[实用新型]一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种实验装置，特别是用于对CO₂埋存过程中扩散系数参数进行测量的实验装置。

背景技术：

目前，人们对能源的索取主要靠化石燃料的燃烧，温室气体的减排成为人类关注的焦点。中国已成为世界上仅次于美国的第二大能源消费大国，从2013年开始我国就开始承担温室气体减排的义务。我国的碳排放量每年都在呈递增的趋势，碳排放量在不久将会超过美国。从我国的国情出发，积极开展CO₂地下埋存研究非常重要。

温室气体的捕集、封存和利用技术是最有发展前景的减缓温室气体污染的最有效的方法，而深部盐水层由于其具有圈闭构造发育普遍、存在适于CO₂储存的大型圈闭构造及深部含水层一般含盐度较高不能作为水资源加以利用这几个重要特点可被作为重要的埋存体。所以加强对CO₂盐水层封存的研究和试验可以为规模化CO₂盐水层封存提供科学依据。而CO₂在盐水封存中的扩散规律及其主要影响因素的研究对于评估CO₂埋存项目的长期埋存和风险研究是必不可少的。目前对于CO₂扩散系数的实验研究不够，需要进一步加强。

发明内容：

本实用新型的目的是要提供一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置，该装置可以模拟地下盐水层，并用于测量CO₂在盐水层中扩散系数，为CO₂地下埋存研究提供技术支持。

本实用新型的目的按以下技术方案实现：

一种测量二氧化碳在水中扩散系数的实验装置，主要包括扩散釜、气体注入系统、恒温加热系统和数据采集系统，扩散釜内层为扩散空间，外层为加热线圈，内外层之间有钢筒相隔，加热线圈外部为铁皮保护层。在扩散釜的两端分别安装压力传感器和pH计探头，通过导线连接压力显示仪和pH值显示仪，分别用来测量扩散釜中的压力和介质的pH值变化，压力显示仪和pH值显示仪再分别通过导线与数据采集系统连接，完成数据的自动采集。在扩散釜的上端开有注气孔，通过管线与气瓶连接，用来注入需要的CO₂气体。pH计探头的使用是本装置创新的地方，扩散釜是本实验装置的主体部分，其中扩散釜有内外两层圆筒组成，内层为扩散空间，內填盐水等实验介质，扩散釜的外部加热线圈通过一个温度探头的导线与恒温加热系统相连接，反馈扩散釜内的温度给恒温加热系统，停止加热保持扩散釜内的温度，来控制实验温度。在扩散釜的最外层是一层防护铁皮筒。反应釜两端的注气孔通过管线与气瓶连接，在管线上有一个开关阀门。pH计探头能够承受实验的所需压力，pH计探头通过拧紧装置将其固定在扩散釜端盖的的中心孔内，实时测量扩散釜内的pH值变化。扩散釜的外 层加热线圈中间还装有温度探头插口，探头一端与扩散釜的内筒通过插口直接触碰到内壁，另一端通过导线与温度控制器连接，实时监测扩散釜内的温度，当扩散釜内的温度达到设置的实验温度时恒温加热系统停止加热，恒温系统使整个扩散釜内部一直保持在实验所需温度。扩散釜的中部通过轴承与支架连接并安装在支架上，扩散釜能在水平方向与竖直方向旋转并且能够在任意位置固定。

实验时首先将装有pH计探头的端盖安装在扩散釜下端，在扩散釜内注入实验介质，然后开启加热装置，设置实验预设的温度，温度稳定后把带有压力传感器的上端盖安装，再通过管线注入CO₂。通过pH计探头和压力传感器，并利用数据采集系统采集pH值和压力值，从而绘制pH值与时间平方根的拟合曲线，进一步计算CO₂在介质中的扩散系数。

本实用新型的有益效果是：通过pH计探头可以直观的了解扩散釜内pH的变化情况，从而用pH值来计算CO₂的扩散量。扩散釜的中间部位设计有轴承，可以使扩散釜实现水平和竖直方向的旋转并且能够在任意位置固定，这样就能够模拟各种倾斜角度的地层。

附图说明：

图1为根据本实用新型一种测量CO₂在水中扩散系数的实验装置的结构示意图。

图中：1—电脑数据采集系统；2—恒温加热系统、温度显示仪；3—压力显示仪；4—压力传感器；5—开关阀门；6—气瓶；7—注气孔；8—端盖螺丝；9—上端盖；10—加热线圈；11—扩散釜；12—防护铁皮筒；13—轴承；14—支架；15—下端盖；16—pH计探头；17—温度探头；18—pH值显示仪。

具体实施方式：