CN118275298A - 一种测定溶液中co2稳态扩散系数的装置及方法 - Google Patents
一种测定溶液中co2稳态扩散系数的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118275298A CN118275298A CN202410364671.XA CN202410364671A CN118275298A CN 118275298 A CN118275298 A CN 118275298A CN 202410364671 A CN202410364671 A CN 202410364671A CN 118275298 A CN118275298 A CN 118275298A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- diffusion
- section
- solution
- carbon sink
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 241
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 92
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 92
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 119
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 31
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 29
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 29
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 12
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 abstract description 10
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 184
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 178
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 94
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 19
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- -1 CO2 hydrates Chemical class 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 2
- 101001121408 Homo sapiens L-amino-acid oxidase Proteins 0.000 description 1
- 102100026388 L-amino-acid oxidase Human genes 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
- G01N2013/003—Diffusion; diffusivity between liquids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明涉及碳封存领域，公开了一种测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，包括：内部用于填充溶液的U型测量器，包括分别位于所述U型测量器的两竖直管段内且沿气体扩散方向依次设置的扩散段和碳汇段，所述扩散段的溶液温度和液面高度均高于所述碳汇段的溶液温度和液面高度，且所述碳汇段的溶液温度低于CO2水合物相平衡温度；用于向所述扩散段输入CO2气体的供气系统；以及用于识别所述碳汇段内CO2水合物生成的观测系统。此外本发明还公开了一种基于上述装置的使用方法。本发明能够实现CO2气体稳态扩散系数的测定过程，测量精度更准确，能够实现在不同温度与不同溶液中CO2气体稳态扩散系数测定过程。
