CN106996966A - 一种在线快速分析原油组分的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线快速分析原油组分的装置，包括样品加热模块、挥发分收集模块、气路切换模块和气相色谱分析模块，所述样品加热模块用于对原油样品进行加热以产生挥发分，所述挥发分收集模块用于捕获和释放挥发分，所述气相色谱分析模块用于对挥发分进行气相色谱分析，所述气路切换模块用于连通载气源、样品加热模块、挥发分收集模块、气相色谱分析模块和排气口。本发明还公开了一种采用上述装置进行原油组分分析的方法。本发明的装置和方法能够对原油样品进行快速前处理，采用液氮冷阱捕获挥发份，实现了原油样品低碳数组分和高碳数组分的全分析，一次处理及分析，便能得到尽可能多的地球化学信息，有效解决了传统方法中轻组分丢失的问题。

Description

一种在线快速分析原油组分的装置和方法

技术领域

本发明涉及石油样品分析技术领域，尤其涉及一种在线快速分析原油组分的装置及方法。

背景技术

原油是一种极端复杂的混合物，就其化学元素而言，主要是碳元素和氢元素组成的多种碳氢化合物，统称“烃类”，还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。对其化学组成进行剖析，可以获得丰富的地球化学信息，若能快速准确获得原油样品中的地球化学信息并加以整合利用，则能较详细的表征原油从生成、运移和储藏整个过程，还能对油气性质(类型与成熟度)、判识沉积环境和地层划分等进行分析。因此高效可靠的原油样品分析方法，是获得精确地球化学参数的关键技术。

原油样品有机物分析需要经历一个复杂的过程，当前主要采用柱层析法进行族组分分离，将沥青质、饱和烃、芳烃和胶质分离开，再利用色谱对各组分进行成分分析，但该方法繁琐，耗时长，实验操作技能要求较高，需要较多的有机溶剂，过程中轻烃组分易损失，且不能实现在线分析。Bastow等提出了使用微量试剂滴管分离的方法对原油进行族组分分离，同时也指出该方法所得轻组分数据不可信；梁前勇等使用改良的柱层析法也无法避免金刚烷化合物的损失(损失最高可达37％)。

显然，原油样品预处理是复杂多变的，需要兼顾轻烃(碳数在15以下)和相对碳数更高的化合物，前处理过程的效果将严重影响分析测试的结果。因此前处理过程是决定原油地球化学数据的关键，亟待开发一种能快速且准确获取原油样品组成信息的装置及方法。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的之一在于提供一种在线快速分析原油组分的装置，通过一次处理及分析，便能得到尽可能多的地球化学信息，有效解决了传统方法中轻烃组分丢失的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种在线快速分析原油组分的装置，包括样品加热模块、挥发分收集模块、气路切换模块和气相色谱分析模块，其中：

所述样品加热模块用于对原油样品进行加热以产生挥发分，并通过载气将挥发分输送至挥发分收集模块，其包括样品仓和第一加热套，所述第一加热套包围样品仓，样品仓进气口通过气阀和载气源连通，样品仓出气口和气路切换模块连通；

所述挥发分收集模块用于捕获和释放挥发分，其包括液氮冷阱、液氮加注装置和第二加热套，所述第二加热套包围液氮冷阱，所述液氮冷阱的进、出气口均与气路切换模块连通；

所述气相色谱分析模块用于对挥发分进行气相色谱分析，气相色谱分析模块进样口和气路切换模块连通；

所述气路切换模块用于连通载气源、样品加热模块、挥发分收集模块、气相色谱分析模块和排气口，其包括连通载气源和气相色谱分析模块进样口的第一控制阀门、连通载气源和液氮冷阱进气口的第二控制阀门、连通样品仓出气口和液氮冷阱进气口的第三控制阀门、连通样品仓出气口和排气口的第四控制阀门、连通液氮冷阱出气口和排气口的第五控制阀门、以及连通液氮冷阱出气口和气相色谱分析仪进样口的第六控制阀门，通过控制各控制阀门的开闭以控制载气源、样品加热模块、挥发分收集模块、气相色谱分析模块和排气口之间的导通和隔断。

进一步地，所述第一加热套、第二加热套、液氮加注装置、第一控制阀门、第二控制阀门、第三控制阀门、第四控制阀门、第五控制阀门、第六控制阀门均与自动控制系统电连接。

进一步地，所述载气、样品加热模块、挥发分收集模块、气路切换模块和气相色谱分析模块之间连通用的管道均采用不锈钢管道，所述载气为氮气。

进一步地，所述气阀和样品仓进气口之间还设有压力表和减压阀。

本发明的另一目的在于提供一种在线快速分析原油组分的方法，通过一次处理及分析，便能得到尽可能多的地球化学信息，有效解决了传统方法中轻烃组分丢失的问题，该实方法包括以下步骤：

