CN101333452B - 间歇开放式原油裂解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间歇开放式原油裂解装置，其包括高压容器(1)，支撑柱(2)，黄金套(3)。支撑柱的外表面和黄金套的内面形成密封的天然气反应室(4)，高压容器的内表面和黄金套的外面形成密封的高压室(5)。支撑柱上设有连通天然气反应室的排气口，排气口上连通有排气管道(7)，排气管道的连接有天然气收集瓶(8)。排气口上设有可控制排气口打开或关闭的活动阀针(9)。高压容器上设有连通高压室的进液口(10)，进液口上连通有进液管道(11)，进液管道与高压液体连通。高压容器外设有加热器(12)和液氮喷嘴(13)。高压容器上设有热电偶(14)，热电偶连接有可控制加热器和液氮喷嘴工作状态的温度控制器(15)。
Description
技术领域
本发明涉及一种裂解装置，具体是指一种对原油进行裂解实验的间歇开放式原油裂解装置。
背景技术
地层中的有机质在地热作用下，首先生成原油，如温度进一步升高，则原油将发生裂解而生成天然气。原油生成天然气的过程中，由于气体压力的不断的增大，气体可通过岩石的空隙或裂隙连续的或间歇性的向外排出，而未裂解的原油则在原地继续裂解过程。在油气地球化学研究中，需要用实验方法研究原油的裂解过程。
现有的人工模拟实验与天然地质条件有很大不同。在地质条件下，原油经历的是低温(小于200℃)、长时间(数百万年至数亿年)的缓慢过程，在这种低温条件下，原油可以保持液体状态而在原地持续裂解过程；但在人工模拟条件下，时间不能太长(一般为2-20天)，为弥补时间的不足就必须提高反应温度，因而常用的温度是300-700℃。在这样高的温度下，原油在未裂解前即已汽化，如不封闭反应容器，汽化的原油将逸出从而使裂解过程停止。由于上述原因，目前国内外都是采用封闭式容器进行原油裂解实验，即等待反应结束后再打开容器取出气体，但这种方法显然不符合地质条件下裂解生成的气体呈连续或间歇性排出的规律。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尽可能模拟自然地质条件下的原油裂解过程的间歇开放式原油裂解实验装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：间歇开放式原油裂解实验装置，包括高压容器，设在高压容器中的支撑柱，设在高压容器和支撑柱之间的黄金套。所述的支撑柱的外表面和黄金套的内面形成密封的天然气反应室，所述的高压容器的内表面和黄金套的外面形成密封的高压室。所述的支撑柱上设有连通天然气反应室的排气口，排气口上连通有排气管道，排气管道的另一端经天然气收集阀连接有天然气收集瓶。所述的排气口上设有可控制排气口打开或关闭的活动阀针。所述的高压容器上设有连通高压室的进液口，进液口上连通有进液管道，进液管道与高压液体连通。所述的高压容器外设有加热器和液氮喷嘴。所述的高压容器上设有热电偶，热电偶连接有可控制加热器和液氮喷嘴工作状态的温度控制器。
本发明在使用时，将待反应的原油样品装载到天然气反应室中，活动阀针封闭排气口，高压液体经进液管道进入高压室中，由于黄金的柔软特性，黄金套在外部高压液体的挤压下产生变形，紧贴支撑柱，并对原油样品施加压力，对原油样品施加压力的可真实地模拟地质条件。启动加热器，使天然气反应室中的原油样品受热发生裂解产生气体。裂解完成后，关闭加热器，使高压液体排出，液氮喷嘴喷出液氮对高压容器实行冷却，再打开封闭在排气口上的活动阀针，裂解产生的气体经排气口和排气管道进入到天然气收集瓶内，而剩余未裂解的原油因冷冻作用仍留在天然气反应室中以进行下一次的裂解。热电偶可测量高压容器的温度，温度控制器控制加热器和液氮喷嘴工作状态以实行对高压容器的加热和冷却。
由于采用了上述的结构，本发明具有下述的优点：
1.可以研究原油在不同温度阶段产生的天然气的数量、成分等。