Description
技术领域
本发明涉及碳封存领域，特别是涉及一种测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置及方法。
背景技术
人类活动造成的CO2排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。碳封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。CO2气体在溶液中扩散系数等参数对实现碳封存技术具有重要研究意义。
扩散系数是表示气体扩散程度的物理量，在工业和科学研究领域是一项十分重要的基础物性指标。根据菲克定律，扩散系数是沿扩散方向，在单位时间每单位浓度梯度的条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数。其大小主要取决于扩散物质自身的性质和扩散介质的种类及其温度和压力。
气体扩散系数检测装置是用于测量气体扩散系数的仪器。采用的核心部件普遍是T形管。其中T形管中的水平管用于形成气流保证持续稳定的气体流通，而竖直管则用于盛放待测挥发性液体。由于测试过程中竖直管中的液面变化情况不易观察，读取数据的过程中均需借助放大镜等观测仪器来确定竖直管中的液位下降情况，这不仅使测试过程变得繁琐，还可能影响到测试结果的准确性。
鉴于此，如何改变现有气体扩散系数监测装置不易观察、操作繁琐以及准确度低的现状，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置及方法，以克服上述情况不足。
为了能够达到上述目的，本发明的第一方面提供了一种测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，包括：
内部用于填充溶液的U型测量器，包括分别位于所述U型测量器的两竖直管段内且沿气体扩散方向依次设置的扩散段和碳汇段，所述扩散段的溶液温度和液面高度均高于所述碳汇段的溶液温度和液面高度，且所述碳汇段的溶液温度低于CO2水合物相平衡温度；
用于向所述扩散段输入CO2气体的供气系统；以及
用于识别所述碳汇段内CO2水合物生成的观测系统。
进一步地，所述供气系统包括：
缓冲罐体，所述缓冲罐体上安装有第一压力传感器和第一温度传感器，所述缓冲罐体通过第二输气管线与所述U型测量器连通，所述第二输气管线与U型测量器的连通处位于所述扩散段内液面上方，所述第二输气管线上设置有流量计和恒压阀；以及
用于有选择地向所述缓冲罐体内充入CO2的供气瓶。
进一步地，所述供气系统还包括：
所述供气瓶的输出端通过第一输气管线与所述缓冲罐体连通，所述第一输气管线上设置有注气阀门；以及
用于对所述缓冲罐体进行加热的恒温水浴。
进一步地，所述碳汇段的气体扩散初始端连通有注入管线，所述注入管线用于注入水合物种子，所述注入管线上设置有注入阀门。
进一步地，所述扩散段的周侧和所述碳汇段的周侧分别套设有高温夹套和低温夹套，位于所述U型测量器的水平段的周侧套设有保温棉。
进一步地，还包括：
安装在所述U型测量器的第二压力传感器，所述第二压力传感器用于测定所述扩散段液面上方的气体压力；
分别设置在所述扩散段的气体扩散初始端和气体扩散末端的第二温度传感器和第三温度传感器，分别与所述扩散段的气体扩散初始端和气体扩散末端连通的第一取样管线和第二取样管线，且所述第一取样管线和第二取样管线分别设置有第一取样阀门和第二取样阀门；
安装在所述碳汇段的气体扩散初始端的第四温度传感器，以及安装在所述碳汇段的气体扩散末端的第五温度传感器和第三压力传感器；
所述观测系统为CCD相机，所述CCD相机用于识别所述碳汇段内水合物生成情况。
进一步地，还包括：设置在所述缓冲罐体上的第一排气管线，位于所述扩散段内液面上方的所述U型测量器内连通的第二排气管线，以及设置在所述碳汇段的气体扩散末端的第三排气管线，所述第一排气管线、第二排气管线和第三排气管线上分别设置有第一排气阀门、第二排气阀门和第三排气阀门。
相对于现有技术，本发明所述测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置具有以下优势：
试验时，供气系统向U型测量器的扩散段内注入恒压CO2气体，利用观测系统识别碳汇段内CO2水合物生成情况，当碳汇段内生成CO2水合物时，且碳汇段中CO2的消耗与扩散段中注入恒压CO2气体实现动态平衡时，此时扩散段中实现了CO2气体稳态扩散过程，此时从扩散段的气体扩散初始端和气体扩散末端分别取样并进行气液分离，进一步能够计算得出测定溶液中CO2气体稳态扩散系数。
