CN102749403B - 在线色谱分析系统专用采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在线色谱分析系统专用采样装置，主要解决现有在线色谱分析中样品采集及传输中高压渗漏、冷凝堵塞和裂解等导致分析结果准确性、稳定性和重复性变差的问题。本发明通过采用能够独立控温和调温的连接管线54、55、56和57，分别将反应器1、2、3和4的样品，通入六通阀21、22、23和24，分别由定量环25、26、27和28进行样品采集，并先后经载气29、30、31和32携带进入气相色谱仪的分流进样口36，样品出口分别由两通阀37、38、39和40传输至样品罐41、42、43和44的技术方案，较好地解决了该问题，可用于在线色谱分析时的样品采集。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线色谱分析系统专用采样装置。
背景技术
很多复杂反应体系，难以实现在线色谱分析，目前的分析方法主要是离线分析，即产物经过冷凝后分为气、液两相，分别在线收集(液相产物称重、气体产物测量体积)，然后分别离线分析其组成来实现的。在样品收集、存储和离线分析的过程中产物极易跑损，甚至变质，气液两相会相互夹带，导致数据可靠性差且难以进行物料恒算，同时分析的时间和周期长，且操作烦琐。在线色谱因其测量范围宽、分析准确等特点而成为日常生产和实验室研究必不可少的重要分析工具，近年来在我国石油化工行业得到迅速普及。在优化生产过程参数、控制产品质量指标、实现安全检测等方面都具有重要作用，在催化剂快速评价和筛选以及催化反应过程研究和反应机理研究中更是具有其它分析方法所无法取代的作用。但目前国内在线色谱分析研究，尤其是对于高温、高压/负压、含水混合物、特殊样品以及宽沸程复杂样品等的在线色谱分析，在取样和样品预处理方面，还存在许多急需解决的问题。
一般在线分析系统所采取的取样方式，都是借用了离线分析中气体产物分析中常用的定量管/阀切换取样方式。即使是能够耐高温350℃的定量管/阀切换取样系统，长期在高达300℃的温度和较高的压力下工作，也会经常出现高压渗漏和冷凝堵塞的问题，尤其是在装置开、停工时。同时耐高温减压阀的保温也十分重要，因为减压是吸热过程，重组分极易在减压阀内冷凝。另外，对操作过程中阀切换的时间控制、反吹清洗和维护也要特别注意，因为一旦有组分凝结在阀孔/芯上，这些凝结下来的产物会聚结在阀连接处，并在高温烘烤下炭化并不断长大，最后直至整个阀芯被完全堵塞。而阀一旦堵塞，由于阀孔孔径较小，想要把这些已经炭化的组分清洗干净是十分困难的，很多时候就只能将整个阀换掉了。因此，定量管/阀切换取样系统的维护就显得非常重要了。为保证取样系统的清洁，常常采取进样后载气、甚至溶剂吹扫的方法。这些方法和措施在一定程度上扩宽了定量管/阀切换取样系统的应用范围，但并没有从实质上得到改进，而且使其操作和维护变得更加复杂，几乎需要专业的操作和维护人员，否则难以正常运行。
CN1536359A公开了一种能在线分析高温高压气液混合样品源的气相色谱进样方法和装置，样品高压样品源经过耐高压管进入十通阀的样品定量管中，充满后通过阻尼管直接放空或再经过高压背压稳压阀放空，使定量管的压力与样品源的压力保持一致，并可用于高温高压样品的在线分析。
CN2844916Y公开了一种在高温高压下可以进行在线分析的气相色谱仪，该装置由进气装置、反应气体流量控制装置和气相色谱仪构成，其中气体进样装置和流量控制装置是通过5个六通阀进行连接的。该装置可以对由反应器装置产生出的温度不大于300℃压力不高于400Psi的气体进行在线分析。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有在线色谱分析系统用于复杂反应体系时，尤其是在高温高压、特殊样品以及宽沸程复杂样品等的在线色谱分析时，样品采集及传输过程中高压渗漏、冷凝堵塞和裂解等导致的样品组分变化，从而导致分析结果的准确性和稳定性重复性差的问题，提供了一种新的在线色谱分析系统专用采样装置。