【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳深埋实验，特别是涉及一种矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置及实验方法。
技术介绍
1、工业的发展带动了人类的进步，但随之也带来诸多问题，其中，以二氧化碳为主的温室气体排放而造成的“全球气候变暖”和“温室效应”等问题，引起世界各国政府、科学工作者的密切关注。在减少温室气体排放的众多措施中，二氧化碳的捕获和埋存是其中一个非常有前景的重要途径。地质埋存、海洋埋存、森林和陆地生态埋存是当前可行的三大类二氧化碳埋存方式，现阶段可以实现并且有较大潜力的只有地质埋存（ccgs）。地质埋存是指将二氧化碳埋存于地质结构中，具有优质盖层的盐水层是二氧化碳深盐水层埋存的良好场所，许多地下含水层满足此种条件。其中二氧化碳地质埋存圈闭机理有物理圈闭、溶解圈闭、矿物圈闭和水合物圈闭，矿物圈闭是指二氧化碳溶解于地层水或油中后，通过与含有ca、mg及fe等元素的硅酸盐或碳酸盐等矿物发生化学反应而生成碳酸盐沉淀物或溶解的含水复合盐，若是石灰岩则反应方程式如下：
2、第一阶段与水接触的石灰岩，在偶极水分子作用下发生溶解：
3、
4、第二阶段是原溶解于水中的二氧化碳与水的反应：
5、
6、碳酸电离的h+与co32-化合成重碳酸根：
7、
8、第三阶段是水中物理溶解的二氧化碳的部分转为化学溶解，即水中部分游离二氧化碳与水化合成为新的碳酸：
9、
10、第四阶段是水中二氧化碳的减少，必然吸收外界二氧化碳以便使水中二氧化碳达到新的平衡，这样又
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置及实验方法，模拟在地层和压力条件下，二氧化碳水溶液通过岩体样品的情况，模拟和研究矿物封存二氧化碳的过程。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供了一种矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，包括二氧化碳注入装置、模拟装置、恒温恒压装置、数据采集装置、电阻率数据处理结构和饱和度数据处理结构，所述模拟装置内设置有岩体样品，所述二氧化碳注入装置将二氧化碳注入至所述岩体样品中，所述恒温恒压装置用于实现所述模拟装置的恒温和恒压，所述岩体样品中还设置有多参数测量仪，所述多参数测量仪测得的数据传输至所述数据采集装置，所述数据采集装置分别与所述电阻率数据处理结构和所述饱和度数据处理结构电连接，所述电阻率数据处理结构用于处理电阻率数据，所述饱和度数据处理结构用于处理饱和度数据。
4、优选地，所述二氧化碳注入装置包括二氧化碳气瓶、二氧化碳预热结构、回压阀、增压泵和反应容器，所述二氧化碳气瓶、所述二氧化碳预热结构、所述回压阀和所述反应容器依次连接，所述回压阀还与所述增压泵连接，所述反应容器的二氧化碳出口与所述岩体样品中的散样管连接，所述反应容器的外壁通过恒温水浴装置进行加热。
5、优选地，所述二氧化碳气瓶与所述二氧化碳预热结构之间的管路上设置有第一阀门，所述回压阀与所述反应容器之间的管路上设置有第二阀门和第一压力传感器，所述回压阀与所述增压泵之间的管路上设置有第二压力传感器，所述反应容器的二氧化碳出口与所述岩体样品中的散样管之间的管路上设置有第三阀门。
6、优选地，所述散样管为多个，所述散样管包括散样管本体和保护壳，所述保护壳位于所述散样管本体的外侧，所述散样管本体的一端开设有散样管注入口，所述散样管本体的侧壁开设有若干第一二氧化碳出口，所述保护壳的侧壁开设有若干第二二氧化碳出口。
7、优选地，所述模拟装置包括筒体、卡箍和釜盖法兰，所述卡箍与卡箍转动用油缸的伸缩端连接，通过所述卡箍转动用油缸的伸缩实现所述筒体与所述卡箍的可拆卸连接，所述釜盖法兰与所述筒体的开口端能够密封地连接，所述岩体样品位于所述筒体和所述釜盖法兰形成的空腔中。
8、优选地，还包括翻转机构，所述翻转机构包括转轴，所述转轴的一端伸入所述筒体并与所述岩体样品连接，所述转轴与所述釜盖法兰转动连接，所述转轴的另一端设置有转动把手或动力结构。