本发明提供了一种基于水合物技术测定溶液中CO2气体稳态扩散系数的装置，与T形管相比，能够实现CO2气体稳态扩散系数的测定过程，测量精度更准确，通过在不同次试验中改变扩散段的试验温度或充入U型测量器内的溶液种类，能够实现在不同温度与不同溶液中CO2气体稳态扩散系数测定过程；根据扩散系数等参数用于判断封存于地质储层或海底的二氧化碳是否有泄露风险，能够进一步对碳封存形成指导效果，对地质碳封存和海洋碳封存研究领域具有重要的研究价值和指导意义。
本发明的第二方面提供了一种基于上述测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置的使用方法，包括以下步骤：
在所述U型测量器中注入溶液，使碳汇段充满溶液，并保证所述扩散段的液面高度高于所述碳汇段的液面高度；
对所述U型测量器抽真空处理；
通过所述供气系统向所述扩散段输入恒定压力的CO2气体；
观测系统识别碳汇段内CO2水合物生成情况；
当CO2水合物生成时，且供气系统输入的CO2气体流量保持稳定时，记录供气系统的流量示数；
分别在所述扩散段的气体扩散初始端和气体扩散末端处取一定质量的溶液，并进行气液分离，分别计算所取溶液的体积及所含CO2气体在标准状况下的体积，计算得出测定溶液中CO2气体稳态扩散系数。
进一步地，所述通过供气系统向所述扩散段输入恒定压力的CO2气体还包括：
向所述碳汇段气体扩散初始端注入水合物种子。
进一步地，分别计算所取溶液的体积及所含CO2气体在标准状况下的体积，计算得出测定溶液中CO2气体稳态扩散系数的计算过程如下：
测定扩散段的扩散路径Δx以及所述扩散段的扩散面积A；
读取供气系统的流量示数，得到C02扩散流量q；
通过在所述扩散段的气体扩散初始端取样并进行气液分离，得到所取溶液体积Vw1及其所含CO2气体体积V1，通过在所述扩散段的气体扩散末端取样与气液分离，得到所取溶液体积Vw2及其所含CO2气体体积V2，分别计算得到在所述扩散段的气体扩散初始端和气体扩散末端处所取溶液中所含CO2气体物质的量n1和n2，扩散段的气体扩散初始端所取溶液中所含CO2气体物质的量扩散段的气体扩散末端所取溶液中所含CO2气体物质的量Vm为CO2标准状况下气体摩尔体积；
分别计算得出所述扩散段的气体扩散初始端和气体扩散末端处所取溶液中所含CO2气体的浓度C1和C2，进而得到浓度差ΔC，扩散段的气体扩散初始端所取溶液中所含CO2气体浓度扩散段的气体扩散末端所取溶液中所含CO2气体浓度浓度差ΔC＝C1-C2；
计算得到CO2在溶液中的气体稳态扩散系数D，测定溶液中CO2气体稳态扩散系数计算方式为：
所述测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置与上述测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置的使用方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置整体结构示意图。
附图标记：1、供气瓶；2、第一输气管线；3、注气阀门；4、缓冲罐体；5、第一压力传感器；6、第一温度传感器；7、第一排气管线；8、第一排气阀门；9、恒温水浴；10、第二输气管线；11、流量计；12、恒压阀；13、第二压力传感器；14、第二排气管线；15、第二排气阀门；16、扩散段；17、第二温度传感器；18、第一取样管线；19、第一取样阀门；20、第三温度传感器；21、第二取样管线；22、第二取样阀门；23、高温夹套；24、低温夹套；25、保温棉；26、碳汇段；27、注入管线；28、注入阀门；29、第四温度传感器；30、第五温度传感器；31、第三压力传感器；32、第三排气管线；33、第三排气阀门；34、CCD相机；35、CO2水合物。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，本发明第一方面提供了一种测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，包括U型测量器、供气系统和观测系统。其中：U型测量器为CO2稳态扩散系数的试验测定装置，U型测量器内部用于填充溶液，本试验用于测定该溶液中CO2扩散系数，U型测量器包括两个竖直段和一个水平段，两个竖直段具有不同的高度，U型测量器包括扩散段16和碳汇段26，扩散段16用于实现CO2的扩散过程，碳汇段26为稳态低浓度碳汇段，用于生成CO2水合物35，扩散段16位于两个竖直段中较高的一个，而碳汇段26位于两个竖直段中较低的一个，由此可实现在U型测量管内充入溶液后，碳汇段26内充满溶液。试验时，扩散段16的溶液温度和液面高度均高于碳汇段26的溶液温度和液面高度，且碳汇段26的溶液温度低于水合物相平衡温度。供气系统用于向扩散段16输入CO2气体；观测系统用于识别碳汇段26内CO2水合物35生成，观测系统优选用CCD相机34。
