一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统技术方案

本发明专利技术公开一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统，属于煤矿瓦斯治理技术领域；实验系统包括试样夹持器、围压单元、轴压单元、抽真空单元、气体流量监测单元以及供气单元；围压单元和轴压单元分别用于对试样施加围压和轴压；抽真空单元用于对实验系统进行抽真空；供气单元通过透气顶头首先注入CH4，待完全吸附后，再注入CO2或N2对CH4进行驱替，CO2驱替结束后，可以实现封存CO2；气体流量监测单元能够对气体进行干燥以及吸收，并进行流量分析与监测；解决了煤体在CO2封存(或N2)驱替CH4试验过程中实时监测以及难以量化试验结果的问题。过程中实时监测以及难以量化试验结果的问题。过程中实时监测以及难以量化试验结果的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统


[0001]本专利技术属于煤矿瓦斯治理
，具体涉及一种CT实时扫描CO2封存 (或N2)驱替CH4实验系统。

技术介绍

[0002]随着现代化社会的不断发展，煤炭是我国主体能源，而瓦斯赋存“高储低渗”是我国煤层普遍存在的特征，必须进行煤层瓦斯抽采才能提高煤炭采出率。如何提高煤矿瓦斯抽采率、煤层中气体渗流速度以及促进煤层中CH4解吸，是煤矿瓦斯治理技术的主要问题。
[0003]未采煤层中的CH4是宝贵的不可再生清洁能源，直接排放势必造成大量碳污染，驱替采出是利用瓦斯、降低碳排放的绿色低碳关键技术；实现该技术有两种途径，首先，由于注入N2会改变系统总压及N2被煤体吸附后会引起总吸附饱和度增加，可以达到良好的驱替CH4效果；其次，在抽采煤层CH4的过程中，向CH4压力较低的煤层注入CO2，由于煤体中CO2的吸附性强于CH4，向煤层中注入CO2可以置换出已吸附的CH4，可以增加煤层CH4的产出率，即通入CO2和N2均可以达到驱替CH4的目的。
[0004]另一方面，在CO2驱替采出CH4后，还能够在地质上封存CO2；因此，利用CO2和N2气体作为注源气体置换驱替煤层内部瓦斯是当今研究的重点课题；国内外学者对N2驱替CH4技术及增产机理做了大量研究，但CO2驱替高渗透性煤层CH4技术尚处于探索阶段；目前大多数装置只能实现注气驱替而不能实时监测其过程以及检测到进出口的气体流量和成分，也无法进行CO2封存试验；工业CT实验设备可实现在微细观角度下监测煤体内部裂隙的动态演化过程，但是由于气密性、腐蚀性和耐高压等问题的存在，导致目前CT装置与传统驱替装置结合的试验系统无法准确提供气体流速、流量等信息，更无法分析气体成分及浓度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种CT实时扫描CO2封存 (或N2)驱替CH4实验系统，能够监测和分析CO2封存(或N2)驱替CH4流量和成分。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统，包括试样夹持器，试样夹持器固定在CT旋转平台上，试样夹持器的外侧设置有探测器和微焦点X 射线发射器，实现对试样进行扫描检测；
[0008]所述试样夹持器周围设置有围压单元、轴压单元、抽真空单元、气体流量监测单元以及供气单元；围压单元和轴压单元分别用于对试样施加围压和轴压；抽真空单元用于对实验系统进行抽真空；供气单元分别在实验系统内注入CH4、 CO2以及N2；
[0009]所述气体流量监测单元包括：阀门、气体干燥器、进口流量计、出口流量计、红外线气体分析仪、CO2吸收塔、CH4吸收塔、流量计、单向阀以及气体吸收装置；该单元能够对气体进行吸收干燥，并进行流量分析与监测。
[0010]进一步地，所述供气单元包括CO2气瓶、N2气瓶、CH4气瓶、三通阀门以及阀门。
[0011]进一步地，所述试样夹持器包括包裹试样的胶套，试样夹持器上下两端还设置有透气顶头；所述轴压单元用于实现透气顶头与试样两端完全接触。
[0012]进一步地，所述流量计包括顶部装置、差压传感器、测量管、高压取压口以及低压取压口。
[0013]进一步地，所述CO2吸收塔内部是ZSM
‑
5整体柱材料。
[0014]进一步地，所述CH4吸收塔内部为Mofs材料。
[0015]一种实验系统的使用方法，包括以下步骤：
[0016]S1：启动CT实时扫描系统，并对其进行初始化及热机等准备工作；
[0017]S2：将试样安装至试样夹持器中，并固定在CT旋转平台上，连接管路，对试样施加围压和轴压，并进行第一次扫描；
[0018]S3：启动抽真空单元，对管路及试样夹持器进行抽真空；
[0019]S4：抽取完毕后，拧开CH4气瓶，调节合适气压，试样开始进行瓦斯吸附，吸附期间可进行多次扫描；
[0020]S5：在吸附完成后，关闭CH4气瓶，对试样进行扫描，拧开N2气瓶，调节至合适气压，进行注N2驱替CH4试验，并对试样进行扫描；
[0021]S6：当红外线气体分析仪显示无CH4时，标志驱替完成，记录气体流量，并对试样进行扫描；
[0022]S7：试验结束，关闭CT及N2气瓶阀门，取出试样。
[0023]一种实验系统的使用方法，包括以下步骤：
[0024]S1：启动CT实时扫描系统，并对其进行初始化及热机等准备工作；