9、优选地，所述恒温恒压装置包括循环泵和贮油罐，所述循环泵和所述贮油罐均位于所述筒体的外部，所述循环泵的一端与所述贮油罐的一端连接，所述循环泵的另一端和所述贮油罐的另一端均与所述筒体侧壁内的通道连通。
10、优选地，所述恒温恒压装置还包括伺服加载泵、预热器和内置式电热管，所述伺服加载泵和所述预热器位于所述筒体的外部，所述内置式电热管位于所述筒体的内部，所述伺服加载泵、所述预热器和所述内置式电热管依次连接。
11、优选地，所述二氧化碳注入装置和所述模拟装置均位于导轨上。
12、本专利技术提供了一种采用所述矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置的实验方法，包括以下步骤：
13、步骤一，准备需要模拟的岩体样品，在反应容器中注入nacl溶液；
14、步骤二，打开二氧化碳预热结构及恒温水浴装置；
15、步骤三，打开增压泵和第一阀门，当第一压力传感器检测到的压力达到设定值时，打开第二阀门，关闭增压泵；
16、步骤四，打开恒温恒压装置，贮油罐和循环泵形成外循环油路，对筒体的侧壁进行加热，内置式加热管对筒体内部进行加热，伺服加载泵和预热器用于筒体内部压力恒定跟踪控制；
17、步骤五，液化后的二氧化碳及nacl溶液进入岩体样品中的散样管，进行矿物封存二氧化碳模拟；
18、步骤六，通过多参数测试仪测量岩体样品中不同位置的压力、温度和电阻率，并将数据传输至数据采集装置；
19、步骤七，将数据采集装置收集到的电阻率数据传输给电阻率数据处理结构，并生成三维云图观察二氧化碳溶液中被h2co3中co3-离子置换出的离子或hco3-的浓度，通过电阻率的变化来反映被h2co3中co3-离子置换出的离子或hco3-的浓度变化过程；将电阻率传递给数据采集装置完成饱和度的采集，将测得的饱和度数据传递给饱和度数据处理结构，生成饱和度测点界面，观察饱和度的变化，最后通过测量反应过程中被h2co3中co3-离子置换出的离子或hco3-浓度和饱和度，能够得出矿物封存二氧化碳的能力。
20、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
21、本专利技术提供了一种矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置及实验方法，旨在模拟和研究矿物封存二氧化碳的过程。该装置包括二氧化碳注入装置、模拟装置、恒温恒压装置、数据采集装置、电阻率数据处理结构和饱和度数据处理结构。实验方法包括准备岩体样品、注入nacl溶液、设定温度和压力条件、注入二氧化碳进行模拟、测量多参数、并对数据进行处理分析。本专利技术可以模拟不同条件下的矿物封存二氧化碳过程，如温度、压力、流速等，深入了解封存机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：包括二氧化碳注入装置、模拟装置、恒温恒压装置、数据采集装置、电阻率数据处理结构和饱和度数据处理结构，所述模拟装置内设置有岩体样品，所述二氧化碳注入装置将二氧化碳注入至所述岩体样品中，所述恒温恒压装置用于实现所述模拟装置的恒温和恒压，所述岩体样品中还设置有多参数测量仪，所述多参数测量仪测得的数据传输至所述数据采集装置，所述数据采集装置分别与所述电阻率数据处理结构和所述饱和度数据处理结构电连接，所述电阻率数据处理结构用于处理电阻率数据，所述饱和度数据处理结构用于处理饱和度数据。
2.根据权利要求1所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述二氧化碳注入装置包括二氧化碳气瓶、二氧化碳预热结构、回压阀、增压泵和反应容器，所述二氧化碳气瓶、所述二氧化碳预热结构、所述回压阀和所述反应容器依次连接，所述回压阀还与所述增压泵连接，所述反应容器的二氧化碳出口与所述岩体样品中的散样管连接，所述反应容器的外壁通过恒温水浴装置进行加热。
3.根据权利要求2所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在
4.根据权利要求3所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述散样管为多个，所述散样管包括散样管本体和保护壳，所述保护壳位于所述散样管本体的外侧，所述散样管本体的一端开设有散样管注入口，所述散样管本体的侧壁开设有若干第一二氧化碳出口，所述保护壳的侧壁开设有若干第二二氧化碳出口。
