CN211978778U - 煤吸附二氧化碳测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种煤吸附二氧化碳测量装置，包括气体供应单元、真空脱附单元、结果分析单元、温控箱、以及，安装在所述温控箱中的煤样管；所述气体供应单元和所述真空脱附单元均与所述煤样管可通断地连接；所述结果分析单元包括压力采集装置和数据处理装置，所述压力采集装置安装在所述气体供应单元和所述煤样管中，所述数据处理装置与所述压力采集装置通信连接。在煤吸附实验进行过程中，压力采集装置采集煤样吸附气体前后的压力数据，由数据处理装置对压力数据进行处理，得出煤样的二氧化碳吸附量。该装置操作步骤简单，并且结果分析单元能够直接计算出检测结果，极大地减少了检测过程的计算量，提高了检测结果的准确性。

Description

煤吸附二氧化碳测量装置

技术领域

本申请涉及煤炭技术领域，尤其涉及一种煤吸附二氧化碳测量装置。

背景技术

中国是产煤大国也是二氧化碳排放大国，所以，在煤矿开采的同时，研究既能减少矿井灾害的发生又能降低二氧化碳排放量的新方法是我国目前迫切需要解决的问题。

煤在燃烧时的主要产物为二氧化碳，为适应矿井防灭火的需要，液态二氧化碳防灭火技术逐渐成为防治煤层内因火灾的有效技术措施之一。一方面，液态二氧化碳气化吸收大量热量，对火区温度进行降温。另一方面，液态二氧化碳吸热气化成大量气态二氧化碳后，二氧化碳气体覆盖火区煤岩裂隙加速火源熄灭，使火区内的氧气含量迅速降到12％以下，在抑制煤火的同时起到抑制瓦斯爆炸的作用。并且由于二氧化碳比重大于空气，使二氧化碳能长时间封存在火区内，能对煤自燃起到长期抑制作用。因此，对煤吸附二氧化碳气体特性的研究，对于指导矿井安全生产具有重要的意义。

煤的二氧化碳吸附量的测量，一般是对煤进行真空脱附后，再充入二氧化碳进行吸附，通过测量装置内的气压，计算二氧化碳的吸附量。目前的测量方法，需要实验人员持续观察装置内的气压情况，并且实验结果需要进行大量的计算得出，工作量大且实验结果的准确性较低。

实用新型内容

本申请的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于测量煤的二氧化碳吸附量的煤吸附二氧化碳测量装置。

本申请的技术方案提供一种煤吸附二氧化碳测量装置，包括气体供应单元、真空脱附单元、结果分析单元、温控箱、以及，安装在所述温控箱中的煤样管；

所述气体供应单元和所述真空脱附单元均与所述煤样管可通断地连接；

所述结果分析单元包括压力采集装置和数据处理装置，所述压力采集装置安装在所述气体供应单元和所述煤样管中，所述数据处理装置与所述压力采集装置通信连接。

进一步地，接通所述真空脱附单元对放置在所述煤样管中的煤样进行真空脱附后断开所述真空脱附单元，再接通所述气体供应单元向所述煤样管中供应二氧化碳气体，同时所述压力采集装置采集所述煤样吸附气体前后的压力数据，所述数据处理装置对所述压力数据进行处理后得到所述煤样的二氧化碳吸附量。

进一步地，所述煤样管可拆卸地安装在所述温控箱中，所述温控箱中设置有加热元件。

进一步地，所述温控箱中还设置有控制元件、温度检测元件、显示元件和输入元件，所述控制元件与所述温度检测元件、所述显示元件和所述输入元件均通信连接。

进一步地，所述气体供应单元包括二氧化碳储气罐、开关阀门、气体缓冲罐和供气阀门；

所述二氧化碳储气罐通过所述开关阀门与所述气体缓冲罐的进气端连通，所述气体缓冲罐的排气端通过供气阀门与所述煤样管连通。

进一步地，所述压力采集装置包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器安装在所述气体缓冲罐中，所述第二压力传感器安装在所述煤样管中。

