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一種基于微觀可視技術的超臨界二氧化碳溶解性能測定裝置及方法

專利號
CN104807825B
公開日期
2016-03-16
申請人
中國石油大學(華東)(山東省青島市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)長江西路66號)
發(fā)明人
李兆敏; 張超; 鹿騰; 王飛; 劉己全; 董全偉
IPC分類
G01N21/84
技術領域
超臨界,臨界,二氧化碳,閥門,注入,樣品,溶解,透明,流體,保溫套
地域: 山東省 山東省青島市

摘要

一種基于微觀可視技術的超臨界二氧化碳溶解性能測定裝置,包括耐壓夾持器、溫度控制系統(tǒng)、微觀刻蝕玻璃模型、超聲波分散儀和顯微鏡圖像采集分析系統(tǒng);所述耐壓夾持器用于夾持微觀刻蝕玻璃模型、在所述微觀刻蝕玻璃模型外通過液體調壓模擬地層壓力;所述溫度控制系統(tǒng)用于調整裝置的工作溫度;所述微觀刻蝕玻璃模型包括用于導流、承壓的透明腔體、出口和入口,所述出口和入口均朝下設置;所述超聲波分散儀對進入透明腔體的待測樣品溶解二氧化碳;所述顯微鏡圖像采集分析系統(tǒng)包括顯微鏡攝像頭和圖像采集及分析系統(tǒng);所述顯微鏡攝像頭通過所述透明腔體采集待測樣品在超臨界二氧化碳中的溶解度參數(shù)。

說明書

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[0011] b.濁點法是指該系統(tǒng)所加入的超臨界二氧化碳和化學藥劑的量是已知的,并且所采用的密閉容器為可視容器,然后在保證溫度不變的前提下,改變該密閉容器的體積,通過肉眼觀察法以體系變渾濁為臨界點,讀取該臨界點處壓力,通過查取該溫度、壓力條件下的超臨界二氧化碳密度,進而計算出該溫度、壓力條件下化學藥劑在超臨界二氧化碳中的溶解度。中國專利CN2715835即為該種方法,但是該類裝置較大程度上依靠肉眼來鑒別是否出現(xiàn)濁點,誤差較大,并且平衡時間較長,限制了它的應用。董重,潘志彥提出了一種利用石英毛細管法測定乙醇在超臨界二氧化碳中溶解度的方法,該方法將常規(guī)的可視密閉容器換成了石英毛細管,結合顯微鏡錄像的方法,測定化學藥劑在超臨界二氧化碳中的溶解度,但是該方法在升高溫度的同時毛細管內體系的壓力也同時升高,并且該壓力無法測定,因此所得到的溶解度結果無法說明該結果所處的壓力值,使得結果準確度不高[浙江工業(yè)大學學報,2012,40(4):418-421]。 [0012] (2)動態(tài)法是指化學藥劑是在超臨界二氧化碳流動過程中二者建立相平衡,然后取樣分析其平衡相組成得到該化學藥劑在超臨界二氧化碳中溶解度的方法。 [0013] 動態(tài)法也可分為兩類,單通路法和循環(huán)法: [0014] a.單通路法類似于萃取過程,即將超臨界二氧化碳緩緩通過放置在恒溫平衡釜中的化學藥劑,在二者接觸過程中建立相平衡,然后對超臨界二氧化碳相和化學藥劑相分別進行取樣分析,計算溶解度。中國專利CN103512826即是該種方法,該種方法的缺點在于難以準確判斷二者是否真正達到平衡狀態(tài),超臨界二氧化碳的用量較大。 [0015] b.循環(huán)法是指在平衡釜外連接一個循環(huán)泵,將超臨界二氧化碳和化學藥劑加入平衡釜中,通過循環(huán)泵在平衡釜、循環(huán)泵及二者的連接管路間建立閉合循環(huán)通路,通過循環(huán)過程中二者的不斷接觸達到相平衡,然后取樣分析計算得到溶解度。中國專利CN1975381即為該種方法,該種方法的缺點在于整個循環(huán)管路的溫度難以保持一致,在循環(huán)管路中因為溫度的變化導致相平衡不斷被打破,可能會使化學藥劑從超臨界二氧化碳中冷凝析出,造成測定誤差。 發(fā)明內容 [0016] 針對現(xiàn)有技術的不足,本發(fā)明提供一種基于微觀可視技術的超臨界二氧化碳溶解性能測定裝置。 [0017] 本發(fā)明還提供一種上述裝置的應用方法。 [0018] 本發(fā)明利用耐壓夾持器與微觀刻蝕玻璃模型實現(xiàn)超臨界二氧化碳溶解化學物質過程的全程可視,利用超聲波分散作用縮短溶解達到平衡所需時間,利用顯微鏡圖像采集及分析系統(tǒng)實現(xiàn)超臨界二氧化碳溶解化學物質過程的實時采集、并對采集結果進行圖像二值化處理,自動分析得到該化學物質在超臨界二氧化碳中的溶解度參數(shù)。 [0019] 本發(fā)明的技術方案在于: [0020] 一種基于微觀可視技術的超臨界二氧化碳溶解性能測定裝置,包括耐壓夾持器、溫度控制系統(tǒng)、微觀刻蝕玻璃模型、超聲波分散儀和顯微鏡圖像采集分析系統(tǒng); [0021] 所述耐壓夾持器用于夾持微觀刻蝕玻璃模型、在所述微觀刻蝕玻璃模型外通過液體調壓模擬地層壓力; [0022] 所述溫度控制系統(tǒng)用于調整裝置的工作溫度; [0023] 所述微觀刻蝕玻璃模型包括用于導流、承壓的透明腔體、出口和入口,所述出口和入口均朝下設置; [0024] 所述超聲波分散儀對進入透明腔體的待測樣品溶解二氧化碳; [0025] 所述顯微鏡圖像采集分析系統(tǒng)包括顯微鏡攝像頭和圖像采集及分析系統(tǒng);所述顯微鏡攝像頭通過所述透明腔體采集待測樣品在超臨界二氧化碳中的溶解度參數(shù)。 [0026] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的,所述耐壓夾持器包括頂蓋、底蓋及中間槽; [0027] 其中:中間槽用于放置微觀刻蝕玻璃模型及與其連接的超聲波分散儀;中間槽頂部用不銹鋼環(huán)以埋頭螺釘緊固的方式將微觀刻蝕玻璃模型緊固在中間槽中; [0028] 所述頂蓋和底蓋分別固定安裝有藍寶石玻璃。利用所述藍寶石玻璃高透光性及耐壓性實現(xiàn)高壓條件下對整個溶解過程的可視觀測,并且頂蓋及底蓋均采用六角螺母實現(xiàn)與中間槽的連接;為保證連接處的密封性,連接處均裝有耐腐蝕密封圈實現(xiàn)系統(tǒng)密封性。 [0029] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的,在所述微觀刻蝕玻璃模型外通過液體調壓模擬地層壓力的具體結構為:在所述中間槽中、且在所述透明腔體的上部空間和下部空間分別形成環(huán)壓流體腔。