5.根据权利要求1所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述模拟装置包括筒体、卡箍和釜盖法兰，所述卡箍与卡箍转动用油缸的伸缩端连接，通过所述卡箍转动用油缸的伸缩实现所述筒体与所述卡箍的可拆卸连接，所述釜盖法兰与所述筒体的开口端能够密封地连接，所述岩体样品位于所述筒体和所述釜盖法兰形成的空腔中。
6.根据权利要求5所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：还包括翻转机构，所述翻转机构包括转轴，所述转轴的一端伸入所述筒体并与所述岩体样品连接，所述转轴与所述釜盖法兰转动连接，所述转轴的另一端设置有转动把手或动力结构。
7.根据权利要求5所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述恒温恒压装置包括循环泵和贮油罐，所述循环泵和所述贮油罐均位于所述筒体的外部，所述循环泵的一端与所述贮油罐的一端连接，所述循环泵的另一端和所述贮油罐的另一端均与所述筒体侧壁内的通道连通。
8.根据权利要求5所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述恒温恒压装置还包括伺服加载泵、预热器和内置式电热管，所述伺服加载泵和所述预热器位于所述筒体的外部，所述内置式电热管位于所述筒体的内部，所述伺服加载泵、所述预热器和所述内置式电热管依次连接。
9.根据权利要求1所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述二氧化碳注入装置和所述模拟装置均位于导轨上。
10.一种采用如权利要求1-9中任一项所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：包括二氧化碳注入装置、模拟装置、恒温恒压装置、数据采集装置、电阻率数据处理结构和饱和度数据处理结构，所述模拟装置内设置有岩体样品，所述二氧化碳注入装置将二氧化碳注入至所述岩体样品中，所述恒温恒压装置用于实现所述模拟装置的恒温和恒压，所述岩体样品中还设置有多参数测量仪，所述多参数测量仪测得的数据传输至所述数据采集装置，所述数据采集装置分别与所述电阻率数据处理结构和所述饱和度数据处理结构电连接，所述电阻率数据处理结构用于处理电阻率数据，所述饱和度数据处理结构用于处理饱和度数据。
2.根据权利要求1所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述二氧化碳注入装置包括二氧化碳气瓶、二氧化碳预热结构、回压阀、增压泵和反应容器，所述二氧化碳气瓶、所述二氧化碳预热结构、所述回压阀和所述反应容器依次连接，所述回压阀还与所述增压泵连接，所述反应容器的二氧化碳出口与所述岩体样品中的散样管连接，所述反应容器的外壁通过恒温水浴装置进行加热。
3.根据权利要求2所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述二氧化碳气瓶与所述二氧化碳预热结构之间的管路上设置有第一阀门，所述回压阀与所述反应容器之间的管路上设置有第二阀门和第一压力传感器，所述回压阀与所述增压泵之间的管路上设置有第二压力传感器，所述反应容器的二氧化碳出口与所述岩体样品中的散样管之间的管路上设置有第三阀门。
4.根据权利要求3所述的矿物封存二氧化碳三维物理模型实验装置，其特征在于：所述散样管为多个，所述散样管包括散样管本体和保护壳，所述保护壳位于所述散样管本体的外侧，所述散样管本体的一端开设有散样管注入口，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔少奇，郭家栋，夏豪杰，李贵林，严国超，任凯，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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