进一步地，所述第一压力传感器设置有两个，分别安装在所述气体缓冲罐的进气端和排气端；

所述第二压力传感器设置有两个，分别安装在所述煤样管的进气口和排气口。

进一步地，所述真空脱附单元包括真空泵和脱附阀门；

所述真空泵的进气口通过所述脱附阀门与所述煤样管连通。

进一步地，所述煤样管的进气口设有进气阀门，所述进气阀门与所述气体供应单元和所述真空脱附单元连接。

进一步地，还包括废气吸收单元，所述废气吸收单元通过排气阀门与所述煤样管的排气口连通。

采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

煤吸附二氧化碳的测量，将煤样放置在煤样管中，通过温控箱设置煤样的检测温度，检测时由真空脱附单元对煤样进行脱附，气体供应单元再向煤样管中通入二氧化碳气体，压力采集装置采集煤样吸附气体前后的压力数据，由数据处理装置对压力数据进行处理，得出煤样的二氧化碳吸附量。该装置操作步骤简单，并且结果分析单元能够直接计算出检测结果，极大地减少了检测过程的计算量，提高了检测结果的准确性。

附图说明

参见附图，本申请的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本申请的保护范围构成限制。图中：

图1是本申请一实施例中煤吸附二氧化碳测量装置的结构示意图；

图2是本申请一实施例中煤吸附二氧化碳测量装置的详细结构图；

图3是本申请一实施例中温控箱中的硬件电路结构示意图。

附图标记对照表：

气体供应单元01：二氧化碳储气罐11、减压阀111、开关阀门12、气体缓冲罐13、供气阀门14；

真空脱附单元02：真空泵21、脱附阀门22；

结果分析单元03、压力采集装置31、第一压力传感器311、第二压力传感器312、数据处理装置32、

温控箱04：加热元件41、温度检测元件42、显示元件43、输入元件44、控制元件45、

煤样管05：进气阀门51、排气阀门52；

废气吸收单元06。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本申请的具体实施方式。

容易理解，根据本申请的技术方案，在不变更本申请实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本申请的技术方案的示例性说明，而不应当视为本申请的全部或视为对申请技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

本实施例中的煤吸附二氧化碳测量装置，如图1所示，包括气体供应单元01、真空脱附单元02、结果分析单元03、温控箱04、以及，安装在温控箱04中的煤样管05；

气体供应单元01和真空脱附单元02均与煤样管05可通断地连接；

结果分析单元03包括压力采集装置31和数据处理装置32，压力采集装置31安装在气体供应单元01和煤样管05中，数据处理装置32与压力采集装置31通信连接。

具体的，温控箱04能够实现温度控制，使煤样管05的环境温度保持在设定的检测温度中。在检测时，将煤样放置在煤样管05中，通过温控箱04调整温度，并保持一段时间，使煤样管05达到设定温度，再进行检测。真空脱附单元02用于对放置在煤样管05中的煤样进行真空脱附；气体供应单元01用于向煤样管05供应二氧化碳气体供煤样吸附；压力采集装置31用于采集煤样吸附气体前后的压力数据；数据处理装置32用于对压力数据进行处理得到煤样的二氧化碳吸附量。

进一步地，接通真空脱附单元02对放置在煤样管05中的煤样进行真空脱附后断开真空脱附单元02，再接通气体供应单元01向煤样管05中供应二氧化碳气体，同时压力采集装置31采集煤样吸附气体前后的压力数据，数据处理装置32对压力数据进行处理后得到煤样的二氧化碳吸附量。

具体的，检测过程中，首先接通真空脱附单元02和煤样管05，由真空脱附单元02对煤样管05中的煤样进行真空脱附，将煤样中吸取的气体抽出，使煤样管05中保持真空状态；之后关闭断开真空脱附单元02和煤样管05的连接，接通气体供应单元01和煤样管05的连接，由气体供应单元01向煤样管05中通入二氧化碳气体，直至煤样管05中的气压为标准大气压，关闭气体供应单元01和煤样管05的连接，此时煤样管05中的煤样所吸附的二氧化碳的量，即为标准大气压下的二氧化碳吸附量。

在上述过程中，压力采集装置31对煤样管05和气体供应单元01中的气压进行监测并传送至数据处理装置32，检测结束后，数据处理装置32根据预设的计算程序对气压数据进行计算处理，得出煤样的二氧化碳的吸附量并输出，数据处理装置可以为计算机，并通过显示器实时显示压力数据。