2.由于反应在压力环境下进行，较为真实的模拟了自然地质条件。
3.反应容器用纯金或镀金的器件，利用金的化学反应惰性，避免了其他金属可能对油裂解的催化作用。其中纯金的黄金套12在反应结束后可融化重新制作，仅需支付少量的加工费，因而实验成本不高。
4.本发明的实验过程易于采用电脑程序控制，极大的提高了实验效率及实验精度，降低了人工消耗。
附图说明
图1是间歇开放式原油裂解实验装置的剖视图。
图中：高压容器1、支撑柱2、黄金套3、天然气反应室4、高压室5、排气口6、排气管道7、天然气收集瓶8、活动阀针9、进液口10、进液管道11、加热器12、液氮喷嘴13、热电偶14、温度控制器15、凸台16、裙边17、定位筒18、支撑架19、限位台20、活动压环21、中空部22、活动阀针孔23、黄金密封垫24、黄金密封圈25、石墨密封圈26、高压阀27、排水阀28、气动活塞杆29、弹簧30、油压机活塞杆31、石棉隔热垫32、真空阀33、天然气收集阀34、液氮阀35。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图1所示，本发明所述的间歇开放式原油裂解实验装置，包括高压容器1，设在高压容器1中的支撑柱2，设在高压容器1和支撑柱2之间的黄金套3。高压容器1、支撑柱2由316不锈钢制成。所述的支撑柱2的外表面和黄金套3的内面形成密封的天然气反应室4，所述的高压容器1的内表面和黄金套3的外面形成密封的高压室5。所述的支撑柱2上设有连通天然气反应室4的排气口6，排气口6上连通有排气管道7，排气管道7的另一端经天然气收集阀34连接有天然气收集瓶8，所述的排气口6上设有可控制排气口6打开或关闭的活动阀针9。裂解时，活动阀针9关闭排气口6，裂解完成后，活动阀针9打开排气口6，原油裂解产生的天然气经排气口6、排气管道7、天然气收集阀34进入天然气收集瓶8中。所述的高压容器1上设有连通高压室5的进液口10，进液口10上连通有进液管道11，进液管道11与高压液体连通，高压液体可为水，高压液体经进液管道11和进液口10进入高压室5中，黄金套3在外部高压液体的挤压下产生变形，紧贴支撑柱2，并对原油样品施加压力，对原油样品施加压力的可真实地模拟地质条件。所述的高压容器1外设有加热器12和液氮喷嘴13，加热器12可为电阻炉或高频加热器，液氮喷嘴13经液氮阀35与液氮连接，加热器12通电发热可对高压容器1内的天然气反应室4中的原油样品进行加热，液氮喷嘴13喷出的液氮可迅速地冷却原油样品。所述的高压容器1上设有热电偶14，热电偶14连接有可控制加热器12和液氮喷嘴13工作状态的温度控制器15。热电偶可测量高压容器的温度，温度控制器控制加热器和液氮喷嘴工作状态以实行对高压容器的加热和冷却，以便进行温度程序控制。
所述的支撑柱2的端部设有与高压容器1开口端面相配合的凸台16，所述的黄金套3设有置于高压容器1开口端面和凸台16的下面之间的裙边17，将支撑柱2上的凸台16和和高压容器1的开口端面相对挤压，黄金套3的裙边17受到高压容器1端面和凸台16的下面的上下挤压，形成密封效果，支撑柱2的外表面和黄金套3的内面就形成密封的天然气反应室4，高压容器1的内表面和黄金套3的外面就形成密封的高压室5。
本发明还可以包括定位筒18和设置在定位筒18上的支撑架19，所述的高压容器1和支撑柱2的上部可轴向活动地设于定位筒18中，定位筒18的上端设有限位台20，支撑架19用于整个装置的固定，将高压容器1往上推时，限位台20与高压容器1相互作用可将凸台16和和高压容器1的开口端面相对挤压，此外所述的高压容器1和支撑柱2的上部可在定位筒18中轴向活动的结构便于将高压容器1、支撑柱2、黄金套3三者装配和分离以清洗和装载原油样品。
