CN101097213A - 开放式天然气生成动力学研究装置及使用方法 - Google Patents

开放式天然气生成动力学研究装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开放式天然气生成动力学研究装置及使用方法，旨在提供一种结构简单、可靠性高、操作使用方便、分析成本低的实验装置，其技术方案要点是包括高压气源、流量控制器、样品热解器、多个储气罐、抽真空装置和主控器，通过主控器控制的阀转换控制器控制不同温度区间样品受热产生的烃类气体进入不同的储气罐中储存，在第一个储气罐的储气过程结束后，即可通过气相色谱进行在线气体成分分析，和通过气密注射器取出气体进行气体成分的定性定量分析及气体的碳同位素和氢/氘同位素分析，最后通过热模拟的温度及对应的各个储气罐中所储集的气体中烃类气体的产量，得出天然气生成的动力学参数；本发明用于单组分天然气生烃动力学研究。

Description

开放式天然气生成动力学研究装置及使用方法
技术领域
本发明涉及一种试验分析技术，尤其是指单组分天然气生烃动力学研究的一种开放式天然气生成动力学研究装置，本发明还涉及上述装置的使用方法。
背景技术
目前，国内、外没有用于单组分天然气生烃动力学研究的商品化仪器出售，少数研究机构都是利用自制的研究装置进行研究。已知的有德国地球科学研究中心所采用的在线式热解-同位素分析方法。该方法的原理是，热解产生的烃类气体在载气的携带下，通过六通阀的转换，间歇性的进入同位素质谱进行分析，其优点是省略了冷阱，缺点是结构较为复杂，各个阀门的切换需要程序控制，热解的外围设备和同位素质谱的气路连为一体，需要对同位素质谱进行一定改造，在一定程度上影响了同位素质谱的通用性。另外，因为在不同热解阶段，热解产生的烃类的数量和成分有很大差别，为了对不同浓度的烃类气体都能达到在线分析所要求的浓度，要求同位素质谱具有高度的稳定性和很宽的线性范围。据报道，由于在线分析的甲烷浓度过低，分析误差高达1.5‰。而乙烷及丙烷的浓度远低于甲烷的浓度，达不到分析要求的最低浓度，实际上无法做乙烷及丙烷的同位素。另外，热模拟是在常压下进行的，与自然地质条件相差甚远，因而其应用效果受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、可靠性高、操作使用方便、分析成本低的开放式天然气生成动力学研究装置。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述装置的使用方法。
本发明的前一技术方案是这样的：一种开放式天然气生成动力学研究装置，包括高压气源、流量控制器、样品热解器、多个储气罐、抽真空装置和主控器，高压气源管路连接流量控制器，流量控制器管路连接样品热解器，其中所述的样品热解器分别通过进气管路与多个储气罐连接，储气罐分别通过出气管路与分析气体成分的气相色谱连接，每个储气罐均设有进气控制阀和出气控制阀；抽真空装置通过管路连接样品热解器和储气罐；主控器通过加热温度控制器电路连接样品热解器，主控器通过阀转换控制器电路连接各进气控制阀和出气控制阀，主控器通过真空显示控制器电路连接抽真空装置。
本发明的后一技术方案是这样的：一种开放式天然气生成动力学研究装置的使用方法，其特征是包括下述步骤：(1)将待分析的干酪根样品被放置在样品热解器内；(2)启动抽真空装置对系统抽真空；(3)启动加热温度控制控制样品热解器以每分2℃及20℃的升温速率从室温上升到650℃，同时打开高压气源，并通过阀转换控制器使不同温度阶段的烃类气体被载气携带依次进入不同的储气罐内；(4)在第一个储气罐的储气过程结束后，即开始通过气相色谱进行气体成分在线分析，或用气密注射器取出气体进行气体成分的定性定量分析及气体的碳同位素和氢/氘同位素分析和同位素分析；(5)其余储气罐的储气过程继续进行，直至热解过程结束；(6)最后通过热模拟的温度及对应的各个储气罐中所储集的气体中烃类气体的产量，得出天然气生成的动力学参数。
上述的开放式天然气生成动力学研究装置的使用方法中所述步骤(3)中储气罐中的气压始终低于一个大气压。
本发明为加压开放式天然气生成动力学研究装置，在大部分自然地质条件下，天然气的生成处在开放或半开放的条件之下，本发明能最大程度的模拟自然地质条件，得出合理的天然气生成动力学参数，并用于天然气的生成预测评估，为生产实际服务。与现有技术相比，具有下述优点：
(1)采用高压气体既作为载气及对样品施加压力的压力源，尽可能的模拟自然地质条件，使实验数据更加准确、更具有实际参考价值。
(2)装置的可靠性强，自动化程度高，装入样品后，可自动完成气体成分的动力学分析。
(3)可以分析所有烃类气体和H2、H2S等无机气体的动力学参数，通过离线的气体浓缩装置，可以分析低有机碳的原岩的甲烷及乙烷、丙烷的同位素动力学参数。
(4)一般条件下无需使用液氮，使用成本降低，操作简化。
(5)配合同位素仪，一次实验可同时做所有组分的生烃动力学和碳、氢/氘的同位素分析。
附图说明
下面结合附图中的具体实施例对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明一种具体实施例的结构示意图；
图中：高压气源1、流量控制器2、样品热解器3、储气罐4、抽真空装置5、主控器6、气相色谱7、进气控制阀8、出气控制阀9、加热温度控制器10、阀转换控制器11、真空显示控制器12。
具体实施方式
参阅图1所示，本发明的一种开放式天然气生成动力学研究装置，包括高压气源1、流量控制器2、样品热解器3、十个储气罐4、抽真空装置5和主控器6，高压气源1管路连接流量控制器2，流量控制器2管路连接样品热解器3，高压气源1既是作为载气及对样品施加压力的压力源，尽可能的模拟自然地质条件；样品热解器3分别通过进气管路与十个储气罐4连接，储气罐4分别通过出气管路与分析气体成分的气相色谱7连接，每个储气罐4均设有进气控制阀8和出气控制阀9；抽真空装置5通过管路连接样品热解器3和储气罐4；主控器6通过加热温度控制器10电路连接样品热解器3，主控器6通过阀转换控制器11电路连接各进气控制阀8和出气控制阀9，主控器6通过真空显示控制器12电路连接抽真空装置5。
本发明的工作原理和使用方法如下：
(1)将干酪根样品被放置在样品热解器3内。
(2)启动抽真空装置5对系统抽真空。
(3)启动加热温度控制器10控制样品热解器3以每分2℃及20℃的升温速率从室温上升到650℃，同时打开高压气源1；干酪根样品受热产生的烃类气体，被载气携带进入储气罐4，通过阀转换控制器11切换，控制不同储气罐4上的进气控制阀8(电磁阀)打开或关闭，使不同温度阶段的烃类气体依次进入不同的储气罐4内，使在任一时间样品热解器3的气流只和一个储气罐4连通；通过适当计算载气流量和热解时间，使储气罐4中的气压始终低于一个大气压。
(4)在第一个储气罐的储气过程结束后，即可进行气体成分和同位素分析，分析气体成分的气相色谱7和储气罐4通过阀转换控制器11切换，储气罐4上的出气控制阀9(电磁阀)打开，直接与气相色谱7连通，自动进行气体成分的在线分析；然后用气密注射器通过储气罐4顶部的取气口取出气体进行气体成分的定性定量分析及气体的碳同位素和氢/氘同位素分析。。
(5)其余储气罐4的储气过程继续进行，直至热解过程结束；整个系统用程序自动控制，完成一个样品的实验约需10小时。
(6)最后通过热模拟的温度及对应的各个储气罐4中所储集的气体中烃类气体的产量，通过专用程序计算出天然气生成的动力学参数。