[0025]S2：将试样安装至试样夹持器中，并固定在CT旋转平台上，连接管路，对试样施加围压和轴压，并进行第一次扫描；
[0026]S3：启动抽真空单元，对管路及试样夹持器进行抽真空；
[0027]S4：抽取完毕后，拧开CH4气瓶，调节合适气压，试样开始进行瓦斯吸附，吸附期间可进行多次扫描；
[0028]S5：在吸附完成后，关闭CH4气瓶，对试样进行扫描，拧开CO2气瓶，调节至合适气压，进行注CO2驱替CH4试验，并对试样进行扫描；
[0029]S6：当红外线气体分析仪显示无CH4时，标志驱替完成，记录气体流量，并对试样进行扫描；
[0030]S7：进行CO2封存试验，当CT实时扫描发现试样破裂时，记下流量示数，标志CO2封存完成；
[0031]S8：试验结束，关闭CT及CO2气瓶阀门，取出试样。
[0032]本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种用于CT实时扫描CO2封存(或N2) 驱替CH4实验系统及使用方法，可以通过CT实时扫描，实时监测煤体内部裂隙在CO2封存(或N2)驱替CH4实验过程的实时演化，同时通过气体流量监测系统得到煤体吸附CH4总量和CO2(或者N2)驱替CH4总量以计算得出瓦斯抽采效率以及可以进一步得到煤体CO2封存量，解决了煤体在CO2封存(或N2)驱替CH4试验过程中实时监测以及难以量化试验结果的问题，并可以提供实验基础和理论参考。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术系统整体结构示意图；
[0035]图2是本专利技术的CT实时扫描示意图；
[0036]图3是本专利技术的流量计剖面结构示意图。
[0037]图中：1
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CO2气瓶；2
‑
N2气瓶；3
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CH4气瓶；4
‑
三通阀门；5
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阀门；6
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1进口流量计，6
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2出口流量计；601
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顶部装置；602
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差压传感器；603
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测量管；604
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统，其特征在于，包括试样夹持器(11)，试样夹持器(11)固定在CT旋转平台上，试样夹持器(11)的外侧设置有探测器(21)和微焦点X射线发射器(23)，实现对试样进行扫描检测；所述试样夹持器(11)周围设置有围压单元、轴压单元、抽真空单元、气体流量监测单元以及供气单元；围压单元和轴压单元分别用于对试样施加围压和轴压；抽真空单元用于对实验系统进行抽真空；供气单元分别在实验系统内注入CH4、CO2以及N2；所述气体流量监测单元包括：阀门(5)、气体干燥器(13)、进口流量计(6
‑
1)、出口流量计(6
‑
2)、红外线气体分析仪(15)、CO2吸收塔(16)、CH4吸收塔(17)、流量计(14)、单向阀(18)以及气体吸收装置(19)；该单元能够对气体进行干燥，并进行气体流量分析与监测。2.根据权利要求1所述的一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统，其特征在于，所述供气单元包括CO2气瓶(1)、N2气瓶(2)、CH4气瓶(3)、三通阀门(4)以及阀门(5)。3.根据权利要求2所述的一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统，其特征在于，所述试样夹持器(11)包括包裹试样的胶套(11
‑
3)，试样夹持器(11)上下两端还设置有透气顶头(11
‑
1)；所述轴压单元用于实现透气顶头(11
‑
1)与试样两端完全接触。4.根据权利要求2所述的一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统，其特征在于，所述流量计(14)包括顶部装置(601)、差压传感器(602)、测量管(603)、高压取压口(604)以及低压取压口(605)。5.根据权利要求2所述的一种CT实时扫描CO2封存(或N2)驱替CH4实验系统，其特征在于，所述CO2吸收塔(16)内部是ZSM
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，陈礼鹏，李少波，朱传奇，范浩，刘怀谦，邹鹏，杨天明，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：