该装置具有可对温度不大于350℃压力不高于600Psi的高温高压样品进行在线采集，并可通过四个六通阀的切换对1至4台反应器评价装置进行在线取样分析，和分析数据即时、准确的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种在线色谱分析系统专用采样装置，包括连接管线(54)、(55)、(56)和(57)、二通阀(5)、(6)、(7)、(8)、(37)、(38)、(39)、(40)、(25)、(45)、(46)、(47)和(48)、三通阀(9)、(10)、(11)、(12)、(33)、(34)和(35)、过滤器(13)、(14)、(15)和(16)、减压阀(17)、(18)、(19)和(20)、六通阀(21)、(22)、(23)和(24)、定量管(25)、(26)、(27)和(28)、载气入口(29)、(30)、(31)和(32)、分流/不分流进样口(36)、样品罐(41)、(42)、(43)和(44)、背压阀(49)、(50)、(51)和(52)、恒温阀箱(53)；其中，反应器(1)由连接管线(54)、两通阀(5)与恒温箱(53)相连，然后分别经过三通阀(9)、过滤器(13)和减压阀(17)连接到六通阀(21)，由定量环(25)采集样品，并经载气(29)传输至色谱仪进样口(36)，样品罐(41)通过两通阀(37)与与六通阀(21)相连，背压阀(49)通过两通阀(45)与三通阀(9)相连；反应器(2)由连接管线(55)、两通阀(6)与恒温箱(53)相连，然后分别经过三通阀(10)、过滤器(14)和减压阀(18)连接到六通阀(22)，由定量环(26)采集样品，并经载气(30)传输至色谱仪进样口(36)，样品罐(42)通过两通阀(38)与六通阀(22)相连，背压阀(50)通过两通阀(46)与三通阀(10)相连；反应器(3)由连接管线(56)、两通阀(7)与恒温箱(53)相连，然后分别经过三通阀(11)、过滤器(15)和减压阀(19)连接到六通阀(23)，由定量环(27)采集样品，并经载气(31)传输至色谱仪进样口(36)，样品罐(43)通过两通阀(39)与六通阀(23)相连，背压阀(51)通过两通阀(47)与三通阀(11)相连；反应器(4)由连接管线(57)、两通阀(8)与恒温箱(53)相连，然后分别经过三通阀(12)、过滤器(16)和减压阀(20)连接到六通阀(24)，由定量环(28)采集样品，并经载气(32)传输至色谱仪进样口(36)，样品罐(44)通过两通阀(40)与六通阀(24)相连，背压阀(52)通过两通阀(48)与三通阀(12)相连；四个六通阀(21)、(22)、(23)和(24)通过三通阀(33)、(34)和(35)连接到同色谱仪的一个进样口(36)。
上述技术方案中，所述的采样装置可以对4台反应器1、2、3和4分别进行采样分析，连接管线54、55、56和57具有独立调温和控温功能，温度范围为常温～480℃；恒温阀箱53，最高温度可以长期稳定控制在450℃；二通阀5、6、7、8、37、38、39、40、45、46、47和48是可以耐350高温的零死体积二通阀；三通阀9、10、11、12、33、34和36是可以耐350高温的零死体积三通阀；六通阀21、22、23和24是可以耐350高温的零死体积六通阀；过滤器13、14、15和16是可以耐350高温、过滤微小固体颗粒的过滤器；减压阀17、18、19和20是可以耐450高温的减压阀；四个六通阀(21)、(22)、(23)和(24)，是通过三个三通阀(33)、(34)和(35)并联连接的。