试验时，供气系统向U型测量器的扩散段16内注入恒压CO2气体，利用观测系统识别碳汇段26内CO2水合物35生成情况，当碳汇段26内生成CO2水合物35时，且碳汇段26中CO2的消耗与扩散段16中注入恒压CO2气体实现动态平衡时，此时扩散段16中实现了CO2气体稳态扩散过程，此时从扩散段16的气体扩散初始端和气体扩散末端分别取样并进行气液分离，进一步能够计算得出测定溶液中CO2气体稳态扩散系数。
本发明提供了一种基于水合物技术测定溶液中CO2气体稳态扩散系数的装置，与T形管相比，本装置测量精度更准确，能够实现CO2气体稳态扩散系数的测定过程，通过在不同次试验中改变扩散段的试验温度或充入U型测量器内的溶液种类，能够实现在不同温度与不同溶液中CO2气体稳态扩散系数测定过程；根据扩散系数等参数用于判断封存于地质储层或海底的二氧化碳是否有泄露风险，能够进一步对碳封存形成指导效果，对地质碳封存和海洋碳封存研究领域具有重要的研究价值和指导意义。
在本发明的一个具体实施例中，U型测量器的两端分别通过螺栓连接有顶盖，且顶盖与U型测量器之间通过O型圈密封形成空心U型腔体，碳汇段26顶端的顶盖为透明材质，且碳汇段26顶端的顶盖设置有观察窗。CCD相机34位于碳汇段26的顶端，CCD相机34透过观察窗识别碳汇段26内CO2水合物35的生成情况。
供气系统包括缓冲罐体4、恒温水浴9和供气瓶1。缓冲罐体4放入在恒温水浴9内，由恒温水浴9对缓冲罐体4进行加热，以实现对缓冲罐体4内的CO2进行预热的目的；缓冲罐体4上安装有第一压力传感器5和第一温度传感器6，分别用于测试缓冲罐体4内CO2气体的压力和温度；缓冲罐体4通过第一输气管线2与供气瓶1的输出端连通，供气瓶1采用高压供气瓶，其内部储存有高压CO2气体，第一输气管线2上设置有注气阀门3，通过打开注气阀门3，供气瓶1内的CO2气体能够快速注入到缓冲罐体4内，随后可关闭注气阀门3，此时，缓冲罐体4内将填充有大量的CO2气体,以供后期试验使用；缓冲罐体4通过第二输气管线10与U型测量器连通，第二输气管线10与U型测量器的连通处位于扩散段16内溶液液面上方，第二输气管线10上设置有流量计11和恒压阀12，流量计11用于测定第二输气管线10上通过CO2气体的流量，恒压阀12用于调节通过第二输气管线10上CO2气体的供给压力，恒压阀12处于开启状态时，缓冲罐体4内的CO2气体能够经第二输气管线10进入到U型测量器内。
在本发明的一个具体实施例中，缓冲罐体4的顶端通过螺栓连接有顶盖，并通过O型圈密封组成空心柱状腔体。
优选地，碳汇段26的气体扩散初始端连通有注入管线27，注入管线27用于注入水合物种子，注入管线27上设置有注入阀门28。当试验过程中，碳汇段26长时间无水合物生成时，此时通过开启注入阀门28后，通过注入管线27向碳汇段26的气体扩散初始端处加入水合物种子，随后关闭注入阀门28即可。水合物种子为CO2水合物35促进剂，CO2水合物35促进剂主要用于提高CO2水合物35的生成速率和改善其热动力学性能，加速CO2水合物35的生成。
在本发明中扩散段16的周侧套设有高温夹套23，高温夹套23的加热温度与恒温水浴9的温度相同，且高温夹套23和恒温水浴9的温度可随不同的试验溶液而改变，对应高温夹套23的扩散段16最上端溶液处定义为扩散段16的气体扩散初始端，对应高温夹套23的扩散段16最下端溶液处定义为扩散段16的气体扩散末端。碳汇段26的周侧套设低温夹套24，低温夹套24用于降低溶液的温度，使得碳汇段26溶液的温度在水合物相平衡温度之下，对应低温夹套24的碳汇段26最上端溶液处定义为扩散段16的气体扩散末端，对应低温夹套24的碳汇段26最下端溶液处定义为碳汇段26的气体扩散初始端。此外，位于U型测量器的水平段的周侧套设有保温棉25，保温棉25用于防止U型测量器散热。
