CN113008728A - 一种甲烷水溶量的测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体检测装置技术领域，具体涉及一种甲烷水溶量的测定装置及测定方法。甲烷水溶量的测定装置包括联颈瓶、甲烷气源瓶与水源瓶；联颈瓶用于盛放液体与甲烷，甲烷溶解于液体，以测量甲烷在液体中的溶解量，联颈瓶上具有刻度线；甲烷气源瓶用于储存甲烷，甲烷气源瓶通过第一管道与联颈瓶连通；水源瓶用于储存液体，水源瓶通过第二管道与联颈瓶连通，第二管道上设置有抽水泵，抽水泵用于将液体泵入联颈瓶中。本发明的甲烷水溶量的测定装置可以灵活模拟甲烷溶解的液体环境(淡水、海水等)，可以测定不同压力、温度条件下甲烷的水溶解量。本发明中的甲烷水溶量的测定装置具有结构简单，操作简便、实用的优点。

Description

一种甲烷水溶量的测定装置及测定方法

技术领域

本发明属于气体测定装置技术领域，具体涉及一种甲烷水溶量的测定装置及测定方法。

背景技术

甲烷(分子式为：CH₄)是一种有机化合物，是可燃冰、天然气、煤矿瓦斯的主要成分，甲烷的密度为0.716g/L(在标准状况下，即温度为0℃，压强为1标准大气压)，分子量为16.043。甲烷在常温常压状态下极难溶于水，但是随着含甲烷气体压力的升高及环境温度的变化，甲烷在水中的溶解量也会随之改变，而目前实验和生产中都缺少能准确测定甲烷水溶性的设备。测定不同压力、温度条件下甲烷在水中的溶解量、甲烷在海水中的溶解量，对可燃冰开采、煤层气开发等均具有重大意义。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甲烷水溶量的测定装置及测定方法，以至少解决目前实验和生产中都缺少能准确测定甲烷水溶性的设备的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

甲烷水溶量的测定装置，所述测定装置包括：

联颈瓶，所述联颈瓶用于盛放液体与甲烷，甲烷溶解于所述液体中，以测量甲烷在液体中的溶解量，所述联颈瓶上具有刻度线；

甲烷气源瓶，所述甲烷气源瓶用于储存甲烷，所述甲烷气源瓶通过第一管道与所述联颈瓶连通；

水源瓶，所述水源瓶用于储存液体，所述水源瓶通过第二管道与所述联颈瓶连通，所述第二管道上设置有抽水泵，所述抽水泵用于将液体泵入所述联颈瓶中。

如上所述的甲烷水溶量的测定装置，优选地，所述联颈瓶包括上分瓶、下分瓶与联通颈；

所述联通颈设置在上分瓶与下分瓶之间，用于将上分瓶与下分瓶连通起来。

如上所述的甲烷水溶量的测定装置，优选地，所述上分瓶与下分瓶的体积与外形均相同；所述连通颈上设置有刻度线。

如上所述的甲烷水溶量的测定装置，优选地，所述甲烷气源瓶通过第一管道与所述下分瓶连通，所述水源瓶通过第二管道与所述下分瓶连通；所述上分瓶通过第三管道连接有真空泵，所述真空泵用于将所述联颈瓶抽取为真空状态；

