CN111855922A - 一种在线进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线进样装置，属于气体检测技术领域，包括：密闭壳体，具有内腔和均连通内腔的保护气输送结构和排气管，排气管上设有流量调节阀；预处理系统，设于密闭壳体内，包括依次连接的缓冲结构、减压器、第一三通阀、过滤器、除水结构，第一三通阀具有A1端口、A2端口和A3端口，A1端口连接于减压器，A2端口连接于过滤器；采样系统，包括六通阀和载气输送结构，六通阀位于密闭壳体内，六通阀的其中两个端口之间连接有定量环，除水结构连通于六通阀的一个端口；载气输送结构连通于六通阀的另一端口；管路吹扫系统，包括吹扫结构，吹扫结构能够连接于缓冲结构或A3端口。适用于多种进样气体的预处理和采集，提高检测结果准确性。

Description

一种在线进样装置

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种在线进样装置。

背景技术

对于反应过程中产生的气体进行在线检测，既可以得到生成产物的组成及含量变化趋势，实现反应机理分析及反应参数优化，又可以对反应中产生的有害物质进行检测，控制污染物的排放。

然而目前的气相检测仪器在进行在线检测时，对样品的性质有特定的要求，比如进样气体的压力为常压或稍高于常压、不能含有水及粉尘等，但是不同的反应过程差异较大，产生的气相产物组分复杂，当进样气体的压力较大时，容易对气相检测仪造成损伤；当进样气体含有易氧化的组分时，在阀体切换过程中，外界空气可能进入到管路中，使得易氧化的组分发生氧化反应，影响检测结果的准确性。

因此，亟需一种在线进样装置，能够实现对多种反应装置中流出的气体混合物在线进行预处理及采集，使其满足气体检测装置的进样要求，并将样品输送至气体检测装置实现在线检测，提高检测结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在线进样装置，以实现对多种反应装置中流出的气体混合物在线进行预处理及采集，使其满足气体检测装置的进样要求，并将样品输送至气体检测装置实现在线检测，提高检测结果的准确性。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种在线进样装置，包括：

密闭壳体，具有内腔，所述密闭壳体上设置有均连通所述内腔的保护气输送结构和排气管，所述排气管上设置有流量调节阀；

预处理系统，设置于所述密闭壳体内，所述预处理系统包括依次连接的缓冲结构、减压器、第一三通阀、过滤器、除水结构，所述第一三通阀具有A1端口、A2端口和A3端口，所述A1端口连接于所述减压器，所述A2端口连接于所述过滤器；

采样系统，包括六通阀和载气输送结构，所述六通阀位于所述密闭壳体内，所述六通阀的其中两个端口之间连接有定量环，所述除水结构连通于所述六通阀的一个端口，进样气体能够依次通过所述缓冲结构、所述减压器、所述第一三通阀、所述过滤器和所述除水结构进入所述定量环或者依次通过所述第一三通阀、所述过滤器和除水结构进入所述定量环，所述载气输送结构连通于所述六通阀的另一个端口，能够通过载气将所述定量环内的气体样品输送至气体检测机构；

管路吹扫系统，包括吹扫结构，所述吹扫结构能够连接于所述缓冲结构或所述A3端口，所述吹扫结构用于管路的吹扫清理。

进一步地，所述预处理系统还包括第一压力检测器和第二压力检测器，所述第一压力检测器设置于所述缓冲结构，所述第二压力检测器设置于所述减压器和所述A1端口之间的连接管路上。

进一步地，所述预处理系统还包括位于所述密闭壳体内的第二三通阀，所述第二三通阀具有B1端口、B2端口和B3端口，所述B1端口能够连接于所述吹扫结构或反应装置，所述B2端口连接于所述缓冲结构，所述B3端口连接于所述第一三通阀的所述A3端口。