高温夹套23和低温夹套24内设置有流动的且具有一定温度的调温液体，调温液体优选用水，通过调整调温液体的温度，实现对高温夹套23和低温夹套24温度调节过程。
应当理解的是，在单次试验中，高压夹套23的温度是恒定的，能够实现在当前温度下测定溶液中CO2稳态扩散系数；在不同的试验过程中，通过调整高压夹套23的温度，可实现在不同温度下测定溶液中CO2稳态扩散系数。
优选地，本发明U型测量器上安装有第二压力传感器13，第二压力传感器13用于测定扩散段16液面上方的气体压力；扩散段16的气体扩散初始端和扩散段16的气体扩散末端分别设置有第二温度传感器17和第三温度传感器20，第二温度传感器17和第三温度传感器20用于测定扩散段16内溶液温度，常态下，二温度传感器17和第三温度传感器20显示示数应当相同，U型测量器连通有第一取样管线18和第二取样管线21，第一取样管线18和第二取样管线21分别与所述扩散段16的气体扩散初始端和气体扩散末端连通，且第一取样管线18和第二取样管线21分别设置有第一取样阀门19和第二取样阀门22；碳汇段26的气体扩散初始端安装有第四温度传感器29，碳汇段26的气体扩散末端的安装有第五温度传感器30和第三压力传感器31，第四温度传感器29和第五温度传感器30用于测定碳汇段26内溶液温度，常态下，第四温度传感器29和第五温度传感器30显示示数应当相同，第三压力传感器31用于测定碳汇段26的气体扩散末端的压力。
此外本发明还包括：设置在缓冲罐体4上第一排气管线7，位于扩散段16内液面上方的U型测量器内设置的第二排气管线14，以及设置在碳汇段26的气体扩散末端的第三排气管线32，第一排气管线7、第二排气管线14和第三排气管线32上分别设置有第一排气阀门8、第二排气阀门15和第三排气阀门33，设置第一排气管线7用于实现缓冲罐体4抽真空处理，设置第二排气管线14和第三排气管线32用于实现U型测量器抽真空处理。
本发明提供了第二方面提供了一种基于上述测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置的使用方法，包括以下步骤：
在U型测量器中注入溶液，使碳汇段26充满溶液，并保证扩散段16的液面高度高于碳汇段26的液面高度；
对U型测量器抽真空处理；
通过供气系统向扩散段16输入恒定压力的CO2气体；
观测系统识别碳汇段26内CO2水合物35的生成情况；
当CO2水合物35生成时，且供气系统输入的CO2气体流量保持稳定时，记录供气系统的流量示数；
分别在扩散段16的气体扩散初始端和气体扩散末端处取一定质量的溶液，并进行气液分离，分别计算所取溶液的体积及所含CO2气体在标准状况下的体积，计算得出测定溶液中CO2气体稳态扩散系数。
可选地，通过供气系统向扩散段16输入恒定压力的CO2气体还包括：向碳汇段26气体扩散初始端注入水合物种子。
应当说明的是，本发明的装置在试验前应进行检漏处理，测定前应先对整个装置进行检漏；通过向装置内中注入一定压力的氮气，随后关闭气源。并将整个装置封闭一天，如果各个压力传感器数值稳定在某一个数值则表示装置的气密性良好，放掉氮气后可进行后续试验，否则表示装置存在漏点。通常使用起泡剂来检查漏点，漏点的存在严重影响装置的准确度，因此必须检漏。
具体而言，上述使用方法的操作步骤可细化成如下过程：
在U型测量器中注入溶液，使碳汇段26充满溶液，并保证扩散段16的液面高度高于碳汇段26的液面高度。
将恒温水浴9、高温夹套23和低温夹套24的温度分别调至设定温度，并通过第一排气管线7、第二排气管线14和第三排气管线32实现对U型测量器、缓冲罐体4、第一输气管线2和第二输气管线10抽真空处理，抽真空处理约五分钟/次，并重复三次。
打开注气阀门3由供气瓶1向缓冲罐体4注入CO2气体，缓冲罐体4内充入大量的CO2气体后，关闭注气阀门3。并通过读取第一压力传感器5和第一温度传感器6的示数，记录缓冲罐体4内CO2气体的压力和温度。
待缓冲罐体4内的温度和压力稳定后，打开恒压阀12并调节进气压力，通过第二输气管线10向扩散段16上方通入恒定压力的CO2；
CO2气体从U型测量器扩散段16不断扩散至碳汇段26，当该处溶液中CO2浓度达到一定浓度时，CO2与碳汇段26的溶液发生反应生成CO2水合物35，该温度下碳汇段26中CO2水合物35平衡浓度以上的CO2被消耗，保证了碳汇段26溶液中CO2浓度维持在平衡浓度；若碳汇段26长时间无水合物生成，则打开水合物种子注入阀门28，往碳汇段26气体扩散初始端注入CO2水合物35促进剂，以加速水合物的生成。