權利要求

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7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于微觀可視技術的超臨界二氧化碳溶解性能測定裝置,其特征在于,所述超聲波分散儀包括環(huán)形排列的多個超聲波發(fā)射探頭,頻率為15kHz~ 40kHz,功率為2000w。 8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于微觀可視技術的超臨界二氧化碳溶解性能測定裝置,其特征在于,所述圖像采集及分析系統(tǒng)中還加載有圖像二值化處理軟件:通過顯微鏡攝像頭對溶解全過程圖像實時采集,利用圖像二值化處理軟件對所述圖像進行二值化處理,最終按照現(xiàn)有技術對比分析計算出待測樣品在超臨界二氧化碳中的溶解度參數(shù)。 9.一種利用如權利要求3所述裝置測定待測樣品在超臨界二氧化碳中溶解度參數(shù)的方法,包括步驟如下: 1)將所述透明腔體放置于中間槽中、且位于超聲波分散儀上,所述刻蝕有機玻璃片的入口和出口分別對準入口管路和出口管路; 2)將頂蓋與中間槽緊固,將底蓋與中間槽緊固; 3)向所述環(huán)壓流體腔注入蒸餾水,用于調壓,使所述環(huán)壓流體腔內壓力為1.5Mpa時,停止注入蒸餾水; 4)若待測樣品為液體時,則關閉待測樣品排出閥門,開啟待測樣品注入閥門,利用真空泵通過待測樣品注入閥門將透明腔體內部長方形凹槽抽真空,然后關閉待測樣品注入閥門;通過注射器與待測樣品注入閥門相連,利用透明腔體內部的負壓,將注射器中的待測樣品吸入透明腔體中,然后關閉待測樣品注入閥門; 若待測樣品為固體時,由于測試待測樣品已內置于透明腔體中,關閉待測樣品排出閥門和待測樣品注入閥門; 其中所述待測樣品的質量m1; 5)開啟待測樣品注入閥門,將超臨界二氧化碳注入透明腔體中,注入過程中通過壓力傳感器實時監(jiān)測透明腔體內部壓力,并且通過向環(huán)壓流體腔中注入蒸餾水的方式調整環(huán)壓流體腔內部壓力,使環(huán)壓流體腔內部壓力始終比透明腔體內部壓力高1.5MPa~2MPa; 7)當透明腔體內部壓力達到7MPa時,啟動溫度控制系統(tǒng),設置試驗溫度T,進行循環(huán)油浴加熱,并同時開啟超聲波分散儀,進行溫度平衡和溶解平衡; 8)當達到溫度平衡和溶解平衡后,關閉超聲波分散儀,繼續(xù)通過向透明腔體中注入超臨界二氧化碳升高透明腔體內部壓力,同時間歇式開啟、關閉超聲波分散儀,同時開啟顯微鏡圖像分析采集系統(tǒng),實時監(jiān)測透明腔體中相態(tài)變化,并對實時采集的圖像進行二值化處理分析,當二值化處理后的圖像不變時,關閉待測樣品注入閥門,靜置固定時間,得到最終圖像,并記錄此時透明腔體內部壓力P;
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