进一步地，所述预处理系统还包括位于所述密闭壳体内的第三三通阀，所述第三三通阀具有C1端口、C2端口和C3端口，所述C1端口连通于所述吹扫结构，所述C2端口连通于所述第二三通阀的B1端口，所述C3端口用于连接反应装置。

进一步地，所述在线进样装置还包括设置于所述密闭壳体上的第三压力检测器，所述第三压力检测器用于检测所述内腔的压力。

进一步地，所述在线进样装置还包括温度检测器和加热结构，所述温度检测器用于检测所述内腔的温度，所述加热结构设置于所述密闭壳体内部或外部且用于给所述内腔加热。

进一步地，所述密闭壳体外部设置有保温层。

进一步地，所述排气管包括相连通的第一排气管和第二排气管，所述第一排气管上设置有所述流量调节阀，所述第二排气管上设置有安全阀。

进一步地，所述在线进样装置还包括用于与反应装置连接的第四三通阀，所述第四三通阀具有D1端口、D2端口和D3端口，所述D1端口连通于所述缓冲结构或所述第一三通阀，所述D2端口用于连接反应装置，所述D3端口连通有第二排空管路。

进一步地，所述在线进样装置还包括第五三通阀，所述第五三通阀具有E1端口、E2端口和E3端口，所述E1端口连通于所述六通阀的其中一个端口，所述E2端口能够连通于所述气体检测机构，所述E3端口连通有第一排空管路。

本发明的有益效果为：

本发明提出的在线进样装置，通过设置密闭壳体、预处理系统、采样系统和管路吹扫系统，一方面能够通过缓冲结构和减压器，实现对压力相对较大的进样气体进行降压，并能够对进样气体进行过滤和除水；另一方面通过保护气输送结构能够向密闭壳体内输送保护气，使得密闭壳体内充满保护气并具有一定的压力，从而有效避免进样气体中小分子组分的微量泄露，并且避免微量空气在阀体切换时进入管路使得进样气体中易氧化的组分被氧化。使得该在线进样装置能够适用于多种进样气体的预处理和采集，提高检测结果的准确性。

附图说明

图1是本发明提供的在线进样装置的结构示意图；

图2是本发明提供的在线进样装置的工作状态示意图一；

图3是本发明提供的在线进样装置的工作状态示意图二。

图中：

101、密闭壳体；102、第二三通阀；103、缓冲结构；104、减压器；105、第一压力检测器；106、第二压力检测器；107、第一三通阀；108、过滤器；109、除水结构；110、六通阀；111、第三压力检测器；112、温度检测器；113、保护气输送结构；114、流量调节阀；115、安全阀；116、载气输送结构；117、第三三通阀；118、输送管路；119、吹扫结构；

201、反应装置；202、第四三通阀；203、第二排空管路；

301、气体检测机构；302、第五三通阀；303、第一排空管路。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1至图3所示，本实施例提供一种在线进样装置，该在线进样装置包括密闭壳体101、预处理系统、采样系统和管路吹扫系统。其中，密闭壳体101具有内腔，密闭壳体101上设置有连通其内腔的保护气输送结构113和排气管，排气管上设置有流量调节阀114，能够通过保护气输送结构113向密闭壳体101内输送保护气，且能够通过调节流量调节阀114来控制保护气的排放量，使得内腔的压力保持在预设压力范围内。进一步地，排气管包括相连通的第一排气管和第二排气管，第一排气管上设置有上述流量调节阀114，第二排气管上设置有安全阀115。通过设置安全阀115，能够提高该在线进样装置的安全性能，避免密闭壳体101内的压力超出安全范围。