进一步地，煤样管05可拆卸地安装在温控箱04中，温控箱04中设置有加热元件41。

具体的，煤样管05采用耐高温可视石英管，其两端设置有开口，开口处通过法兰连接有带孔密封盖，并且开口和带孔密封盖之间设置有密封圈以保证密封效果，带孔密封盖则连接管道与气体供应单元01和真空脱附单元02连接。

煤样管05和温控箱04的可拆卸连接，便于装入煤样和对煤样重量的控制。

温控箱04中通过加热元件41加热进行温度控制，温度调节范围可以设置为室温至1200℃。

进一步地，如图3所示，温控箱04中还设置有控制元件45、温度检测元件42、显示元件43和输入元件44，控制元件45与温度检测元件42、显示元件43和输入元件44均通信连接。

具体的，温度检测元件42为温度传感器，用于检测温控箱04中的温度，本实施例中采用热电偶进行温度检测，热电偶通过引线布置在温控箱04中。

显示元件43用于显示温控箱04的实时温度和目标温度，可以采用数码管、液晶显示屏等；输入元件44采用控制按钮，通过按压控制按钮，能够调整目标温度。控制元件45可以采用单片机等控制器，其通过接收输入元件44的输入指令，控制加热元件41对温控箱进行加热，并实时获取温度检测元件42检测的实时温度数据，通过控制加热元件41的功率对温控箱04内的实时温度和升温速率进行控制，实现对温控箱04温度的整体控制，温控箱04不仅能进行煤样的恒温吸附实验，还能进行升温吸附实验。

进一步地，如图2所示，气体供应单元01包括二氧化碳储气罐11、开关阀门12、气体缓冲罐13和供气阀门14；

二氧化碳储气罐11通过开关阀门12与气体缓冲罐13的进气端连通，气体缓冲罐13的排气端通过供气阀门14与煤样管05连通。

具体的，二氧化碳储气罐11中存储有液态二氧化碳，二氧化碳储气罐11的出口安装有减压阀111，以使二氧化碳储气罐11的开口压力保持稳定。减压阀111连接开关阀门12，当开关阀门12打开时，二氧化碳储气罐11向气体缓冲罐13中充入气体二氧化碳，充满后则关闭开关阀门12。供气阀门14连接煤样管05和气体缓冲罐13，用于控制煤样管05和气体缓冲罐13的通断，供气阀门14打开则向煤样管05中充入二氧化碳。

进一步地，如图2所示，压力采集装置31包括第一压力传感器311和第二压力传感器312，第一压力传感器311安装在气体缓冲罐13中，第二压力传感器312安装在煤样管05中。

具体的，第一压力传感器311采集气体供应单元01中气体缓冲罐13的气压，包括煤吸附二氧化碳前气体缓冲罐13的第一气压值，和煤吸附二氧化碳之后气体缓冲罐13的第二气压值，根据第一气压值、第二气压，以及预设的气体缓冲罐13的体积和煤样管05的体积能够计算出煤样的煤吸附量。

第二压力传感器312采集煤样管05的气压，在煤样吸附二氧化碳的过程中，监测煤样管05中的气压是否达到设定气压值(例如，标准大气压值)，当达到设定气压值后，则提示工作人员关闭供气阀门14，从而测得设定气压下的煤的二氧化碳吸附量。

进一步地，第一压力传感器311设置有两个，分别安装在气体缓冲罐13的进气端和排气端。数据处理装置获取两个第一压力传感器311的压力值计算平均值作为气体缓冲罐13的压力值，提高了测量结果的准确性。

可选地，第二压力传感器312也可以设置两个，分别安装在煤样管的进气口和排气口。

进一步地，如图2所示，真空脱附单元02包括真空泵21和脱附阀门22，真空泵21的进气口通过脱附阀门22与煤样管05连通。

脱附阀门22用于控制真空泵21和煤样管05之间管路的通断，脱附阀门22打开时，可开启真空泵21对煤样管05中的煤样进行脱附。

进一步地，煤样管05的进气口设有进气阀门51，进气阀门51与气体供应单元01和真空脱附单元02连接。只有进气阀门51打开时，再接通气体供应单元01或真空脱附单元02，才能接通煤样管05和气体供应单元01或煤样管05和真空脱附单元02，从而防止因开关阀门时的误操作影响检测过程。