CCD相机34捕获到碳汇段26水合物不断生成且流量计11示数保持稳定，此时缓冲罐体4内压力匀速降低，此时开始记录第一温度传感器6、第二温度传感器17、第三温度传感器20、第四温度传感器29、第五温度传感器30、第一压力传感器5、第二压力传感器13、第三压力传感器31以及流量计11示数。
碳汇段26溶液中CO2浓度维持在平衡浓度，且缓冲罐体4内压力匀速降低时，碳汇段26溶液中CO2的消耗与扩散段16中注入CO2保持动态平衡，实现碳汇段26中CO2稳态扩散的过程，从而实现对碳汇段26中CO2稳态扩散系数的测定。
通过第一取样管线18和第二取样管线21处各取一定质量的溶液，进行气液分离，分别测定所取溶液的体积及所含CO2气体在标准状况下的体积，计算得出测定溶液中CO2气体稳态扩散系数。
测定溶液中CO2气体稳态扩散系数的计算过程如下：
测定扩散段16的扩散路径Δx，Δx为扩散段16气体扩散初始端和气体扩散末端之间的距离，测定扩散段16的扩散面积A，在本发明一个具体实施例中U型测量器的截面为圆形，通过测定U型测量器内径r，计算得到扩散面积A，扩散面积A＝πr2。
读取流量计11的流量示数，得到C02扩散流量q。
通过在扩散段16的气体扩散初始端取样并进行气液分离，得到所取溶液体积Vw1及其所含CO2气体体积V1，通过在扩散段16的气体扩散末端取样与气液分离，得到所取溶液体积Vw2及其所含CO2气体体积V2，计算得到分别在扩散段16的气体扩散初始端和气体扩散末端处所取溶液中所含CO2气体物质的量n1和n2，扩散段16的气体扩散初始端所取溶液中所含CO2气体物质的量扩散段16的气体扩散末端所取溶液中所含CO2气体物质的量Vm为CO2标准状况下气体摩尔体积。
分别计算得出扩散段16的气体扩散初始端和气体扩散末端处所取溶液中所含CO2气体的浓度C1和C2，进而得到浓度差ΔC，扩散段16的气体扩散初始端所取溶液中所含CO2气体浓度扩散段16的气体扩散末端所取溶液中所含CO2气体浓度浓度差ΔC＝C1-C2。
计算得到CO2在溶液中的气体稳态扩散系数D，测定溶液中CO2气体稳态扩散系数计算方式为：
所述测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置与上述测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置的使用方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，其特征在于，包括：
内部用于填充溶液的U型测量器，包括分别位于所述U型测量器的两竖直管段内且沿气体扩散方向依次设置的扩散段(16)和碳汇段(26)，所述扩散段(16)的溶液温度和液面高度均高于所述碳汇段(26)的溶液温度和液面高度，且所述碳汇段(26)的溶液温度低于CO2水合物(35)相平衡温度；
用于向所述扩散段(16)输入CO2气体的供气系统；以及
用于识别所述碳汇段(26)内CO2水合物(35)生成的观测系统。
2.根据权利要求1所述的测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，其特征在于，所述供气系统包括：
缓冲罐体(4)，所述缓冲罐体(4)上安装有第一压力传感器(5)和第一温度传感器(6)，所述缓冲罐体(4)通过第二输气管线(10)与所述U型测量器连通，所述第二输气管线(10)与U型测量器的连通处位于所述扩散段(16)内液面上方，所述第二输气管线(10)上设置有流量计(11)和恒压阀(12)；以及
用于有选择地向所述缓冲罐体(4)内充入CO2的供气瓶(1)。
3.根据权利要求2所述的测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，其特征在于，所述供气系统还包括：
所述供气瓶(1)的输出端通过第一输气管线(2)与所述缓冲罐体(4)连通，所述第一输气管线(2)上设置有注气阀门(3)；以及
用于对所述缓冲罐体(4)进行加热的恒温水浴(9)。
4.根据权利要求1所述的测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，其特征在于，所述碳汇段(26)的气体扩散初始端连通有注入管线(27)，所述注入管线(27)用于注入水合物种子，所述注入管线(27)上设置有注入阀门(28)。