步骤1：打开样品仓进气口的气阀，打开气路切换模块的第三控制阀门和第五控制阀门，打开第一加热套和第二加热套分别对样品仓和液氮冷阱进行加热释气，加热温度为310℃，使装置中残留的挥发分从排气口排出，待装置净化完毕后，关闭第三控制阀门、第五控制阀门、第一加热套和第二加热套；

步骤2：将一定量原油样品加入到玻璃棉上，放入样品仓中，并用玻璃棉覆盖住原油样品，最后封闭样品仓，完成样品放置，通过液氮加注装置向液氮冷阱中注入一定量的液氮；

步骤3：打开气路切换模块的第一控制阀门、第三控制阀门和第五控制阀门，打开第一加热套对样品仓进行加热，加热温度310℃，产生的挥发分在载气的带动下通过第三控制阀门进入到液氮冷阱中被捕获，载气则通过第五控制阀门从排气口排出，当挥发分捕获完毕后，关闭第三控制阀门、第五控制阀门和第一加热套；

步骤4：打开第二加热套对液氮冷阱进行加热以释放被捕获的挥发分，加热温度310℃，被释放的挥发分密封在液氮冷阱中；

步骤5：保持第二加热套的加热温度310℃，关闭气路切换模块的第一控制阀门，打开第二控制阀门和第六控制阀门，液氮冷阱的挥发分在载气的带动下进入到气相色谱分析模块进行气相色谱分析。

进一步地，所述的步骤5中还包括：打开气路切换模块的第四控制阀门，取出样品仓中的玻璃棉和原油样品，打开第一加热套，在进样分析的同时，对样品仓进行加热释气处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能有效地对原油样品进行快速前处理，收集挥发份，在进行前处理时不会影响气相色谱分析模块的正常工作。采用液氮冷阱捕获挥发份，实现了原油样品低碳数组分和高碳数组分的全分析，一次处理及分析，便能得到尽可能多的地球化学信息，有效解决了传统方法中轻组分丢失的问题。前处理过程自动化控制，操作方便，且能在原有的检测设备上进行升级改造，改造成本低。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是采用现有技术的柱层析前处理方法得到的色谱图；

图3是采用本发明的前处理方法得到的色谱图；

附图标记说明：

10-气路切换模块；1-第一控制阀门；2-第二控制阀门；3-第三控制阀门；4-第四控制阀门；5-第五控制阀门；6-第六控制阀门；7-排气口；

20-样品加热模块；21-样品仓；22-玻璃棉；23-原油样品；24-第一加热套；25-隔垫；26-气阀；27-压力表；28-减压阀；

30-挥发分收集模块；31-液氮冷阱；32-第二加热套；

40-气相色谱分析模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

如图1所示，一种在线快速分析原油组分的装置，包括气路切换模块10，样品加热模块20、挥发分收集模块30、气相色谱分析模块40和程序控制系统。

其中，样品加热模块20包括样品仓21、位于样品仓21顶部的隔垫25和包围样品仓21的第一加热套24。样品仓21的底部的进气口通过不锈钢管道和载气源连通，在该不锈钢管道上设有气阀26、压力表27和减压阀28，用于在整个试验过程中，向样品仓21注入载气，在本实施例中，采用氮气作为载气。隔垫25用于开闭样品仓21，其上设有样品仓出气口，通过不锈钢管道分别与气路切换模块10中的第三控制阀门3和第四控制阀门4连接。样品仓21内部用于放置原油样品23，在本实施例中，原油样品23滴放在上下两层玻璃棉22之间。第一加热套24和自动控制系统连接，采用程序控制，能准确的控制样品仓21内的温度。样品加热模块10用于对原油样品23进行加热，使油气地球化学所需的常规饱和烃、芳香烃等化合物挥发并在氮气的携带下通过第三控制阀门3转移至挥发分收集模块30，还可以通过第四控制阀门4将多余的挥发分从排气口7中排出。