使用本发明提供的分析系统对反应器1的样品进行采集分析时，六通阀21处于样品分析状态(On)，而其它三个六通阀22、23和24均处于采样状态(Off)；对反应器2的样品进行采集分析时，六通阀22处于样品分析状态(On)，而其它三个六通阀21、23和24均处于采样状态(Off)；对反应器3的样品进行采集分析时，六通阀23处于样品分析状态(On)，而其它三个六通阀21、22和24均处于采样状态(Off)；对反应器4的样品进行采集分析时，六通阀24处于样品分析状态(On)，而其它三个六通阀21、22和23均处于采样状态(Off)。
附图说明
图1为本发明在线色谱分析专用采样装置的流程示意图。
图1中1、2、3、4为反应器，5、6、7、8、37、38、39、40、45、46、47和48为零死体积两通阀，9、10、11、12、33、34和35为零死体积三通阀，13、14、15和16为耐高温过滤器，17、18、19和20为耐高温减压阀，21、22、23和24为耐高温六通阀，25、26、27和28为定量环，29、30、31和32为载气入口，41、42、42和44为样品罐、49、50、51和52为带冷井的背压阀，36为气相色谱仪分流/不分流进样口。
图片中反应器1出来的反应产物，经过能够独立控温和调温的连接管线54和安装固定在恒温箱53侧壁上的二通阀5传输进入恒温箱53，然后经三通阀9分成两路，一路经二通阀45进入带冷井的背压系统49；另外一路依次经过过滤器13过滤掉微小颗粒物、减压阀17将压力减至2公斤左右后进入六通阀21经定量环25进行样品采集，样品出口经固定在恒温箱53侧壁上的二通阀37连接到样品罐41，采集到的样品由载气29携带进入气相色谱仪的分流进样口36进行色谱分析；
反应器2出来的反应产物，经过能够独立控温和调温的连接管线55和安装固定在恒温箱53侧壁上的二通阀6传输进入恒温箱53，然后经三通阀10分成两路，一路经二通阀46进入带冷井的背压系统50；另外一路依次经过过滤器14过滤掉微小颗粒物、减压阀18将压力减至2公斤左右后进入六通阀22经定量环26进行样品采集，样品出口经固定在恒温箱53侧壁上的二通阀38连接到样品罐42，采集到的样品由载气30携带进入气相色谱仪的分流进样口36进行色谱分析；
反应器3出来的反应产物，经过能够独立控温和调温的连接管线56和安装固定在恒温箱53侧壁上的二通阀7传输进入恒温箱53，然后经三通阀11分成两路，一路经二通阀47进入带冷井的背压系统51；另外一路依次经过过滤器15过滤掉微小颗粒物、减压阀19将压力减至2公斤左右后进入六通阀23经定量环27进行样品采集，样品出口经固定在恒温箱53侧壁上的二通阀39连接到样品罐43，采集到的样品由载气31携带进入气相色谱仪的分流进样口36进行色谱分析；
反应器4出来的反应产物，经过能够独立控温和调温的连接管线57和安装固定在恒温箱53侧壁上的二通阀8传输进入恒温箱53，然后经三通阀12分成两路，一路经二通阀48进入带冷井的背压系统52；另外一路依次经过过滤器16过滤掉微小颗粒物、减压阀20将压力减至2公斤左右后进入六通阀24经定量环28进行样品采集，样品出口经固定在恒温箱53侧壁上的二通阀40连接到样品罐44，采集到的样品由载气32携带进入气相色谱仪的分流进样口36进行色谱分析；
其中四个六通阀21、22、23和24是通过三个三通阀33、34和35并联连接起来的。当对反应器1的样品进行采集分析时，六通阀21处于样品分析状态(On)，而其它三个六通阀22、23和24均处于采样状态(Off)；对反应器2的样品进行采集分析时，六通阀22处于样品分析状态(On)，而其它三个六通阀21、23和24均处于采样状态(Off)；对反应器3的样品进行采集分析时，六通阀23处于样品分析状态(On)，而其它三个六通阀21、22和24均处于采样状态(Off)；对反应器4的样品进行采集分析时，六通阀24处于样品分析状态(On)，而其它三个六通阀21、22和23均处于采样状态(Off)。通过对四个六通阀21、22、23和24设定不同的切换程序，依次对四个反应器评价装置进行样品采集和分析，阀切换运行直接由色谱工作站控制。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
