一种原位在线测定CO2‑烷烃体系膨胀系数的方法及专用装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种原位在线测定CO2‑烷烃体系膨胀系数的方法：采用半封口石英毛细管为反应器，在紧靠封口端口处设置透明的观测窗口；开口端通过高压阀门与高压管路连接；向反应器封口端口处注入与水不互溶的液态烷烃样品，用微量超纯水水封；利用共聚焦显微拉曼光谱仪的共聚焦显微镜‑DVD实时录像系统测量反应器内烷烃样品的T℃、常压下的体积V0；然后控制高压管路内CO2压力为X MPa，用拉曼激光光谱仪检验CO2‑烷烃体系反应平衡，且确保水封的效果，再测量X MPa、T℃下体积Vn；根据公式η＝Vn/V0计算得到CO2‑烷烃体系在T℃下、X MPa下的膨胀系数。本发明专利技术将反应器体积从毫升级缩小至微升级，具有直观、低耗、准确、操作性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
(一)
本专利技术涉及一种原位在线测定CO2-烷烃体系膨胀系数的方法。(二)
技术介绍
随着工业化进程的推进和社会经济的发展，化石燃料燃烧所导致的空气污染和温室效应正严重威胁着人类的生存环境。CO2作为其中对气候变化影响最大的气体，它产生的增温效应占所有温室气体总增温效应的63％。我国是二氧化碳排放大国，CO2总排放量约占全世界的1/4，因此我国承担着严峻的减排目标。碳捕集与封存技术(CarbonCaptureStorage，CCS)是当前实现CO2减排最现实有效的方法之一。由于CO2在油藏流体中具有很高的溶解度，将CO2注入油田，可使原油体积膨胀，显著降低原油粘度和界面张力，形成比较有利的原油流动，对原油开采和提高采收率十分有利，故CO2驱替原油提高石油采收率(CO2forEnhanceOilRecovery，CO2-EOR)技术，即CO2驱油技术，被广泛用于油气田开发，被认为是提高原油采收率最有效的方法之一。将CO2注入到油田，在实现提高石油开采率同时，还可实现CO2封存，达到CO2减排的目的。在CO2驱油或封存过程中，精确测定CO2在石油或石油主要组成物质烷烃中的膨胀系数是一项重要的基础工作。CO2驱油或地址封存过程中体系的体积膨胀情况，目前主要采用间接实验法，即采用静态法来研究CO2驱油或埋存过程中的膨胀(YangZ,LiM,PengB,etal.DispersionPropertyofCO2inOil.1.VolumeExpansionofCO2+AlkaneatnearCriticalandSupercriticalConditionofCO2；HaishuiHAN,ShiyiY,ShiLI,etal.Dissolvingcapacityandvolumeexpansionofcarbondioxideinchainn-alkanes)。其方法是将CO2和油(或烷烃作为模拟油)一起通入密闭的可视的高压釜中并保持特定的温度、压力，待体系达到平衡后拍照并从高压釜中取样，并在常温常压下利用物理方法或仪器进行分析，以获得相关膨胀数据；或是将预先配置好的一定量的油(或烷烃作为模拟油)通入可视的高压釜中并加入到特定温度，后通入高压CO2，待体系达到平衡后，通过测定反应前后CO2的P-V-T参数，计算获得相关数据。然而，我们发现传统反应釜的容积主要在100-300ml，该方法缺点在于所用的反应釜体积较大，从而导致样品用量大，设备能耗高，传质速率慢，且传质不易平衡。同时，体系在接近环境温度的条件下由于反应釜温度梯度，体系整体温度低于设定温度，测量数值偏大；在较高温度下，部分烷烃沸点较低，易气化，测量数值偏小。另外，以上方法都只提到将CO2通入有机物后使体系稳定一段时间，并没有提出一个可靠的方法证明体系已达到热力学平衡状态。由此说明得到的数据不够精确。因此，如果能建立一套具有数据可信度高、检测速度快、操作简便安全的体系膨胀系数测定方法，不但可以克服传统方法的缺陷，而且对发展CO2驱油、地质封存技术具有重大的意义。