[发明专利]煤岩高压气体吸附量和吸附膨胀量同时测量的方法及测量装置

权利要求书

1.一种煤岩高压气体吸附量和吸附膨胀量同时测量的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)测试煤岩样品的准备：

首先将待测煤岩加工成圆柱型或长方体型的块状样品，并确保煤岩样品上下端面平行且光滑，然后根据需要将煤岩样品进行平衡水分处理或干燥处理，准确测量煤岩样品的高度L₀，并准确称取煤岩样品的重量G₀；

(2)测试煤岩样品的安装：

首先打开测量控制仪(23)电源，启动计算机(27)并运行；

将煤岩样品装入测量装置的样品筒(6)，将样品筒(6)与高压测试容器(1)的上缸体(11)的下部连接，通过调节样品筒(6)的位置，确保煤岩样品与装在上缸体(11)的位移传感器(3)测杆可靠接触；同时观察测量控制仪(23)或计算机(27)屏幕上显示的位移数据，准确调节位移传感器的零点，用锁紧片(7)将上缸体(11)的下部与样品筒(6)固定，然后将样品筒(6)装入高压测试容器(1)的下缸体(10)，用卡套(12)将高压测试容器(1)的上缸体(11)与下缸体(10)密封连接；

(3)测试前工作准备：

根据实验方案，设定实验所需温度T，启动加热控制，对恒温浴(18)进行加热，待恒温浴(18)温度到达设定温度T时，启动真空泵抽取高压参考容器(2)和高压测试容器(1)以及测量系统内部空气，使高压参考容器(2)和高压测试容器(1)以及测量系统内部处于真空状态，然后停止真空泵，关闭所有的阀门；

(4)自由空间体积测定：

打开高压氦气阀门，向系统中充入氦气，打开进气阀(20)，向高压参考容器(2)充入的氦气，调节高压参考容器(2)压力至目标压力，然后关闭进气阀(20)，待压力稳定以后，记录此时高压参考容器(2)内部压力P₂和高压测试容器(1)内部压力P₃，打开高压参考容器(2)与高压测试容器(1)之间的平衡阀(21)，使氦气从高压参考容器(2)进入高压测试容器(1)，待高压参考容器(2)和高压测试容器(1)内部压力稳定平衡后，记录此时压力P₁，此时得到一组数据T，P₁，P₂，P₃，通过如下公式计算得到放置煤岩样品后的高压测试容器(1)内部自由空间的体积V_F； 

自由空间体积计算公式为：

V_F＝V_R(ρ_R0-ρ_R1)/(ρ_F1-ρ_F0)                ——(1)

其中：ρ_R0＝f(T，P₂)    ρ_F0＝f(T，P₃)

ρ_R1＝ρ_F1＝f(T，P₁)

式中：

V_F：表示自由空间体积，单位为立方厘米；

V_R：表示高压参考容器(2)体积，单位为立方厘米)；

P₁：表示平衡后压力，单位为兆帕；

P₂：表示高压参考容器(2)初始压力，单位为兆帕；

P₃：表示高压测试容器(1)初始压力，单位为兆帕；

T：表示实验温度，单位为K；

ρ_R0：表示高压参考容器(2)初始气体密度，单位为毫摩尔每立方厘米；

ρ_F0：表示高压测试容器(1)初始气体密度，单位为毫摩尔每立方厘米；

ρ_R1：表示高压参考容器(2)平衡后气体密度，单位为毫摩尔每立方厘米；

ρ_F1：表示高压测试容器(1)平衡后气体密度，单位为毫摩尔每立方厘米；

自由空间体积测定完以后，将气体排空，再次启动真空泵抽取高压参考容器(2)和高压测试容器(1)以及测量系统内部气体，使高压参考容器(2)和高压测试容器(1)以及测量系统内部处于真空状态，然后停止真空泵，关闭所有的阀门；

(5)吸附量和吸附膨胀量同时测量：

打开高压测试气体阀门，根据需要启动高压气体增压泵，首先打开进气阀(20)，向高压参考容器(2)充入的高压测试气体，调节高压参考容器(2)压力至目标压力，然后关闭进气阀(20)，待压力稳定后，记录此时高压参考容器(2)内部压力P₅和高压测试容器(1)内部压力P₆；打开高压参考容器(2)与高压测试容器(1)之间的平衡阀(21)，使高压测试气体从高压参考容器(2)进入高压测试容器(1)，待高压参考容器(2)和高压测试容器(1)内部压力稳定平衡后，记录此时平衡压力P₄，此时得到一组数据T，P₄，P₅，P₆；通过如下公式计算得到吸附量n和吸附膨胀量ε；

吸附量的计算公式为：

n＝Δn₁+Δn₂+Δn₃+....+Δn_i                            ——(3)

其中：ρ_R0＝f(T，P₅)    ρ_F0＝f(T，P₆)

ρ_R1＝ρ_F1＝f(T，P₄)

吸附膨胀量计算公式为：

ε＝ΔL/L₀×10⁶                            ——(4)

以上各式中：

Δn：表示各平衡压力点的吸附变化量，单位为毫摩尔每克；

r：表示总的吸附量，单位为毫摩尔每克；

G₀：表示煤岩样品的重量，单位为克；

ΔL：表示煤岩样品的膨胀高度，单位为毫米；

L₀：表示煤岩样品初始高度，单位为毫米；

ε：表示吸附膨胀量，无量纲；

V_F：表示自由空间体积，单位为立方厘米；

V_R：表示高压参考容器(2)体积，单位为立方厘米；

P₄：表示平衡后压力，单位为兆帕；

P₅：表示高压参考容器(2)初始压力，单位为兆帕；

P₆：表示高压测试容器(1)初始压力，单位为兆帕；

T：表示实验温度，单位为K；

ρ_R0：表示高压参考容器(2)初始气体密度，单位为毫摩尔每立方厘米；

ρ_F0：表示高压测试容器(1)初始气体密度，单位为毫摩尔每立方厘米；

ρ_R1：表示高压参考容器(2)平衡后气体密度，单位为毫摩尔每立方厘米；

ρ_F1：表示高压参考容器(1)平衡后气体密度，单位为毫摩尔每立方厘米；

(6)吸附膨胀平衡以后，关闭平衡阀(21)，再次打开高压气体阀门，启动高压气体增压泵，打开进气阀(20)，向高压参考容器(2)内部继续充入高压测试气体，调节高压参考容器(2)压力至下一目标压力，重复第(5)步骤，进行下一个实验压力点吸附量和吸附膨胀量的测试，就这样，自低而高逐个压力点进行试验，直至最后一个压力点试验结束，即可得到不同平衡压力下的吸附量和吸附膨胀量，即吸附等温线和吸附膨胀等温线；改变系统温度，即可测量不同温度下的吸附等温线和吸附膨胀等温线。