所述的定位筒18内上部设有压在支撑柱2的排气口6上的活动压环21，活动压环21和支撑柱2之间设有黄金密封圈25，活动压环21在排气口6上方设有与排气管道7连通的中空部22，活动压环21上设有活动阀针孔23，所述的活动阀针9活动设在活动阀针孔23中，活动阀针9穿过中空部22的一端压在排气口6上，所述的活动阀针9和排气口6之间设有黄金密封垫24。活动阀针9未紧压在排气口6时，气体可沿排气口6与黄金密封垫24的间隙进入到中空部22中，再从排气管道7排出。
所述的活动阀针9与活动阀针孔23之间设有石墨密封圈26，石墨密封圈26在高温的条件下仍可保证密封性，气体不会从活动阀针9与活动阀针孔23之间的间隙中逸出。
所述的进液管道11上设有高压阀27，在进液口10和高压阀27之间的进液管道11上设有排水阀28，打开高压阀27并关闭排水阀28，高压液体即可从进液管道11进入高压室5中以对天然气反应室4施加压力。关闭高压阀27并打开排水阀28，高压液体即可从高压室5中流出，天然气反应室4压力消失。
所述的活动阀针9的上端接有气动活塞杆29，活动阀针9上设有作用在支撑架19上使活动阀针9离开排气口6的弹簧30，气动活塞杆29的气缸进气时，气动活塞杆29将活动阀针9向下顶，活动阀针9的下端将黄金密封垫24紧压在排气口6上以关闭排气口6。当需要打开排气口6时，气动活塞杆29向上提，活动阀针9在弹簧30的作用下向上运动，黄金密封垫24不再紧压在排气口6上，气体可从排气口6中排出。
所述的高压容器1底面上接有油压机活塞杆32，在高压容器1与油压机活塞杆31之间设有石棉隔热垫32。支撑架2固定好整个装置，油压机的油压机活塞杆32向上运动，黄金套3的裙边17受到高压容器1和支撑柱2的上下挤压，形成密封效果。实验时，由于高压容器1的温度很高，石棉隔热垫32可起到隔热的作用。
所述的排气管道7上接有真空阀33，真空阀33接有抽真空机，可将天然气反应室4中的气体抽真空。
所述的支撑柱2的外表面设有镀金层，镀金层隋性好，在高温下也不会与原油或天然气发生化学反应，不会影响实验结果。
本发明的工作原理及实验步骤如下：
1.装载样品：
(1)解除油压机压力，使油压机活塞杆32向下移动，取出使用过的黄金套3、支撑柱2。
(2)清洗支撑柱2，更换新黄金套3，在黄金套3中注入待反应的原油样品(准确称重)。
(3)将清洗过的支撑柱2和装有原油样品的在黄金套3按图示复位。
(4)使油压机活塞杆32向上移动，由于支撑架19被固定，黄金套3的裙边17受到高压容器1和支撑柱2的上下挤压，形成密封效果，在黄金套3内部与支撑柱2外部形成一个封闭的天然气反应室4，待反应的原油样品即位于该空间内。
(5)通过气动活塞杆29施加压力使活动阀针9向下移动，压紧黄金密封垫24，使排气口6封闭。
2.开始实验：
(1)关闭排水阀28，打开高压水阀27，使高压水进入到高压室5内，由于黄金的柔软特性，黄金套3在外部高压水的挤压下产生变形，紧贴支撑柱2，并对原油样品施加压力。对油样施加压力的目的是为了真实的模拟地质条件。应注意使高压水的压力小于油压机活塞杆32的压力，以使黄金套3始终保持良好的密封装态。
(2)启动加热器12，使天然气反应室4温度在10分钟内升到300℃，恒温2小时。
(3)关闭加热器12。关闭高压水阀27，打开排水阀28，使高压水排出。
(4)打开液氮阀35，使液氮从液氮喷嘴13喷出，使天然气反应室4温度迅速冷却至-80℃。
(5)关闭真空阀33，打开天然气收集阀34。撤除气动活塞杆29的气压，活动阀针9上端的压力消除，活动阀针9在弹簧30的作用下向上移动，天然气反应室4内的天然气通过天然气收集阀34进入到天然气收集瓶8内(瓶内事先已抽成真空)
(6)关闭天然气收集阀34，取走天然气收集瓶8，等待进行进一步分析。更换新的收集瓶8(已抽成真空)。
(7)打开真空阀33，排空天然气反应室4中的气体。天然气反应室4内的剩余原油因冷冻作用仍留在原地等待继续反应。
(8)通过气动活塞杆29施加压力使活动阀针9向下移动关闭排气口6，关闭真空阀33、液氮阀35、排水阀28，打开高压水阀27，第一温度段(300℃)实验结束。
(9)重复步骤(2)至(8)，使恒温温度为320℃。依次类推，直至温度达到620℃，