进一步地，如图2所示，煤吸附二氧化碳测量装置还包括废气吸收单元06，废气吸收单元06通过排气阀门52与煤样管05的排气口连通。

废气吸收单元06可以设置为罐体，煤吸附二氧化碳实验完成后，打开排气阀门52，连通废气吸收单元06和煤样管05，将煤样管05中的二氧化碳气体排放至废气吸收单元06中，避免二氧化碳气体直接排放至空气中。

下面对本实施例中的煤吸附二氧化碳测量装置，进行煤吸附二氧化碳实验的操作过程进行示例性说明：

首先，将煤样装入煤样管05中后安装在温控箱04中，设置温控箱04的温度至检测温度，并等待30分钟，使煤样的环境温度稳定维持在该检测温度。打开脱附阀门22和进气阀门51，开启真空泵21对煤样管05中的煤样进行脱附，同时在数据处理装置32处监测煤样管05中的气压值，当气压值为-0.1Mpa(负压状态)，则煤样脱附完成，关闭真空泵21、脱附阀门22和进气阀门51。之后打开减压阀111和开关阀门12，向气体缓冲罐13中充入气体二氧化碳，直至气体缓冲罐13中的气压保持稳定，则关闭减压阀111和开关阀门12停止供气，同时数据处理装置32记录此时气体缓冲罐13的第一气压值；接着打开供气阀门14和进气阀门51，向煤样管05中充入二氧化碳气体，煤样管05中的煤样开始吸附二氧化碳气体，此时观察煤样管05中的气压值，当气压值达到标准大气压时，关闭供气阀门14和进气阀门51，此时数据处理装置32再记录气体缓冲罐13的第二气压值。数据处理装置32根据第一气压值、第二气压值和预设的煤样管体积、气体缓冲罐13体积进行计算，输出煤样吸附的二氧化碳量。检测完成后打开排气阀门52，将煤样管05中的二氧化碳气体排至废气吸收单元06中。

以上所述的仅是本申请的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本申请原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，包括气体供应单元、真空脱附单元、结果分析单元、温控箱以及安装在所述温控箱中的煤样管；

所述气体供应单元和所述真空脱附单元均与所述煤样管可通断地连接；

所述结果分析单元包括压力采集装置和数据处理装置，所述压力采集装置安装在所述气体供应单元和所述煤样管中，所述数据处理装置与所述压力采集装置通信连接。

2.根据权利要求1所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，接通所述真空脱附单元对放置在所述煤样管中的煤样进行真空脱附后断开所述真空脱附单元，再接通所述气体供应单元向所述煤样管中供应二氧化碳气体，同时所述压力采集装置采集所述煤样吸附气体前后的压力数据，所述数据处理装置对所述压力数据进行处理后得到所述煤样的二氧化碳吸附量。

3.根据权利要求1所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，所述煤样管可拆卸地安装在所述温控箱中，所述温控箱中设置有加热元件。

4.根据权利要求3所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，所述温控箱中还设置有控制元件、温度检测元件、显示元件和输入元件，所述控制元件与所述温度检测元件、所述显示元件和所述输入元件均通信连接。

5.根据权利要求1所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，所述气体供应单元包括二氧化碳储气罐、开关阀门、气体缓冲罐和供气阀门；

所述二氧化碳储气罐通过所述开关阀门与所述气体缓冲罐的进气端连通，所述气体缓冲罐的排气端通过供气阀门与所述煤样管连通。

6.根据权利要求5所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，所述压力采集装置包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器安装在所述气体缓冲罐中，所述第二压力传感器安装在所述煤样管中。

7.根据权利要求6所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，所述第一压力传感器设置有两个，分别安装在所述气体缓冲罐的进气端和排气端；

所述第二压力传感器设置有两个，分别安装在所述煤样管的进气口和排气口。

8.根据权利要求1所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，所述真空脱附单元包括真空泵和脱附阀门；

所述真空泵的进气口通过所述脱附阀门与所述煤样管连通。

9.根据权利要求1所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，所述煤样管的进气口设有进气阀门，所述进气阀门与所述气体供应单元和所述真空脱附单元连接。

10.根据权利要求1所述的煤吸附二氧化碳测量装置，其特征在于，还包括废气吸收单元，所述废气吸收单元通过排气阀门与所述煤样管的排气口连通。

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