常容易损坏石英反应器，且大大增加密封的难度；垂向放置的热电偶会影响加热器和反应器的接触及加热装置的设计，也会影响燃烧前缘的传播；另一个主要的原因是热电偶具有一定的惰性，不能及时反应温度的变化和前缘的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔介质反应热效应监测装置，其特征在于，包括透明石英反应器(1)、陶瓷加热器(2)、加热控制器(3)、示差热电偶(5)、模拟数字转换器(6)、光导纤维热传感器(10)、电脑(14)、注入系统(13)；所述透明石英反应器(1)左右两端分别设有注入端端盖(15)和出口端端盖(16)，所述注入系统(13)与注入端端盖(15)相连，所述透明石英反应器(1)置于陶瓷加热器(2)的加热腔中，陶瓷加热器(2)与加热控制器(3)相连，所述示差热电偶(5)的数量为2个，并将2个示差热电偶(5)的测量端分别穿过注入端端盖(15)、出口端端盖(16)后置于透明石英反应器(1)内部，示差热电偶(5)的冷端与模拟数字转换器(6)的模拟信号输入端相连，模拟数字转换器(6)的数字信号输出端与电脑(14)相连；所述光导纤维热传感器(10)的测量端置于透明石英反应器(1)的外壁处并紧贴外壁，光导纤维热传感器(10)的输出端与模拟数字转换器(6)的模拟信号输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种多孔介质反应热效应监测装置，其特征在于，包括透明石英反应器(1)、陶瓷加热器(2)、加热控制器(3)、示差热电偶(5)、模拟数字转换器(6)、光导纤维热传感器(10)、电脑(14)、注入系统(13)；所述透明石英反应器(1)左右两端分别设有注入端端盖(15)和出口端端盖(16)，所述注入系统(13)与注入端端盖(15)相连，所述透明石英反应器(1)置于陶瓷加热器(2)的加热腔中，陶瓷加热器(2)与加热控制器(3)相连，所述示差热电偶(5)的数量为2个，并将2个示差热电偶(5)的测量端分别穿过注入端端盖(15)、出口端端盖(16)后置于透明石英反应器(1)内部，示差热电偶(5)的冷端与模拟数字转换器(6)的模拟信号输入端相连，模拟数字转换器(6)的数字信号输出端与电脑(14)相连；所述光导纤维热传感器(10)的测量端置于透明石英反应器(1)的外壁处并紧贴外壁，光导纤维热传感器(10)的输出端与模拟数字转换器(6)的模拟信号输入端相连。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨迪科夫·卡米尔·加米罗维奇，袁成东，米哈伊尔·阿列克谢耶维奇·瓦尔福洛梅耶夫，
申请(专利权)人：喀山伏尔加地区联邦大学，
类型：新型
国别省市：俄罗斯,RU