5.根据权利要求1所述的测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，其特征在于，所述扩散段(16)的周侧和所述碳汇段(26)的周侧分别套设有高温夹套(23)和低温夹套(24)，位于所述U型测量器的水平段的周侧套设有保温棉(25)。
6.根据权利要求1所述的测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，其特征在于，还包括：
安装在所述U型测量器的第二压力传感器(13)，所述第二压力传感器(13)用于测定所述扩散段(16)液面上方的气体压力；
分别设置在所述扩散段(16)的气体扩散初始端和气体扩散末端的第二温度传感器(17)和第三温度传感器(20)，分别与所述扩散段(16)的气体扩散初始端和气体扩散末端连通的第一取样管线(18)和第二取样管线(21)，且所述第一取样管线(18)和第二取样管线(21)分别设置有第一取样阀门(19)和第二取样阀门(22)；
安装在所述碳汇段(26)的气体扩散初始端的第四温度传感器(29)，以及安装在所述碳汇段(26)的气体扩散末端的第五温度传感器(30)和第三压力传感器(31)；
所述观测系统为CCD相机(34)，所述CCD相机(34)用于识别所述碳汇段(26)内水合物生成情况。
7.根据权利要求2所述的测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置，其特征在于，还包括：设置在所述缓冲罐体(4)上的第一排气管线(7)，位于所述扩散段(16)内液面上方的所述U型测量器内连通的第二排气管线(14)，以及设置在所述碳汇段(26)的气体扩散末端的第三排气管线(32)，所述第一排气管线(7)、第二排气管线(14)和第三排气管线(32)上分别设置有第一排气阀门(8)、第二排气阀门(15)和第三排气阀门(33)。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的测定溶液中CO2稳态扩散系数的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述U型测量器中注入溶液，使碳汇段(26)充满溶液，并保证所述扩散段(16)的液面高度高于所述碳汇段(26)的液面高度；
对所述U型测量器抽真空处理；
通过所述供气系统向所述扩散段(16)输入恒定压力的CO2气体；
观测系统识别碳汇段(26)内CO2水合物(35)的生成情况；
当CO2水合物(35)生成时，且供气系统输入的CO2气体流量保持稳定时，记录供气系统的流量示数；
分别在所述扩散段(16)的气体扩散初始端和气体扩散末端处取一定质量的溶液，并进行气液分离，分别计算所取溶液的体积及所含CO2气体在标准状况下的体积，计算得出测定溶液中CO2气体稳态扩散系数。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述通过供气系统向所述扩散段(16)输入恒定压力的CO2气体还包括：
向所述碳汇段(26)气体扩散初始端注入水合物种子。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，分别计算所取溶液的体积及所含CO2气体在标准状况下的体积，计算得出测定溶液中CO2气体稳态扩散系数的计算过程如下：
测定扩散段(16)的扩散路径Δx以及所述扩散段(16)的扩散面积A；
读取供气系统的流量示数，得到C02扩散流量q；
通过在所述扩散段(16)的气体扩散初始端取样并进行气液分离，得到所取溶液体积Vw1及其所含CO2气体体积V1，通过在所述扩散段(16)的气体扩散末端取样与气液分离，得到所取溶液体积Vw2及其所含CO2气体体积V2，分别计算得到在所述扩散段(16)的气体扩散初始端和气体扩散末端处所取溶液中所含CO2气体物质的量n1和n2，扩散段(16)的气体扩散初始端所取溶液中所含CO2气体物质的量扩散段(16)的气体扩散末端所取溶液中所含CO2气体物质的量Vm为CO2标准状况下气体摩尔体积；
分别计算得出所述扩散段(16)的气体扩散初始端和气体扩散末端处所取溶液中所含CO2气体的浓度C1和C2，进而得到浓度差ΔC，扩散段(16)的气体扩散初始端所取溶液中所含CO2气体浓度扩散段(16)的气体扩散末端所取溶液中所含CO2气体浓度浓度差ΔC＝C1-C2；