采用图1所示的在线色谱分析专用采样装置，在反应器内以石英砂代替催化剂填装的条件下，对自行配制的混合标样连续分析6次，典型阀切换条件见表1。其中，标样组成和平行6次分析结果见表2。分析结果表明，该在线色谱分析专用采样装置，进行在线色谱分析时，分析结果与样品实际组成相吻合，相对标准偏差不超过0.5％，完全可以满足常规在线色谱分析
表1阀切换条件
表2标样分析结果
【实施例2】
采用图1所示的在线色谱分析专用采样装置，在反应器1内填装催化剂且催化剂运行稳定(转化率基本保持不变的运行阶段)的条件下，对实际反应混合样进行连续5次平行分析，并将在线分析结果与离线分析结果进行比较，见表3。
表3标样分析结果
Claims (1)
1.一种在线色谱分析系统专用采样装置，包括连接管线、二通阀、三通阀、过滤器、减压阀、六通阀、定量管、载气入口、分流/不分流进样口(36)、样品罐、背压阀、恒温阀箱(53)；其中，第一反应器(1)由连接管线(54)、两通阀(5)与恒温箱(53)相连，然后分别经过第一三通阀(9)、第一过滤器(13)和第一减压阀(17)连接到第一六通阀(21)，由第一定量环(25)采集样品，并经载气(29)传输至色谱仪进样口(36)，第一样品罐(41)通过两通阀(37)与第一六通阀(21)相连，第一背压阀(49)通过两通阀(45)与第一三通阀(9)相连；第二反应器(2)由连接管线(55)、两通阀(6)与恒温箱(53)相连，然后分别经过第二三通阀(10)、第二过滤器(14)和第二减压阀(18)连接到第二六通阀(22)，由第二定量环(26)采集样品，并经载气(30)传输至色谱仪进样口(36)，第二样品罐(42)通过两通阀(38)与第二六通阀(22)相连，第二背压阀(50)通过两通阀(46)与第二三通阀(10)相连；第三反应器(3)由连接管线(56)、两通阀(7)与恒温箱(53)相连，然后分别经过第三三通阀(11)、第三过滤器(15)和第三减压阀(19)连接到第三六通阀(23)，由第三定量环(27)采集样品，并经载气(31)传输至色谱仪进样口(36)，第三样品罐(43)通过两通阀(39)与第三六通阀(23)相连，第三背压阀(51)通过两通阀(47)与第三三通阀(11)相连；第四反应器(4)由连接管线(57)、两通阀(8)与恒温箱(53)相连，然后分别经过第四三通阀(12)、第四过滤器(16)和第四减压阀(20)连接到第四六通阀(24)，由第四定量环(28)采集样品，并经载气(32)传输至色谱仪进样口(36)，第四样品罐(44)通过两通阀(40)与第四六通阀(24)相连，第四背压阀(52)通过两通阀(48)与第四三通阀(12)相连；四个六通阀(21、22、23、24)通过三通阀(33、34、35)连接到同色谱仪的一个进样口(36)；
所述的二通阀，三通阀，和六通阀，分别是耐350℃高温的零死体积二通阀、三通阀和六通阀；
所述的过滤器是耐350℃高温、过滤微小固体颗粒的过滤器；减压阀是耐350℃高温的减压阀；背压阀是带冷井的可背压常压～30公斤的背压阀；
所述的四个六通阀是通过三个三通阀并联连接的；
其中，过滤器、减压阀以及六通阀全部安装在恒温箱(53)内，恒温箱(53)直接安装在气相色谱仪的分流/不分流进样口(36)的上方；
在反应器1内填装催化剂且催化剂运行稳定，转化率基本保持不变的运行阶段的条件下，对实际反应混合样进行连续5次平行分析，对第一反应器(1)的样品进行采集分析时，第一六通阀(21)处于样品分析状态On，而其它三个六通阀(22、23、24)均处于采样状态Off；在线分析结果与离线分析结果如表所示
表
。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |