[发明专利]在线恒温变压及恒压变温煤拉曼光谱测试装置及方法

说明书

在线恒温变压及恒压变温煤拉曼光谱测试装置，包括抽真空系统、注气系统、拉曼测试系统、气体成分在线检测系统和气体收集系统；本发明可以分别进行两种测试模式，第一种测试模式：储气罐中储存吸附用气体，做恒温变压条件下气体吸附/解吸过程煤体大分子结构变化测试；第二种测试模式：储气罐中储存He气，做恒压变温条件下煤体大分子结构热解演化及热解气体成分分析测试。本发明操作方便，工作量小，测试准确，在线测试及时有效，测试性能高，为研究在线饱气恒温变压以及恒压变温条件下煤大分子结构变化与煤热解提供实验和理论依据。

技术领域

本发明涉及煤变形测试技术领域，具体的说，涉及一种在线恒温变压及恒压变温煤拉曼光谱测试装置及方法。

背景技术

天然气采收、瓦斯灾害防治和温室气体捕获一直都是清洁能源利用、矿井安全生产和大气环境治理的重点研究课题。煤层气作为高效清洁能源，正在逐步替代传统化石燃料，但我国煤层气储层条件复杂，开采技术难度大，因此二氧化碳和氮气压裂技术常被应用于气井的增产增透。

气体注入对储层的影响并非总是有利的，如注入煤层的CO2能够吸附并溶解进入煤基质中，并造成煤基质膨胀，引发裂隙收缩甚至闭合，从而减低煤储层渗透率。煤层瓦斯解吸导致煤基质收缩，扩大了流体通道，同时煤层渗透率增加。研究表明二氧化碳注入煤体后能够明显降低煤体的弹性模量和强度，而且烟煤的力学强度降低幅度是褐煤的4.5倍。吸附膨胀和解吸收缩就是气体注入煤基质的典型响应过程。

煤的化学结构复杂多样，其大分子结构主要包含由苯环、脂环、芳香环以及杂环缩聚而成的微晶结构部分和烷基侧链、官能团以及桥键组成的不规则部分，而且煤化作用过程始终伴随着温度、压力和流体等因素的参与。煤大分子与纳米级孔隙结构之间存在着耦合关系，那么吸附/解吸产生的变形必然会对大分子物理、力学性质有影响的，因而非常有必要剖析出煤大分子自身固有的力学性质，而且气体侵入可以影响煤的微晶结构，比如层间距增大，延展度减小。深入理解CO2/N2的增产、驱替、环境效应等问题，取决于从微观尺度上对CO2/N2与大分子（骨架）作用机理的认识。

由于实验仪器精度和真空环境要求等问题使得微观原位饱气实验较难进行。目前对煤大分子结构的研究仅实现了高温、高压的离线实验，如要对吸附/解吸过程中煤大分子结构的影响进行准确分析，就要在煤吸附/解吸动态过程中进行实时监测大分子结构的变化，然而，这是现阶段研究中需要跨越的一大障碍，也是煤变形机理研究至关重要的一步

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线恒温变压及恒压变温煤拉曼光谱测试装置及方法，本发明操作方便，工作量小，测试准确，在线测试及时有效，测试性能高，为研究在线饱气恒温变压以及恒压变温条件下煤大分子结构变化与煤热解提供实验和理论依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在线恒温变压及恒压变温煤拉曼光谱测试装置，

包括抽真空系统、注气系统、拉曼测试系统、气体成分在线检测系统和气体收集系统；

抽真空系统包括真空泵，真空泵的抽气口连接有第一气管，第一气管上沿气体流动方向依次设置有第一截止阀、真空罐和第二截止阀，真空罐上安装有真空表；

注气系统包括储气罐和增压泵，储气罐的出气口连接有第二气管，第二气管的出气口与增压泵的进气口连接，第二气管上沿气体流动方向依次设置有第三截止阀、第一压力表、第一调压阀和第二压力表，增压泵的出气口连接有第三气管，第三气管上沿气体流动方向依次设置有单向阀、第三压力表、第二调压阀和第四压力表；