计算得到CO2在溶液中的气体稳态扩散系数D，测定溶液中CO2气体稳态扩散系数计算方式为：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410364671.XA CN118275298A (zh) | 2024-03-28 | 2024-03-28 | 一种测定溶液中co2稳态扩散系数的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410364671.XA CN118275298A (zh) | 2024-03-28 | 2024-03-28 | 一种测定溶液中co2稳态扩散系数的装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118275298A true CN118275298A (zh) | 2024-07-02 |
Family
ID=91645665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410364671.XA Pending CN118275298A (zh) | 2024-03-28 | 2024-03-28 | 一种测定溶液中co2稳态扩散系数的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118275298A (zh) |
-
2024
- 2024-03-28 CN CN202410364671.XA patent/CN118275298A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102150028B (zh) | 探测在地下液体管道特别是水管道中泄漏的探测装置和探测方法 | |
| CN102879306B (zh) | 一种利用磁共振成像技术检测气液扩散过程的方法 | |
| CN112557199B (zh) | 适用于高温高压条件的岩石气体突破压力测定装置 | |
| CN104865164B (zh) | 一种气体扩散系数的测试装置及测试方法 | |
| CN205246139U (zh) | 一种含气量测定仪 | |
| CN108535135A (zh) | 用于测量气体吸附-扩散-置换的实验系统及方法 | |
| CN106769689A (zh) | 一种变体积恒压下气体在液体中扩散系数的测量装置及方法 | |
| CN107121373A (zh) | 一种测试气液混合介质的渗透率测试装置 | |
| CN103018134A (zh) | 一种利用磁共振成像技术测定油气最小混相压力的装置与方法 | |
| CN105628558B (zh) | 用于测量压裂液破胶黏度的装置和方法 | |
| CN208091855U (zh) | 一种用于测量气相扩散系数的装置 | |
| CN116537753A (zh) | 一种利用co2的多功能驱替系统及方法 | |
| CN108489868A (zh) | 一种气相扩散系数的实验测量装置及测试方法 | |
| CN115824961A (zh) | 一种测量高温高压条件下气体溶解度的装置和方法 | |
| CN118275298A (zh) | 一种测定溶液中co2稳态扩散系数的装置及方法 | |
| CN110261266A (zh) | 一种综合nmr和ct扫描测量油气最小混相压力的装置与方法 | |
| CN222280425U (zh) | 陶瓷孔隙透气率检测机构 | |
| CN108760232A (zh) | 一种探究表面减阻机理的试验装置及试验方法 | |
| CN106500931A (zh) | 一种蒸汽中不凝气体的检测装置及检测方法 | |
| CN108195950A (zh) | 基于气相色谱仪的标准气体稀释装置的稀释误差检测装置及其检测方法 | |
| CN116517535B (zh) | 一种裂缝型油藏连通路径测试装置和方法 | |
| CN117554461A (zh) | 氢计的标定方法及标定装置 | |
| JP5296194B2 (ja) | 流体の流量値を決定するための方法及び装置 | |
| CN110132797A (zh) | 一种用于测量化学剂在岩心中扩散系数的实验装置及方法 | |
| CN116593235A (zh) | 一种用于采集水面温室气体的静态采集箱及采集方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |