【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统及方法，属于超临界co2混合分层实验技术与设备。
技术介绍
1、co2作为一种温室气体，在工业中可以得到广泛应用，在石油工业领域也可以用于提高油田采收率。在实际应用中，很少会出现纯co2，多是含有一种或多种杂质的co2混合物，常见杂质包括ch4、n2、ar、h2、so2、no2、n2o、o2、h2s、cos、co等。气体扩散是指某种气体分子通过扩散运动而进入到其它气体里，因为气体分子的不规则运动比较激烈，所以扩散比较明显。然而液体与液体、气体之间的分子扩散速率却很小，单靠分子扩散很容易出现分层现象，实际混合过程是需要强制扩散，包括主体对流扩散、涡流扩散，才可以实现混合均匀。超临界态是一种部分物性类似于液体的特殊状态，掺有一定比例杂质的co2混合物在超临界态下的混合分层特性是完全未知的。同时，处于超临界态下的co2混合物的混合分层特性无法通过现有软件进行仿真模拟得到，需要可靠的实验装置进行研究。但是目前很少有学者研究超临界态下的co2混合物的混合分层特性，没有测量超临界态下的co2混合物的混合分层特性的装置，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统及方法，能够提供高压、搅拌和静置状态的实验环境，实现对超临界态下的co2混合物的混合分层特性的真实模拟与分析。
2、本专利技术提供的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，包括依次相连的气体供应模块、
3、所述气体供应模块用于将二氧化碳和杂质气输入至所述混合分层模拟模块；
4、所述混合分层模拟模块包括高压反应釜、磁钢搅拌棒、三相绕组和电机；所述高压反应釜包括反应釜釜体和设于所述反应釜釜体内部的圆柱形高压腔；所述圆柱形高压腔的顶部和底部均设有进取样口；所述磁钢搅拌棒设于所述圆柱形高压腔内壁侧的凹槽中，用于对超临界态二氧化碳混合物进行线性搅拌；所述三相绕组设于所述圆柱形高压腔的外壁上，用于对所述磁钢搅拌棒进行激励，使其径向力平均为零，从而在所述圆柱形高压腔内进行轴向的线性运动，超临界态二氧化碳混合物被动进行轴向上的线性运动；所述电机用于为所述三相绕组供电；
5、所述分析模块与所述进取样口相连，以分析介质的组成；
6、位于所述圆柱形高压腔顶部的所述进取样口还与所述气体供应模块相连。
7、本专利技术超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统中，所述凹槽是指两个设置在圆柱形高压腔内壁上向高压腔外壁方向凹陷的、相对的竖直凹槽；所述磁钢搅拌棒两端位于凹槽内，且不与所述圆柱形高压腔的内壁接触；所述磁钢搅拌棒在进行轴向上的线性运动时，在所述凹槽内上下运动。
8、本专利技术超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统中，所述气体供应模块包括依次相连的储气装置、控制阀和注入泵；
9、所述储气装置为储有二氧化碳的气瓶以及多个与其并联的、储有除二氧化碳之外不同气体的气瓶；
10、所述控制阀可显示注入气体质量，以控制注入所述圆柱形高压腔内的混合气体的组成比例。
11、本专利技术超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统中，所述圆柱形高压腔的侧壁上设有加热装置和冷却装置；
12、所述加热装置为加热电阻，其均匀嵌在所述圆柱形高压腔的侧壁上，实现对所述高压反应釜内流体的升温控制；
13、所述冷却装置为流通低温流体的流动通道，其刻在所述圆柱形高压腔的侧壁上，所述低温流体包括液氮，所述冷却装置的设置用于实现所述高压反应釜内制冷循环。
14、本专利技术超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统中，所述磁钢搅拌棒为外部包覆有聚四氟乙烯的磁钢，具有耐热、耐磨、耐腐的特性。。
15、本专利技术超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统中，所述高压反应釜还包括设置在所述反应釜釜体侧壁上、纵向、相对的两个耐压视窗，用于透光观察所述圆柱形高压腔的内部情况；
16、所述耐压视窗耐压≥20mpa；
17、所述高压反应釜釜体的材质为钛合金，耐压≥20mpa。
18、本专利技术超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统中，所述分析模块包括依次相连的耐高压管路和气相色谱仪，所述圆柱形高压腔上下端的气体通过顶部和底部的所述进取样口和所述耐高压管路进入到所述气相色谱仪中；
19、所述分析模块还包括用于取样的取样袋，所述取样袋设置于耐高压管路上，设于所述取样口和所述气相色谱仪之间。
20、本专利技术超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统中，所述圆柱形高压腔的顶部和底部均设有温度传感器和压力传感器。
21、基于所述研究系统，本专利技术还提供了一种超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究方法，包括如下步骤：
22、将二氧化碳气体和杂质气注入所述高压反应釜内，调整釜内温度、压力得到不同工况下的超临界二氧化碳混合物体系；
23、启动所述电机，所述三相绕组对所述磁钢搅拌棒激励，所述磁钢搅拌棒径向力平均为零，其在所述圆柱形高压腔内只进行轴向上的线性运动，使得所述圆柱形高压腔内超临界态二氧化碳混合物被动进行轴向上的线性运动；
24、通过所述圆柱形高压腔顶部和底部的所述进取样口将经过充分线性搅拌的上、下层超临界态二氧化碳混合物样品输入至所述分析模块以分析其介质组成，判断经充分搅拌的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性。
25、优选地，将二氧化碳气体和杂质气注入所述高压反应釜内时，控制注入所述圆柱形高压腔的混合物的组成比例。
26、优选地，启动所述电机前，通过所述圆柱形高压腔顶部和底部的所述进取样口取样，将所述圆柱形高压腔内上、下层未经过线性搅拌的混合物样品通过所述分析模块的取样袋取样，再分析介质组成。
27、优选地，可对经过充分线性搅拌的超临界态二氧化碳混合物进行不同时间的静置后，再进行取样，可以得到不同条件的结果。
28、本专利技术方法能够，将未经过充分线性搅拌的混合物样品、经过充分线性搅拌的混合物样品以及经过充分线性搅拌后静置一段时间的样品混合分层特性结果进行比较分析，即可得到不同组成的超临界co2混合物混合分层特性。
29、本专利技术超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统设有可保证超临界co2混合物在圆柱形高压腔内实现轴向上的线性搅拌的磁钢搅拌棒、三相绕组a、b、c以及电机。本专利技术通过三相绕组产生三相电流对高压反应釜内磁钢搅拌棒进行激励，三相电流设置不同，使得高压反应釜内部磁钢搅拌棒径向力平均为零，其在圆柱形高压腔内只进行轴向上的线性运动，实现圆柱形高压腔中的超临界态二氧化碳混合物被动进行线性搅拌。本专利技术研究系统具有独立控温、可视化、取样分析等功能，为超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究构建了一个稳定的实验环境。
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1.一种超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，包括依次相连的气体供应模块、混合分层模拟模块和分析模块；
2.根据权利要求1所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述气体供应模块包括依次相连的储气装置、控制阀和注入泵；
3.根据权利要求1或2所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述圆柱形高压腔的侧壁上设有加热装置和冷却装置；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述磁钢搅拌棒为外部包覆有聚四氟乙烯的磁钢。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述高压反应釜还包括设置在所述反应釜釜体侧壁上、纵向、相对的两个耐压视窗，用于透光观察所述圆柱形高压腔的内部情况；
6.根据权利要求1-5中任一项所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述分析模块包括依次相连的耐高压管路和气相色谱仪，所述圆柱形高压腔上下端的气体通过顶部和底部的所述进取样口和所述耐
7.根据权利要求1-6中任一项所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述圆柱形高压腔的顶部和底部均设有温度传感器和压力传感器。
8.一种超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究方法，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究方法，其特征在于：将二氧化碳气体和杂质气注入所述高压反应釜内时，控制注入所述圆柱形高压腔的混合物的组成比例。
10.根据权利要求8或9所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究方法，其特征在于：启动所述电机前，通过所述圆柱形高压腔顶部和底部的所述进取样口取样，将所述圆柱形高压腔内上、下层未经过线性搅拌的混合物样品通过所述分析模块的取样袋取样，再分析介质组成。
...【技术特征摘要】
1.一种超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，包括依次相连的气体供应模块、混合分层模拟模块和分析模块；
2.根据权利要求1所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述气体供应模块包括依次相连的储气装置、控制阀和注入泵；
3.根据权利要求1或2所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述圆柱形高压腔的侧壁上设有加热装置和冷却装置；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述磁钢搅拌棒为外部包覆有聚四氟乙烯的磁钢。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研究系统，其特征在于：所述高压反应釜还包括设置在所述反应釜釜体侧壁上、纵向、相对的两个耐压视窗，用于透光观察所述圆柱形高压腔的内部情况；
6.根据权利要求1-5中任一项所述的超临界态二氧化碳混合物混合分层特性研...
【专利技术属性】
技术研发人员：张明，静玉晓，衣华磊，崔月红，郭欣，马晨波，刘人玮，何蕾，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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