其中，挥发分收集模块30包括液氮冷阱31、液氮加注装置(图中未示出)和第二加热套32，液氮加注装置连接自动控制系统，采用程序控制，能够准确控制液氮冷阱31中的液氮量，第二加热套32包围液氮冷阱31，第二加热套32也与自动控制系统连接，采用程序控制，能够准确的控制液氮冷阱31内的温度。液氮冷阱31进气口通过不锈钢管道分别与气路切换模块10中的第三控制阀门3和第二控制阀门2连接，液氮冷阱31出气口通过不锈钢管道分别与气路切换模块10中的第五控制阀门5和第六控制阀门6连接。挥发分收集模块30进气口通过第二控制阀门2和载气源连通，用于引入载气，通过第三控制阀门3和样品仓21连通，用于捕获样品仓21产生的挥发分。挥发分收集模块30出气口通过第五控制阀门5和排气口连通，用于排出装置多余的挥发分，通过第六控制阀门6和气相色谱分析模块40连通，用于将挥发分送入气相色谱分析模块40作气相色谱分析。液氮冷阱31具有双重用途，通过液氮加注装置充入液氮时可以捕获载气携带的挥发分，通过第二加热套32加热时可以释放其捕获的挥发分，并在载气的携带下转移至气相色谱分析模块40。

其中，气相色谱分析模块40用于对挥发分进行气相色谱分析，可以用于常规的气相色谱，也可以用于全二维气相色谱。该装置可以快速对原有气相色谱进行升级，无需对色谱进行调整。气相色谱分析模块40进样口通过不锈钢管道分别与气路切换模块10的第一控制阀门1和第六控制阀门6连接。气相色谱分析模块40通过第一控制阀门1和载气源连通，用于引入载气；通过第六控制阀门6和液氮冷阱31连通，用于引入待分析的挥发分。

其中，气路切换模块10是本发明的关键设计，用于连通载气源、样品加热模块20、挥发分收集模块30、气相色谱分析模块40和排气口7。具体为：连通载气源和气相色谱分析模块40进样口的第一控制阀门1、连通载气源和液氮冷阱31进气口的第二控制阀门2、连通样品仓21出气口和液氮冷阱31进气口的第三控制阀门3、连通样品仓21出气口和排气口7的第四控制阀门4、连通液氮冷阱31出气口和排气口7的第五控制阀门5、以及连通液氮冷阱31出气口和气相色谱分析模块40进样口的第六控制阀门6。第一控制阀门1、第二控制阀门2、第三控制阀门3、第四控制阀门4、第五控制阀门5、第六控制阀门6均与自动控制系统连接，通过程序控制各控制阀门的开闭以实现载气源、样品加热模块20、挥发分收集模块30、气相色谱分析模块40和排气口7之间的导通和隔断。

本发明实施例的一种在线快速分析原油组分的方法，包括以下步骤：

步骤1：打开样品仓进气口的气阀，打开气路切换模块的第三控制阀门和第五控制阀门，打开第一加热套和第二加热套分别对样品仓和液氮冷阱进行加热释气，加热温度为310℃，使装置中残留的挥发分从排气口排出，待装置净化完毕后，关闭第三控制阀门、第五控制阀门、第一加热套和第二加热套；

步骤2：将0.5mg原油样品加入到玻璃棉上，放入样品仓中，并用玻璃棉覆盖住原油样品，最后封闭样品仓，完成样品放置，通过液氮加注装置向液氮冷阱中注入一定量的液氮；

步骤3：打开气路切换模块的第一控制阀门、第三控制阀门和第五控制阀门，打开第一加热套对样品仓进行加热，加热温度310℃，加热时间6min，产生的挥发分在载气的带动下通过第三控制阀门进入到液氮冷阱中被捕获，载气则通过第五控制阀门从排气口排出，当挥发分捕获完毕后，关闭第三控制阀门、第五控制阀门和第一加热套；

步骤4：打开第二加热套对液氮冷阱进行加热以释放被捕获的挥发分，加热温度310℃，加热时间3min，被释放的挥发分密封在液氮冷阱中；

步骤5：保持第二加热套的加热温度310℃，关闭气路切换模块的第一控制阀门，打开第二控制阀门和第六控制阀门，液氮冷阱的挥发分在载气的带动下进入到气相色谱分析模块进行气相色谱分析。

其中，所述的步骤5中还包括：打开气路切换模块的第四控制阀门，取出样品仓中的玻璃棉和原油样品，打开第一加热套，在进样分析的同时，对样品仓进行加热释气处理。

在本实施例中，连通载气源和样品仓进气口的气阀，在整个过程都保持打开状态，也可以根据实际需要在步骤2、步骤4和步骤5中关闭。连通载气源和气相色谱分析模块的第一控制阀门，在步骤3中就已经打开，其主要目的是预先对气相色谱分析模块充入载气，其也可以在进行到步骤4时才打开，这样能有效减少载气的浪费。

