[发明专利]一种高温高压热解反应的试验装置

说明书

技术领域：

本发明一种高温高压热解反应的试验装置，属于热解反应技术领域范畴。主要用于对油页岩和低变质煤等进行在高温高压条件下的热解反应试验研究，并通过对热解后的试件进行力学特性试验、渗透性试验、产物的成分含量分析，为原位注热开采提供理论依据。

背景技术：

原位注热开采属于原位溶浸采矿的范畴，它是通过在开采目标矿层上覆地表布置井网，将热解流体注入目标矿层，利用注入流体与矿层有用组分之间发生的物理、化学、热、力等耦合作用原理，对矿层进行热解并将其中有用组分转变为流体，流动传输至目标井，而后排采至地面的一种采矿方法。与露天开采或井工开采相比，具有安全、高效、节能、环保等方面的巨大优势，由于不破坏地表、不污染环境，在地下矿产资源开采、尤其是深部矿产资源开采中具有极为广阔的发展应用前景，因此，对原位注热开采进行理论研究，具有十分重要的意义与价值。

已有的热解试验研究表明，油页岩和低变质煤等均存在影响矿物热解及生成产物速率的临界温度值，贫瘦煤加热超过310℃时气体产量达到最大，而长焰煤在450～500℃为产气最佳温度段，油页岩的临界温度值在400～600℃之间。但这些结果均是在无约束状态下得到的，只是单纯的考虑了在温度的变化作用下矿物的结构变化及产物分析，其试验条件与地下矿物真实赋存条件相距甚远，不能体现深部矿物赋存的地应力条件。为更加真实模拟深部地下矿物的赋存条件，进行高温高压热解反应研究，需要对试验装置及试验方法进行重要革新。

发明内容：

本发明一种高温高压热解反应的试验装置的目的在于，克服传统试验方法的缺陷与不足，根据矿物地质赋存条件下的地应力条件，公开提供一种能够满足在试验室内对地下深部矿物进行高温高压热解反应的先进、高效、直观、可靠的检测装置与相应方法。

本发明一种高温高压热解反应的试验装置，其特征在于该装置能够对试件在高温条件下加载轴压和围压，试件尺寸分别为Ф25×50mm和Ф50×100mm，试件轴压与围压达20MPa，试件环境温度达600℃，可模拟矿物埋藏深度达800m的地质环境条件。该试验装置由热解反应系统、气体压力注入系统、流体产物排出系统与测试控制系统四大系统组成。

热解反应系统是系统的重要组成部分，主要对试件进行加热，以进行热解反应。由上保温盖12、紧固螺栓13、釜体内腔盖14、釜体支撑架15、样品筒16、釜体内腔17、加热棒18、孔板19和下保温盖20组成，试件置于由孔板19制造的样品筒16中，将样品筒16放入釜体内腔17，盖上釜体内腔盖14，釜体采用法兰结构并用紧固螺栓13密封，釜体支撑架15位于釜体内部，釜体由保温层和上、下保温盖12、20给予保温，通过位于釜体周围的四根加热棒18对釜体进行加热。

气体压力注入系统，主要将高压气体注入到釜体中，给试件加载不同的轴压和围压，以模拟矿物的真实埋藏地质环境。由气体1、过滤器2、调压阀3、气体增压泵4、进气阀5和进气孔6组成，气体通过过滤器2和调压阀3进入气体增压泵4进行加压，通过进气阀5进入位于釜体顶部的进气孔6并进入釜体内腔17。

流体产物排出系统，主要将试件经高温高压热解反应后生成的游离态的流体自然释放排出釜体并进行收集。由排气孔21、排气阀22、气体收集系统23、排液孔24、排液阀25、液体收集系统26组成，热解反应后生成的气体经排气孔21、排气阀22进入气体收集系统23进行气体的收集和保存，生成的液体经位于釜体底部的排液孔24、排液阀25进入液体收集系统26进行液体的收集和保存。

测试控制系统，主要通过各种温度和压力传感器对试验过程进行精确测量与控制，以保证试验条件与测试结构的可靠性，并经电脑计算分析后直接显示整个系统工作状况与测试结果。由电接点压力表7、安全阀8、压力传感器9、控温温度传感器10和测温温度传感器11组成，用来控制试验反应温度的控温温度传感器10位于釜体内腔17的底部；用来测试试件内部反应温度的测温温度传感器11位于样品筒16的底部；用来控制进入釜体内部气体压力的电接点压力表7位于样品筒16的顶部；用来测试试件内部反应压力的压力传感器9位于样品筒16的左侧；用来保护系统安全的安全阀8位于釜体左侧，当系统超过设定压力值后，通过溢流孔将系统内的游离态的流体直接排出系统，降低系统内部压力。

上述的一种高温高压热解反应的试验装置，其特征在于，所述的样品筒16是指可装载两种不同尺寸的试件的样品筒，相应的试件尺寸为Ф25×50mm和Ф50×100mm。