实验结束。
Claims (9)
1.一种间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：
包括高压容器(1)，设在高压容器(1)中的支撑柱(2)，设在高压容器(1)和支撑柱(2)之间的黄金套(3)；
所述的支撑柱(2)的外表面和黄金套(3)的内面形成密封的天然气反应室(4)，所述的高压容器(1)的内表面和黄金套(3)的外面形成密封的高压室(5)；
所述的支撑柱(2)上设有连通天然气反应室(4)的排气口(6)，排气口(6)上连通有排气管(7)，排气管道(7)的另一端经天然气收集阀(34)连接有天然气收集瓶(8)；
所述的排气口(6)上设有可控制排气口(6)打开或关闭的活动阀针(9)；
所述的高压容器(1)上设有连通高压室(5)的进液口(10)，进液口(10)上连通有进液管道(11)，进液管道(11)与高压液体连通；
所述的高压容器(1)外设有加热器(12)和液氮喷嘴(13)；
所述的高压容器(1)上设有热电偶(14)，热电偶(14)连接有可控制加热器(12)和液氮喷嘴(13)工作状态的温度控制器(15)。
2.按照权利要求1所述的间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：所述的支撑柱(2)的端部设有与高压容器(1)开口端面相配合的凸台(16)，所述的黄金套(3)设有置于高压容器(1)开口端面和凸台(16)的下面之间的裙边(17)。
3.按照权利要求2所述的间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：还包括定位筒(18)和设置在定位筒(18)上的支撑架(19)，所述的高压容器(1)和支撑柱(2)的上部可轴向活动地设于定位筒(18)中，定位筒(18)的上端设有限位台(20)。
4.按照权利要求3所述的间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：所述的定位筒(18)内上部设有压在支撑柱(2)的排气口(6)上的活动压环(21)，活动压环(21)和支撑柱(2)之间设有黄金密封圈(25)，活动压环(21)在排气口(6)上方设有与排气管道(7)连通的中空部(22)，活动压环(21)上设有活动阀针孔(23)，所述的活动阀针(9)活动设在活动阀针孔(23)中，活动阀针(9)穿过中空部(22)的一端压在排气口(6)上，所述的活动阀针(9)和排气口(6)之间设有黄金密封垫(24)。
5.按照权利要求4所述的间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：所述的活动阀针(9)与活动阀针孔(23)之间设有石墨密封圈(26)。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：所述的进液管道(11)上设有高压阀(27)，在进液口(10)和高压阀(27)之间的进液管道(11)上设 有排水阀(28)。
7.按照权利要求3所述的间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：所述的活动阀针(9)的上端接有气动活塞杆(29)，活动阀针(9)上设有作用在支撑架(19)上使活动阀针(9)离开排气口(6)的弹簧(30)。
8.按照权利要求3所述的间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：所述的高压容器(1)底面上接有油压机活塞杆(32)，在高压容器(1)与油压机活塞杆(31)之间设有石棉隔热垫(32)。
9.按照权利要求1至5中任一项所述的间歇开放式原油裂解装置，其特征在于：所述的支撑柱(2)的外表面设有镀金层。
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