优选地，所述第一管道上设有第一阀门，第二管道上设置有第二阀门，第三管道上设置有第三阀门，所述第一阀门、第二阀门与第三阀门均用于控制管道的通断。

如上所述的甲烷水溶量的测定装置，优选地，所述第一管道上设置有调压阀，所述调压阀用于调节甲烷气源瓶通向所述联颈瓶的气体压力。

如上所述的甲烷水溶量的测定装置，优选地，所述第一管道伸入所述下分瓶的底部，在第一管道的端部连接有导气管；

所述导气管上设有多个孔，所述导气管设置在所述下分瓶中的下部位置。

如上所述的甲烷水溶量的测定装置，优选地，所述上分瓶上设置有压力传感器，所述压力传感器用于实时监测所述联颈瓶内的压力变化情况；

所述第一管道上设置有流量传感器，所述流量传感器用于实时监测甲烷通入所述联颈瓶中的流量；

所述压力传感器与所述流量传感器均连接数据采集器，所述数据采集器用于计算出通入联颈瓶内甲烷的体积V。

如上所述的甲烷水溶量的测定装置，优选地，所述测定装置还包括水浴箱，所述联颈瓶设置于水浴箱中；

所述水浴箱为数显恒温水浴箱。

如上所述的甲烷水溶量的测定装置，优选地，所述下分瓶的底部设置有排污管，所述排污管上设置有排污阀，所述排污阀用于控制所述排污管的通断。

本发明还提供一种使用上述的甲烷水溶量的测定装置的测定方法，所述测定方法包括以下步骤：

步骤S1，关闭第一阀门、第二阀门与排污阀，开启第三阀门，启动真空泵，将联颈瓶内的空气抽至真空状态；

步骤S2，关闭第三阀门，开启第二阀门，打开抽水泵将液体泵入到联颈瓶内，待水面到达联通颈的零刻度位置后，关闭抽水泵与第二阀门，记录注入水的体积V₁；

步骤S3，开启水浴箱，使联颈瓶内液体的温度升到T₁；

步骤S4，开启第一阀门，将调压阀的压力值调至P₁，甲烷气源瓶中的甲烷气体通入联颈瓶中，待压力传感器和流量传感器在数据采集器上显示的数值稳定，关闭第一阀门；

步骤S5，计算甲烷气体的溶解量Q₁，甲烷溶于水后，下分瓶中的水面上涨，读取联通颈中的刻度，然后联通颈的总容积减去读取的数值得到体积S，经流量传感器的流量数据计算出通入联颈瓶内的甲烷体积V，在压强P₁、温度T₁状态下，甲烷气体在水中的溶解量Q₁为：Q₁＝V－V₁－S；

步骤S6，保持联颈瓶中压强P₁不变，将水浴箱温度调为T₂，T₃……T_n，根据步骤S5中公式可得出，在压强P₁、温度分别为T₂，T₃……T_n时，甲烷气体在水中的溶解量Q₂，Q₃……Q_n；

步骤S7，将温度保持在T₁不变，调节调压阀，使气体压力值调整至P₂，P₃……P_n，重复步骤S1-S5，得出，在温度T₁，压力分别为P₂，P₃……P_n状态时，甲烷气体在水中的溶解量q₂，q₃……q_n；

步骤S8，试验结束后，打开排污阀，通过排污管排出污水。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明的甲烷水溶量的测定装置可以灵活模拟甲烷溶解的液体环境(淡水、海水等)，可以测定不同压力、温度条件下甲烷的水溶解量。本发明的甲烷水溶量的测定装置利用通入甲烷气体的量减去联颈瓶中剩余气体的量就是甲烷气体在液体中溶解的量，从而能够更加方便的检测出甲烷的溶解量；本装置可以用于矿井含水层中甲烷溶解量的测定、海水甲烷溶解量的测定，在可燃冰开采、煤层气开发中具有应用前景。本发明中的甲烷水溶量的测定装置具有结构简单，操作简便、实用的优点。

附图说明

图1为本发明具体实施例中的甲烷水溶量的测定装置；

图2为本发明具体实施例中的导气管的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中的联通颈的结构示意图。

图中：1、调压阀；2、流量传感器；3、第一管道；31、第一阀门；4、导气管；5、抽水泵；6、第二管道；61、第二阀门；7、压力传感器；8、真空泵；9、第三管道；91、第三阀门；10、联通颈；11、甲烷气源瓶；12、水源瓶；13、排污管；14、排污阀；15、水浴箱；16、数据采集器；17、上分瓶；18、下分瓶。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，本发明提供甲烷水溶量的测定装置，测定装置包括联颈瓶、甲烷气源瓶11与水源瓶12；联颈瓶用于盛放液体与甲烷，甲烷溶解于液体中，以测量甲烷在液体中的溶解量，联颈瓶上具有刻度线；甲烷气源瓶11用于储存甲烷，甲烷气源瓶11通过第一管道3与联颈瓶连通；水源瓶12用于储存液体，水源瓶12通过第二管道6与联颈瓶连通，第二管道6上设置有抽水泵5，抽水泵5用于将液体泵入到联颈瓶中。

在使用测定装置时，甲烷气源瓶11向联颈瓶中通入甲烷气体，水源瓶12向联颈瓶中通入液体，甲烷气体在液体中溶解，通入甲烷气体的量减去联颈瓶中剩余气体的量就是甲烷气体在液体中溶解的量，从而能够更加方便的检测出甲烷的溶解量。在本实施例中，液体中可以存储淡水或者海水，使得甲烷水溶量的测定装置能够检测不同液体中甲烷的溶解量。

本发明还具有如下实施方式，联颈瓶包括上分瓶17、下分瓶18与联通颈10；联通颈10设置在上分瓶17与下分瓶18之间，用于将上分瓶17与下分瓶18连通起来。上分瓶17与下分瓶18的体积与外形均相同；连通颈上设置有刻度线。其中上分瓶17与下分瓶18的容量均为1000ml，联通颈10的容量为60ml，其刻度值为0-60，一个刻度值代表1ml。如此设置，能够直观有效的测定出，因溶解甲烷气体，导致下分瓶18中的液体漫入联通颈10占用的体积；而且通过测定联通颈10中未侵入液体的体积加上分瓶17的体积，从而能够直观准确的确定未融入液体的甲烷气体的体积。

本发明还具有如下实施方式，甲烷气源瓶11通过第一管道3与下分瓶18连通，水源瓶12通过第二管道6与下分瓶18连通；上分瓶17通过第三管道9连接有真空泵8，真空泵8用于将联颈瓶抽取为真空状态，从而能够减少空气的存在对实现结果造成的影响，从而保证甲烷溶解量检测的准确性。

第一管道3上设有第一阀门31，第二管道6上设置有第二阀门61，第三管道9上设置有第三阀门91，第一阀门31、第二阀门61与第三阀门91均用于控制管道的通断。

本发明还具有如下实施方式，在甲烷气源瓶11与阀门之间的第一管道3上设置有调压阀1，调压阀1用于调节甲烷气源瓶11通向联颈瓶的气体压力；从而能够测定在不同气体压力作用下，甲烷在液体中的溶解量。

在第二管道6上的抽水泵5靠近下分瓶18设置，第二阀门61靠近水源瓶12设置。

本发明还具有如下实施方式，第一管道3伸入到下分瓶18内部，在第一管道3的端部连接有导气管4；导气管4上设有多小孔，导气管4设置在下分瓶18中的下部位置。导气管4设置在下分瓶18的底部，从导气管4中出来的甲烷气体自下向上穿过液体，使得甲烷气体能够充分的与液体接触，从而加速甲烷溶解于液体中。而在导气管4上设置很多孔，使甲烷更加均匀的从导气管4中放出，进而使得甲烷气体能够更加均匀充分的与液体接触，进一步加速甲烷的溶解。

本发明还具有如下实施方式，上分瓶17上设置有压力传感器7，压力传感器7用于实时监测联颈瓶内的压力变化情况；压力传感器7能够准确确定甲烷溶解于液体时的环境压力。第一管道3上设置有流量传感器2，流量传感器2用于监测甲烷通入联颈瓶中的流量；压力传感器7与流量传感器2均连接数据采集器16，而且通过流量传感器2在数据采集器16中显示的流量数据能够计算得出通入联颈瓶中的甲烷气体的体积V。

而且通过判断流量传感器2与压力传感器7在数据采集器16中的数据变化情况，从而能够判断出，液体中溶解的甲烷是否饱和，若下分瓶18中1000ml液体中溶解的甲烷达到饱和数值，则流量传感器2与压力传感器7在数据采集器16中显示的数值稳定。

本发明还具有如下实施方式，测定装置还包括水浴箱15，联颈瓶设置于水浴箱15中；水浴箱15为数显恒温水浴箱15。设置水浴箱15，从而能够调节联颈瓶所处的温度环境，进而能够在不同温度情况下，检测出甲烷在液体中的溶解量。

本发明还具有如下实施方式，下分瓶18的底部设置有排污管13，排污管13上设置有排污阀14，排污阀14用于控制排污管13的通断。在下分瓶18的底设置排污管13与排污阀14，便于在检测结束后，排出联颈瓶中的污水。

本发明还提供一种使用上述甲烷水溶量的测定装置的测定方法，该测定方法包括以下步骤：

步骤S1，关闭第一阀门31、第二阀门61与排污阀14，开启第三阀门91，启动真空泵8，将联颈瓶内的空气抽至真空状态。

步骤S2，关闭第三阀门91，开启第二阀门61，打开抽水泵5将水源泵入到联颈瓶内，待水面到达联通颈10的零刻度位置后，关闭抽水泵5与第二阀门61，记录下注入水的体积V₁。

步骤S3，开启水浴箱15，使温度升到T₁。

步骤S4，开启第一阀门31，打开调压阀1，使气体压力值达到P₁，向联颈瓶中通入甲烷气体，待压力传感器7和流量传感器2在数据采集器16上显示的数值稳定，且联颈瓶内压力等于P₁时关闭第一阀门31。

步骤S5，计算甲烷气体的溶解量Q₁，甲烷溶于水后，下分瓶18中的水面上涨，读取联通颈10中的液面刻度，然后那联通颈10的总容积减去读取的数值得到体积S，体积S指的是联通颈内没有漫入液体的剩余体积；经数据采集器16显示流量传感器2的流量数据计算出通入联颈瓶内的甲烷体积V，在压强P₁、温度T₁状态下，甲烷气体在水中的溶解量Q₁为：Q₁＝V－V₁－S；此公式的意义是通入联颈瓶中甲烷气体体积的总量减去联通颈内气体(即未溶于液体的甲烷气体)所占的体积，得到溶于液体的甲烷的体积数值。

步骤S6，保持联颈瓶中压强P₁不变，将水浴箱15温度调为T₂，T₃……T_n，根据步骤S5中公式可得出，在压强P₁、温度分别为T₂，T₃……T_n时，甲烷气体在水中的溶解量Q₂，Q₃……Q_n；根据上述结果，可以绘制出，压强P₁，不同温度条件下甲烷的水溶性曲线。

步骤S7，将温度保持在T₁不变，调节调压阀1，使气体压力值调整至P₂，P₃……P_n，重复步骤S1-S5，得出，在温度T₁，压力分别为P₂，P₃……P_n状态时，甲烷气体在水中的溶解量q₂，q₃……q_n；根据上述结果，可以绘制出，温度T₁，不同压力条件下甲烷的水溶性曲线。

步骤S8，试验结束后，打开排污阀14，通过排污管13排出污水。

综上所述，本发明提供的甲烷水溶量的测定装置的技术方案中，本甲烷水溶量的测定装置利用通入甲烷气体的量减去联颈瓶中剩余气体的量就是甲烷气体在液体中溶解的量，从而能够更加方便的检测出甲烷的溶解量；本装置还可以测定不同压力、温度条件下甲烷的水溶解量。本甲烷水溶量的测定装置具有结构简单，操作简便、实用的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述测定装置包括：

联颈瓶，所述联颈瓶用于盛放液体与甲烷，甲烷溶解于所述液体中，以测量甲烷在液体中的溶解量，所述联颈瓶上具有刻度线；

甲烷气源瓶，所述甲烷气源瓶用于储存甲烷，所述甲烷气源瓶通过第一管道与所述联颈瓶连通；

水源瓶，所述水源瓶用于储存液体，所述水源瓶通过第二管道与所述联颈瓶连通，所述第二管道上设置有抽水泵，所述抽水泵用于将液体泵入所述联颈瓶中。

2.根据权利要求1所述的甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述联颈瓶包括上分瓶、下分瓶与联通颈；