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原位在线测定CO2-烷烃体系膨胀系数的方法，该方法可为CO2驱替原油提高石油采收率(CO2forEnhanceOilRecovery，CO2-EOR)和CO2地质封存技术提供理论支撑及基础数据。本专利技术采用的技术方案是：一种原位在线测定CO2-烷烃体系膨胀系数的方法，所述方法包括以下步骤：(1)采用半封口石英毛细管作为反应器，在石英毛细管紧靠封口端口处设置一段透明的观测窗口；石英毛细管的开口端通过高压阀门与高压管路连接；(2)向反应器内注入0.02-0.2μL的与水不互溶的液态烷烃样品，离心、使烷烃样品位于反应器的封口端口处，且完全处于观测窗口内，然后加入微量超纯水进行水封；(3)关闭高压阀门，将高压管路内抽真空；将反应器的包含观测窗口的封口端置于冷热台内，所述冷热台固定于共聚焦显微拉曼光谱仪的载物台上，利用共聚焦显微拉曼光谱仪的共聚焦显微镜观测反应器内的烷烃样品的体积；所述共聚焦显微拉曼光谱仪设有可切换的样品观测模式和拉曼光路模式：样品观测模式下共聚焦显微镜与DVD实时录像系统连接，实时显微放大样品图像进行观测；拉曼光路模式下共聚焦显微镜与拉曼激光光谱仪连接，进行激光拉曼光谱测量检测；调整冷热台温度到T℃，在样品观测模式下，利用共聚焦显微镜-DVD实时录像系统观察反应器内烷烃样品的体积，体积不再发生变化后，截取记录体积照片，测量、计算得到T℃、常压下的烷烃样品体积V0；(4)高压管路内通入CO2气体，开启高压阀门，使反应器与高压管路连通，控制高压管路内CO2压力为XMPa，调整冷热台温度到T℃，保温至烷烃样品的体积不再变化后，将仪器切换至拉曼光路模式，用拉曼激光光谱仪检测反应器内不同位置的烷烃样品的拉曼光谱图，检验反应器内的CO2-烷烃体系达到反应平衡后，再用拉曼激光光谱仪照射检测水封位置，检验水中不存在烷烃样品的吸收峰，确保水封的效果，再切换至样品观测模式，通过共聚焦显微镜-DVD实时录像系统截取记录体积照片，测量、计算得到XMPa、T℃下的CO2-烷烃体系的体积Vn；(5)根据公式η＝Vn/V0计算得到CO2-烷烃体系在T℃下、XMPa下的膨胀系数，其中V0为T℃、常压下的烷烃样品体积，Vn为T℃下、XMPa下CO2-烷烃体系的体积。本专利技术所述烷烃为与水不互溶的液态烷烃，更具体的，是在检测温度和压力范围内与水不互溶且为液态的烷烃。包括饱和的直链烷烃、异构烷烃或环烷烃中的一种或两种以上的混合，优选直链烷烃。所述步骤(4)中，用拉曼激光光谱仪检测反应器内不同位置的烷烃样品的拉曼光谱图，检验反应器内的CO2-烷烃体系达到反应平衡，一般按照以下步骤操作：用拉曼激光光谱仪分别照射检测反应器内不同位置的烷烃样品，得到的不同位置样品的拉曼光谱图，然后分别计算峰高比M＝PCO2/P样品，其中PCO2是1370-1390cm-1处CO2主峰的峰高，P样品是烷烃样品主峰的峰高，不同位置的峰高比一致且恒定不再变化后(一般是指不同位置的峰高比数据误差在±3％之内)，表示反应器内的CO2-烷烃体系达到反应平衡；所述P样品是烷烃样品主峰的峰高，一般对于不同的烷烃样品，主峰的位置范围不同，但烷烃的拉曼光谱图一般都具有明显的拉曼特征峰，其中有一个明显的主峰，只要测量其主峰的峰高数据即可，对于饱和直链烷烃，主峰位置通常在2700-2970cm-1处，带异构骨架链烷烃类主峰在2911cm-1左右，支链烷烃主峰在748cm-1左本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位在线测定CO2‑烷烃体系膨胀系数的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：(1)采用半封口石英毛细管作为反应器，在石英毛细管紧靠封口端口处设置一段透明的观测窗口；石英毛细管的开口端通过高压阀门与高压管路连接；(2)向反应器内注入0.02‑0.2μL的与水不互溶的液态烷烃样品，离心、使烷烃样品位于反应器的封口端口处，且完全处于观测窗口内，然后加入微量超纯水进行水封；(3)关闭高压阀门，将高压管路内抽真空；将反应器的包含观测窗口的封口端置于冷热台内，所述冷热台固定于共聚焦显微拉曼光谱仪的载物台上，利用共聚焦显微拉曼光谱仪的共聚焦显微镜观测反应器内的烷烃样品的体积；所述共聚焦显微拉曼光谱仪设有可切换的样品观测模式和拉曼光路模式：样品观测模式下共聚焦显微镜与DVD实时录像系统连接，实时显微放大样品图像进行观测；拉曼光路模式下共聚焦显微镜与拉曼激光光谱仪连接，进行激光拉曼光谱测量检测；调整冷热台温度到T℃，在样品观测模式下，利用共聚焦显微镜‑DVD实时录像系统观察反应器内烷烃样品的体积，体积不再发生变化后，截取记录体积照片，测量、计算得到T℃、常压下的烷烃样品体积V0；(4)高压管路内通入CO2气体，开启高压阀门，使反应器与高压管路连通，控制高压管路内CO2压力为X