预处理系统设置于密闭壳体101内，预处理系统包括依次连接的缓冲结构103、减压器104、第一三通阀107、过滤器108、除水结构109，第一三通阀107具有A1端口、A2端口和A3端口，A1端口连接于减压器104，A2端口连接于过滤器108。采样系统包括六通阀110和载气输送结构116，六通阀110位于密闭壳体101内，六通阀110的其中两个端口之间连接有定量环，除水结构109连通于六通阀110的一个端口；当进样气体的压力大于等于设定压力时，进样气体能够依次通过缓冲结构103、减压器104、第一三通阀107、过滤器108和除水结构109进入定量环，当进样气体的压力小于设定压力时，进样气体依次通过第一三通阀107、过滤器108和除水结构109进入定量环。载气输送结构116连通于六通阀110的另一个端口，能够通过载气输送结构116将定量环内的气体样品输送至气体检测机构301。

管路吹扫系统包括吹扫结构119，吹扫结构119能够连接于缓冲结构103或A3端口，吹扫结构119用于管路的吹扫清理。具体地，吹扫结构119为储存有吹扫气的储气罐，储气罐内的吹扫气可通过压缩机压缩后经过缓冲结构103、减压器104、第一三通阀107、过滤器108、除水结构109、六通阀110和定量环，将残留的进样气体吹出，便于下一次对进样气体的预处理和采集，提高检测准确度。当然，吹扫气还可以不经过缓冲结构103和减压器104，直接由第一三通阀107的A3端口进入。

进一步地，在本实施例中，上述缓冲结构103优选为缓冲罐，以对进样气体进行缓冲。上述减压器104优选为阻尼减压器，以对经过缓冲罐的进样气体进一步减压，从而降低进样气体的压力，使得样品气体小于设定压力而满足气体检测装置的进样要求。上述除水结构109为气液分离装置，例如可以是管式冷凝器(具体结构未在本发明中示出)。上述过滤器108优选为金属过滤器，考虑到进样气体的温度可能较高，需要过滤器108的耐温≥200℃。

进一步地，预处理系统还包括第一压力检测器105和第二压力检测器106，第一压力检测器105设置于缓冲结构103，第二压力检测器106设置于减压器104和A1端口之间的连接管路上。可以理解的是，该采样进样装置具有控制器，第一压力检测器105和第二压力检测器106均连接于控制器，第一压力检测器105用于检测缓冲罐内的进样气体的压力，第二压力检测器106用于检测经过阻尼减压器后的进样气体的压力，通过第一压力检测器105和第二压力检测器106来对进样气体的压力进行检测，以使得通过缓冲罐和减压阻尼器后的进样气体的压力降低至后续的气体检测机构301能够适应的压力。上述第一压力检测器105和第二压力检测器106均优选为气体压力传感器。

进一步地，预处理系统还包括位于密闭壳体101内的第二三通阀102，第二三通阀102具有B1端口、B2端口和B3端口，B1端口能够连接于吹扫结构119或反应装置201，B2端口通过管路连接于缓冲结构103，B3端口通过管路连接于第一三通阀107的A3端口。可以理解的是，通过设置第二三通阀102，能够选择性地使进样气体通过或者不通过缓冲罐和减压阻尼器。具体地，当进样气体的压力大于等于设定压力时，第二三通阀102的B1端口和B2端口连通，而B1端口和B3端口不连通，此时进样气体通过缓冲罐和阻尼减压器减压后进入过滤器108。当进样气体的压力小于设定压力时，第二三通阀102的B1端口和B3端口连通，而B1端口和B2端口不连通，此时进样气体直接通过第一三通阀107进入过滤器108。

进一步地，预处理系统还包括位于密闭壳体101内的第三三通阀117，第三三通阀117具有C1端口、C2端口和C3端口，C1端口连通于吹扫结构119，C2端口连通于第二三通阀102的B1端口，C3端口用于连接反应装置201。可以理解的是，当需要对进样气体进行预处理并采样时，C3端口和C2端口连通，而C1端口和C2端口不连通。当需要对采样系统和预处理系统内残留的气体样品进行吹扫时，C1端口和C2端口相连通，而C1端口和C3端口不连通。

