PL224062B1 - Sposób rejestracji przebiegu emisji gazu desorbującego i analizator emisji gazu desorbującego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób rejestracji przebiegu emisji gazu w wyniku desorpcji z substancji porowatej w szczególności sorbentu, na przykład węgla oraz analizator emisji gazu z substancji porowatej.

Znane jest rozwiązanie desorbometru manometrycznego DMC-2 cieczowego (Desorbometr manometryczny cieczowy, Główny Instytut Górnictwa, Katowice, PI. Gwarków 1, G01N W. 69133 09.09.1982). W urządzeniu tym gaz emitowany przez węgiel wytwarza nadciśnienie obserwowane na U-rurce.

Kolejne znane rozwiązanie - elektroniczny przyrząd typu „Barbara służy do pomiaru intensywności desorpcji gazu z węgla w zakresie od 0,0 do 100,0 hPa. Pomiar - podobnie jak poprzednio, dokonywany jest poprzez rejestrację zmian ciśnienia w komorze pomiarowej w wyniku emisji gazu z próbki węgla, lecz w tym przypadku zastosowano w miejsce U-rurki manometr elektroniczny. W przyrządzie tym występuje pojedyncza komora pomiarowa i przetwornik ciśnienia absolutnego.

Z opisu patentowego US5288645 znane jest urządzenie dwukomorowe, służące do określania wydzielania się gazu z badanych próbek pod wpływem ich ogrzewania. W urządzeniu tym próbka umieszczana jest w jednej z komór, bądź w obu komorach, następnie komory są najczęściej odpompowywane do próżni i rejestrowana jest pochodna ciśnienia po czasie, jako miara mierzonego parametru. Urządzenie posiada serię zaworów, które służą do pierwotnej konfiguracji i połączone są z pompą próżniową lub źródłem gazu.

Znane są także grawimetryczne analizatory procesów dyfuzji (sorpcji/desorpcji), gdzie rejestrowana jest zmiana masy badanej próbki materiału porowatego w trakcie trwania procesu; są to przyrządy typowo stacjonarne.

Zgodnie z wynalazkiem sposób rejestracji przebiegu emisji gazu desorbującego w systemie dwukomorowym polega na tym, że rejestruje się wydatek gazu emitowanego z materiału porowatego poprzez quasi-ciągłą rejestrację zmian ciśnienia różnicowego w komorze pomiarowej względem komory odniesienia cyklicznie zerując wartości ciśnienia różnicowego przez wyrównanie ciśnień w obu komorach do wartości ciśnienia panującego w otoczeniu, które to zmiany ciśnienia przelicza się ze wzoru Clapeyrona w celu wyznaczenia objętości emitowanego z próbki gazu.

Analizator emisji gazu z substancji porowatej posiadający dwie komory: odniesienia i pomiarową o znanej objętości dla umieszczenia w niej próbki materiału porowatego charakteryzuje się tym, że pomiędzy komorami zawiera różnicowy przetwornik ciśnienia. Każda z komór połączona jest z otoczeniem za pośrednictwem mini-elektrozaworu. Urządzenie posiada mikroprocesorowy system sterowania i analizy danych.

Emisja gazu z próbki rejestrowana jest poprzez quasi-ciągły pomiar zmian ciśnienia różnicowego w komorze pomiarowej względem komory odniesienia, periodycznie zerowanego poprzez chwilowe i cykliczne otwieranie elektrozaworów łączących komory z otoczeniem.

Rozwiązanie polegające na wykorzystaniu dwóch komór (pomiarowej i odniesienia) oraz przetwornika ciśnienia różnicowego posiada następujące zalety:

- w dużym stopniu kompensowany jest wpływ zmian temperatury zewnętrznej dzięki budowie dwukomorowej,

- możliwe jest uzyskanie wysokiej czułości układu (czego nie gwarantowałby pomiar zmian ciśnienia w jednej komorze przetwornikiem ciśnienia bezwzględnego),

- ograniczony został wpływ zmian ciśnienia zewnętrznego na pomiar dzięki zastosowaniu komory odniesienia,

- możliwe jest wykonanie niewielkich i mobilnych przyrządów według przedstawionego zamysłu.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku schematycznie przedstawiającym analizator emisji gazu desorbującego.

Analizator posiada dwie komory 2, 3, pomiędzy którymi mierzone jest ciśnienie różnicowe. Pomiędzy komorami umieszczony jest różnicowy przetwornik ciśnienia 4 o wysokiej czułości.

Komory przyrządu połączone są pneumatycznie z otoczeniem za pomocą dwóch mini-elektrozaworów 5.

Elementy przyrządu współpracują z mikroprocesorowym systemem sterowania i analizy danych. Przyrząd podczas pomiaru cyklicznie powtarza następującą sekwencję:

początek cyklu - oba mini-elektrozawory 5 otwarte - zerowe ciśnienie różnicowe między komorami pomiarową 2 i odniesienia 3,

PL 224 062 B1

- zamknięcie obu mini-elektrozaworów 5,

- w wyniku emisji gazu z próbki węgla 1 ciśnienie różnicowe w komorze pomiarowej 2 względem komory odniesienia 3 narasta - następuje rejestracja wskazań przetwornika ciśnienia 4 do momentu osiągnięcia wartości ciśnienia różnicowego bliskiego zakresowi pomiarowemu przetwornika,

- koniec cyklu pomiarowego - ponowne chwilowe otwarcie mini-elektrozaworów 5 i powrót do początku cyklu.

Sposób pomiaru emisji gazu desorbującego polega na czasowej analizie zmienności wydatku gazu (w szczególności sorbatu, np. metanu) z próbki materiału porowatego (w szczególności sorbentu, np. węgla). Działanie urządzenia polega na pośrednim pomiarze ilości gazu emitowanego z próbki węgla 1 poprzez rejestrację zmian ciśnienia w komorze pomiarowej 2 o znanej objętości.

Układ mikroprocesorowy dokonuje odpowiednich przeliczeń korzystając z równania Clapeyrona w celu wyliczenia objętości emitowanego z próbki gazu.

Podstawowe wyniki generowane przez układ to całkowita zawartość gazu desorbującego z próbki oraz współczynnik dyfuzji gazu w substancji porowatej. Współczynnik dyfuzji może być wyznaczony na podstawie tzw. „czasu połówkowego” ze wzoru Timofiejewa:

R²

D_e = 0,308 —π²ί₀,₅ gdzie:

t0,5 [s] - to czas połówkowy

J d-t + d₂

[cm] - to tak zwany promień zastępczy ziarna sorbentu, natomiast d1 i d2 to górna i dolna średnica oczka sit, które posłużyły do odsiania analizowanej klasy ziarnowej sorbentu. Po zarejestrowaniu przebiegu procesu dyfuzji w sposób i na urządzeniu, którego dotyczy niniejsze zgłoszenie określany jest czas połówkowy, w którym wyemitowana została połowa z całkowitej objętości gazu z próbki, którego emisja jest rejestrowana.

Claims (2)

1. Sposób rejestracji przebiegu emisji gazu desorbującego w systemie dwukomorowym, znamienny tym, że rejestruje się wydatek gazu emitowanego z materiału porowatego poprzez quasi-ciągłą rejestrację zmian ciśnienia różnicowego w komorze pomiarowej (2) względem komory odniesienia (3), cyklicznie zerując wartości ciśnienia różnicowego przez wyrównanie ciśnień w obu kom orach do wartości ciśnienia panującego w otoczeniu, które to zmiany ciśnienia przelicza się ze wzoru Clapeyrona w celu wyznaczenia objętości emitowanego z próbki gazu.

2. Analizator emisji gazu z substancji porowatej wyposażony w dwie komory: odniesienia i pomiarową o znanej objętości dla umieszczenia w niej próbki materiału porowatego, znamienny tym, że pomiędzy komorami usytuowany jest różnicowy przetwornik ciśnienia (4), a każda z komór połączona jest z otoczeniem za pośrednictwem mini-elektrozaworu (5), a ponadto sygnał z przetwornika ciśnienia oraz obwody elektryczne kontrolujące pracę mini-elektrozaworów połączone są z mikroprocesorowym systemem sterowania i analizy danych.