所述联通颈设置在上分瓶与下分瓶之间，用于将上分瓶与下分瓶连通起来。

3.根据权利要求2所述的甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述上分瓶与下分瓶的体积与外形均相同；

所述连通颈上设置有刻度线。

4.根据权利要求2所述的甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述甲烷气源瓶通过第一管道与所述下分瓶连通，所述水源瓶通过第二管道与所述下分瓶连通；

所述上分瓶通过第三管道连接有真空泵，所述真空泵用于将所述联颈瓶抽取为真空状态；

优选地，所述第一管道上设有第一阀门，第二管道上设置有第二阀门，第三管道上设置有第三阀门，所述第一阀门、第二阀门与第三阀门均用于控制管道的通断。

5.根据权利要求4所述的甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述第一管道上设置有调压阀，所述调压阀用于调节甲烷气源瓶通向所述联颈瓶的气体压力。

6.根据权利要求2所述的甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述第一管道伸入所述下分瓶的底部，在第一管道的端部连接有导气管；

所述导气管上设有多个孔，所述导气管设置在所述下分瓶中的下部位置。

7.根据权利要求1所述的甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述上分瓶上设置有压力传感器，所述压力传感器用于实时监测所述联颈瓶内的压力变化情况；

所述第一管道上设置有流量传感器，所述流量传感器用于实时监测甲烷通入所述联颈瓶中的流量；

所述压力传感器与所述流量传感器均连接数据采集器，所述数据采集器用于计算出通入联颈瓶内甲烷的体积V。

8.根据权利要求1所述的甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述测定装置还包括水浴箱，所述联颈瓶设置于水浴箱中；

所述水浴箱为数显恒温水浴箱。

9.根据权利要求2所述的甲烷水溶量的测定装置，其特征在于，所述下分瓶的底部设置有排污管，所述排污管上设置有排污阀，所述排污阀用于控制所述排污管的通断。

10.根据权利要求1-9任一所述的甲烷水溶量的测定装置的测定方法，其特征在于，所述测定方法包括以下步骤：

步骤S1，关闭第一阀门、第二阀门与排污阀，开启第三阀门，启动真空泵，将联颈瓶内的空气抽至真空状态；

步骤S2，关闭第三阀门，开启第二阀门，打开抽水泵将液体泵入到联颈瓶内，待水面到达联通颈的零刻度位置后，关闭抽水泵与第二阀门，记录注入水的体积V₁；

步骤S3，开启水浴箱，使联颈瓶内液体的温度升到T₁；

步骤S4，开启第一阀门，将调压阀的压力值调至P₁，甲烷气源瓶中的甲烷气体通入联颈瓶中，待压力传感器和流量传感器在数据采集器上显示的数值稳定，关闭第一阀门；

步骤S5，计算甲烷气体的溶解量Q₁，甲烷溶于水后，下分瓶中的水面上涨，读取联通颈中的刻度，然后联通颈的总容积减去读取的数值得到体积S，经流量传感器的流量数据计算出通入联颈瓶内的甲烷体积V，在压强P₁、温度T₁状态下，甲烷气体在水中的溶解量Q₁为：Q₁＝V－V₁－S；

步骤S6，保持联颈瓶中压强P₁不变，将水浴箱温度调为T₂，T₃……T_n，根据步骤S5中公式可得出，在压强P₁、温度分别为T₂，T₃……T_n时，甲烷气体在水中的溶解量Q₂，Q₃……Q_n；

步骤S7，将温度保持在T₁不变，调节调压阀，使气体压力值调整至P₂，P₃……P_n，重复步骤S1-S5，得出，在温度T₁，压力分别为P₂，P₃……P_n状态时，甲烷气体在水中的溶解量q₂，q₃……q_n；

步骤S8，试验结束后，打开排污阀，通过排污管排出污水。

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