如图1所示，该在线进样装置还包括第三压力检测器111，第三压力检测器111设置于密闭壳体101上，用于检测内腔的压力。可以理解的是，第三压力检测器111连接于控制器，通过第三压力检测器111来检测密闭壳体101内的压力，进而结合保护气输送结构113和流量调节阀114来使得密闭壳体101的压力保持在预设压力范围内。在本实施例中，保护气优选为惰性气体。

进一步地，该在线进样装置还包括温度检测器112和加热结构(图中未示出)。加热结构设置于密闭壳体101内部或外部，用于加热密闭壳体101内的保护气，使得密闭壳体101的温度升高。示例性地，在本实施例中，加热结构设置于密闭壳体101内，此时加热结构可以为电加热器或者采用高温液体进行放热的换热器。温度检测器112用于检测密闭壳体101的内腔内的温度，温度检测器112连接于控制器。当然，加热结构还可以为环绕密闭壳体101设置的采用电加热或液体换热的结构，利用密闭壳体101来加热内腔内的气体。

可以理解的是，当进样气体含有高沸点组分时，可通过加热结构对密闭壳体101内的保护气进行加热，使得密闭壳体101内的温度升高，从而避免进样气体内的高沸点组分在预处理系统和采样系统内冷凝，影响后续的检测结果。进一步地，为了避免密闭壳体101内温度的散失，密闭壳体101外部设置有保温层(图中未示出)。通过保温层，能够减少密闭壳体101内温度的散失。

如图1所示，该在线进样采集装置还包括第四三通阀202，第四三通阀202具有D1端口，D2端口和D3端口，D1端口通过输送管路118连通于第三三通阀117的C3端口，D2端口用于连接反应装置201，D3端口连通有第二排空管路203。可以理解的是，当需要采样时，D2端口连通于反应装置201，且D2端口连通D1端口，而D2端口和D3端口不连通。当无需采样时，可将D2端口与D3端口连通，通过第二排空管路203将反应装置201产生的气体排出。

上述反应装置201可以是实验室中的小型反应设备，也可以是工厂中的大型反应装置，比如热重分析仪、流化床、固定床反应器、催化剂评价装置等。

如图1所示，该在线进样采集装置还包括第五三通阀302，第五三通阀302具有E1端口、E2端口和E3端口，E1端口连通于六通阀110的其中一个端口，E2端口能够连通于气体检测机构301，E3端口连通有第一排空管路303。当对定量环内的气体样品进行检测时，E1端口和E2端口连通，E1端口和E3端口不连通，此时，载气输送结构116向六通阀110内输送的载气能够将定量环内的气体样品带动至气体检测机构301，从而对气体样品进行检测。当通过吹扫结构119对定量环进行吹扫时，E1端口和E3端口连通，E1端口和E2端口不连通。

上述气体检测机构301包括气相色谱仪、质谱仪、红外分析仪、烟气分析仪和电化学检测器中的任意一种或几种。当然，还可以包括其他能够用于检测气体的装置，本实施例不再一一列举。

以下将对该在线进样装置的工作过程进行详细的描述

以进样气体的压力大于等于设定压力为例。为了便于描述，将六通阀110的六个端口分别定义为第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口和第六端口，其中，第一端口和第四端口之间连接有定量环，第二端口连通载气输送结构116，第三端口连通第五三通阀302的E1端口，第五端口连通第三排空管路，第六端口连通除水结构109。

1、气体样品的采集

如图2所示，第四三通阀202的D2端口连通于反应装置201，D2端口和D1端口连通，第三三通阀117的C2端口和C3端口连通，第二三通阀102的B1端口和B2端口连通，第一三通阀107的A1端口和A2端口连通，六通阀110的第六端口和第一端口连通，第四端口和第五端口连通，此时反应装置201内产生的气体能够依次通过第四三通阀202、第三三通阀117、第二三通阀102、缓冲罐、阻尼减压器、第一三通阀107、过滤器108和除水结构109进入六通阀110，实现通过定量环采集气体样品。进一步地，载气输送结构116连通于六通阀110的第二端口，第二端口和第三端口连通，此时，载气输送结构116为气体检测机构301提供载气。