Claims (3)

1.一种开放式天然气生成动力学研究装置，包括高压气源(1)、流量控制器(2)、样品热解器(3)、多个储气罐(4)、抽真空装置(5)和主控器(6)，高压气源(1)管路连接流量控制器(2)，流量控制器(2)管路连接样品热解器(3)，其特征是所述的样品热解器(3)分别通过进气管路与多个储气罐(4)连接，储气罐(4)分别通过出气管路与分析气体成分的气相色谱(7)连接，每个储气罐(4)均设有进气控制阀(8)和出气控制阀(9)；抽真空装置(5)通过管路连接样品热解器(3)和储气罐(4)；主控器(6)通过加热温度控制器(10)电路连接样品热解器(3)，主控器(6)通过阀转换控制器(11)电路连接各进气控制阀(8)和出气控制阀(9)，主控器(6)通过真空显示控制器(12)电路连接抽真空装置(5)。
2.权利要求1所述开放式天然气生成动力学研究装置的使用方法，其特征是包括下述步骤：(1)将待分析的干酪根样品被放置在样品热解器内；(2)启动抽真空装置对系统抽真空；(3)启动加热温度控制控制样品热解器以每分2℃及20℃的升温速率从室温上升到650℃，同时打开高压气源，并通过阀转换控制器使不同温度阶段的烃类气体被载气携带依次进入不同的储气罐内；(4)在第一个储气罐的储气过程结束后，即开始通过气相色谱进行气体成分在线分析，或用气密注射器取出气体进行气体成分的定性定量分析及气体的碳同位素和氢/氘同位素分析和同位素分析；(5)其余储气罐的储气过程继续进行，直至热解过程结束；(6)最后通过热模拟的温度及对应的各个储气罐中所储集的气体中烃类气体的产量，得出天然气生成的动力学参数。
3.根据权利要求2所述的开放式天然气生成动力学研究装置的使用方法，其特征是所述步骤(3)中储气罐中的气压始终低于一个大气压。
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