本发明所提供的在线快速分析原油组分的装置和方法，能有效的对原油样品进行快速前处理，收集挥发份，在进行前处理时不会影响气相色谱分析模块的正常工作。采用液氮冷阱捕获挥发份，实现了原油样品低碳数组分和高碳数组分的全分析，一次处理及分析，便能得到尽可能多的地球化学信息，有效解决了传统方法中轻组分丢失的问题。前处理过程自动化控制，操作方便，且能在原有的检测设备上进行升级改造，改造成本低。

图2是采用现有技术的柱层析前处理方法得到的色谱图，图3是采用本发明的前处理方法得到的色谱图。可以看出，采用本发明的前处理方法，测得的样品色谱图，其正构烷烃的分布与柱层析处理后的结果一致，且本发明前处理后的样品能有效的保留样品轻烃的信息。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种在线快速分析原油组分的装置，其特征在于，包括样品加热模块、挥发分收集模块、气路切换模块和气相色谱分析模块，其中：

所述样品加热模块用于对原油样品进行加热以产生挥发分，并通过载气将挥发分输送至挥发分收集模块，其包括样品仓和第一加热套，所述第一加热套包围样品仓，样品仓进气口通过气阀和载气源连通，样品仓出气口和气路切换模块连通；

所述挥发分收集模块用于捕获和释放挥发分，其包括液氮冷阱、液氮加注装置和第二加热套，所述第二加热套包围液氮冷阱，所述液氮冷阱的进、出气口均与气路切换模块连通；

所述气相色谱分析模块用于对挥发分进行气相色谱分析，所述气相色谱分析模块进样口和气路切换模块连通；

所述气路切换模块用于连通载气源、样品加热模块、挥发分收集模块、气相色谱分析模块和排气口，其包括连通载气源和气相色谱分析模块进样口的第一控制阀门、连通载气源和液氮冷阱进气口的第二控制阀门、连通样品仓出气口和液氮冷阱进气口的第三控制阀门、连通样品仓出气口和排气口的第四控制阀门、连通液氮冷阱出气口和排气口的第五控制阀门、以及连通液氮冷阱出气口和气相色谱分析仪进样口的第六控制阀门，通过控制各控制阀门的开闭以控制载气源、样品加热模块、挥发分收集模块、气相色谱分析模块和排气口之间的导通和隔断。

2.根据权利要求1所述的在线快速分析原油组分的装置，其特征在于，所述第一加热套、第二加热套、液氮加注装置、第一控制阀门、第二控制阀门、第三控制阀门、第四控制阀门、第五控制阀门、第六控制阀门均与自动控制系统电连接。

3.根据权利要求2所述的在线快速分析原油组分的装置，其特征在于，所述载气、样品加热模块、挥发分收集模块、气路切换模块和气相色谱分析模块之间连通用的管道均采用不锈钢管道，所述载气为氮气。

4.根据权利要求3所述的在线快速分析原油组分的装置，其特征在于，所述气阀和样品仓进气口之间还设有压力表和减压阀。

5.一种在线快速分析原油组分的方法，采用权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：打开样品仓进气口的气阀，打开气路切换模块的第三控制阀门和第五控制阀门，打开第一加热套和第二加热套分别对样品仓和液氮冷阱进行加热释气，加热温度为310℃，使装置中残留的挥发分从排气口排出，待装置净化完毕后，关闭第三控制阀门、第五控制阀门、第一加热套和第二加热套；

步骤2：将一定量原油样品加入到玻璃棉上，放入样品仓中，并用玻璃棉覆盖住原油样品，最后封闭样品仓，完成样品放置，通过液氮加注装置向液氮冷阱中注入一定量的液氮；

步骤3：打开气路切换模块的第一控制阀门、第三控制阀门和第五控制阀门，打开第一加热套对样品仓进行加热，加热温度310℃，产生的挥发分在载气的带动下通过第三控制阀门进入到液氮冷阱中被捕获，载气则通过第五控制阀门从排气口排出，当挥发分捕获完毕后，关闭第三控制阀门、第五控制阀门和第一加热套；

步骤4：打开第二加热套对液氮冷阱进行加热以释放被捕获的挥发分，加热温度310℃，被释放的挥发分密封在液氮冷阱中；

步骤5：保持第二加热套的加热温度310℃，关闭气路切换模块的第一控制阀门，打开第二控制阀门和第六控制阀门，液氮冷阱的挥发分在载气的带动下进入到气相色谱分析模块进行气相色谱分析。

6.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于，所述的步骤5中还包括：打开气路切换模块的第四控制阀门，取出样品仓中的玻璃棉和原油样品，打开第一加热套，在进样分析的同时，对样品仓进行加热释气处理。