MPa，调整冷热台温度到T℃，保温至烷烃样品的体积不再变化后，将仪器切换至拉曼光路模式，用拉曼激光光谱仪检测反应器内不同位置的烷烃样品的拉曼光谱图，检验反应器内的CO2‑烷烃体系达到反应平衡后，再用拉曼激光光谱仪照射检测水封位置，检验水中不存在烷烃样品的吸收峰，再切换至样品观测模式，通过共聚焦显微镜‑DVD实时录像系统截取记录体积照片，测量、计算得到X MPa、T℃下的CO2‑烷烃体系的体积Vn；(5)根据公式η＝Vn/V0计算得到CO2‑烷烃体系在T℃下、X MPa下的膨胀系数，其中V0为T℃、常压下的烷烃样品体积，Vn为T℃下、X MPa下CO2‑烷烃体系的体积。...

【技术特征摘要】
1.一种原位在线测定CO2-烷烃体系膨胀系数的方法，其特征在于所述方法包括以下步
骤：
(1)采用半封口石英毛细管作为反应器，在石英毛细管紧靠封口端口处设置一段透明
的观测窗口；石英毛细管的开口端通过高压阀门与高压管路连接；
(2)向反应器内注入0.02-0.2μL的与水不互溶的液态烷烃样品，离心、使烷烃样品位于
反应器的封口端口处，且完全处于观测窗口内，然后加入微量超纯水进行水封；
(3)关闭高压阀门，将高压管路内抽真空；将反应器的包含观测窗口的封口端置于冷热
台内，所述冷热台固定于共聚焦显微拉曼光谱仪的载物台上，利用共聚焦显微拉曼光谱仪
的共聚焦显微镜观测反应器内的烷烃样品的体积；所述共聚焦显微拉曼光谱仪设有可切换
的样品观测模式和拉曼光路模式：样品观测模式下共聚焦显微镜与DVD实时录像系统连接，
实时显微放大样品图像进行观测；拉曼光路模式下共聚焦显微镜与拉曼激光光谱仪连接，
进行激光拉曼光谱测量检测；调整冷热台温度到T℃，在样品观测模式下，利用共聚焦显微
镜-DVD实时录像系统观察反应器内烷烃样品的体积，体积不再发生变化后，截取记录体积
照片，测量、计算得到T℃、常压下的烷烃样品体积V0；
(4)高压管路内通入CO2气体，开启高压阀门，使反应器与高压管路连通，控制高压管路
内CO2压力为XMPa，调整冷热台温度到T℃，保温至烷烃样品的体积不再变化后，将仪器切
换至拉曼光路模式，用拉曼激光光谱仪检测反应器内不同位置的烷烃样品的拉曼光谱图，
检验反应器内的CO2-烷烃体系达到反应平衡后，再用拉曼激光光谱仪照射检测水封位置，
检验水中不存在烷烃样品的吸收峰，再切换至样品观测模式，通过共聚焦显微镜-DVD实时
录像系统截取记录体积照片，测量、计算得到XMPa、T℃下的CO2-烷烃体系的体积Vn；
(5)根据公式η＝Vn/V0计算得到CO2-烷烃体系在T℃下、XMPa下的膨胀系数，其中V0为T
℃、常压下的烷烃样品体积，Vn为T℃下、XMPa下CO2-烷烃体系的体积。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述烷烃为饱和的直链烷烃、异构烷烃或环烷
烃中的一种或两种以上的混合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(4)中，用拉曼激光光谱仪检测反应
器内不同位置的烷烃样品的拉曼光谱图，检验反应器内的CO2-烷烃体系达到反应平衡，按
照以下步骤进行操作：用拉曼激光光谱仪分别照射检测反应器内不同位置的烷烃样品，得
到的不同位置样品的拉曼光谱图，然后分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军良，潘志彦，周舒燕，贝克，梅益柔，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33