在上述过程中，通过保护气输送结构113向密闭壳体101内输送保护气，通过流量调节阀114及第三压力检测器111实时控制密闭壳体101内的压力，使得密闭壳体101内的压力维持在预设压力范围内。如此设置，一方面能够防止进样气体中的小分子物质在管路和阀体连接口处轻微泄露，另一方面能够避免进样气体中的易氧化组分在阀体切换过程中，被进入到管路内的微量空气氧化，提高检测结果的准确性。

如果进样气体内含有高沸点组分，可通过加热结构和温度检测器112实时控制密闭壳体101内的温度，使得密闭壳体101内的温度维持在预设温度范围内，避免高沸点组分在管路内冷凝。

2、气体样品的输送

如图3所示，对六通阀110进行调整，使得六通阀110的第一端口和第二端口连通，第三端口和第四端口连通，第六端口和第五端口连通。此时，载气输送结构116输送的载气通过第二端口、第一端口、定量环、第四端口和第三端口、第五三通阀302后进入气体检测机构301，能够将定量环内的气体样品输送至气体检测机构301进行检测。此外，在此过程中，可使得第四三通阀202的D2端口和D3端口连通，通过第二排空管路203将反应装置201内产生的气体排空，还可以保持第四三通阀202的D2端口和D1端口的连通，通过连接于六通阀110的第五端口的第三排气管排出。

此外，当需要吹扫时，使得第四三通阀202的D2端口和D3端口连通，第三三通阀117的C1的端口和第二三通阀102的B1端口连通。为了进行充分的吹扫，可先使得第二三通阀102的B1端口和B2端口连通，对缓冲罐、减压阻尼器、第一三通阀107、过滤器108和除水结构109进行吹扫，随后使得第二三通阀102的B1端口和B3端口连通，对第二三通阀102和第一三通阀107之间的管路再进行吹扫。同理，在对六通阀110吹扫时，可使得六通阀110的第一端口和第六端口连通，第四端口和第五端口连通，从而实现对定量环的吹扫。

综上，本实施例提供的在线进样装置，通过设置密闭壳体101、预处理系统、采样系统和管路吹扫系统，一方面能够通过缓冲结构103和减压器104，实现对压力相对较大的进样气体进行降压，且能够对进样气体进行过滤和除水；另一方面通过保护气输送结构113能够向密闭壳体101内输送保护气，使得密闭壳体101内充满保护气并具有一定的压力，从而有效避免进样气体中小分子组分的微量泄露，以及避免微量空气在阀体切换时进入管路使得进样气体中易氧化的组分被氧化。使得该在线进样装置能够适用于多种进样气体的预处理和采集，提高检测结果的准确性。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种在线进样装置，其特征在于，包括：

密闭壳体(101)，具有内腔，所述密闭壳体(101)上设置有均连通所述内腔的保护气输送结构(113)和排气管，所述排气管上设置有流量调节阀(114)；

预处理系统，设置于所述密闭壳体(101)内，所述预处理系统包括依次连接的缓冲结构(103)、减压器(104)、第一三通阀(107)、过滤器(108)、除水结构(109)，所述第一三通阀(107)具有A1端口、A2端口和A3端口，所述A1端口连接于所述减压器(104)，所述A2端口连接于所述过滤器(108)；

采样系统，包括六通阀(110)和载气输送结构(116)，所述六通阀(110)位于所述密闭壳体(101)内，所述六通阀(110)的其中两个端口之间连接有定量环，所述除水结构(109)连通于所述六通阀(110)的一个端口，进样气体能够依次通过所述缓冲结构(103)、所述减压器(104)、所述第一三通阀(107)、所述过滤器(108)和所述除水结构(109)进入所述定量环或者依次通过所述第一三通阀(107)、所述过滤器(108)和除水结构(109)进入所述定量环，所述载气输送结构(116)连通于所述六通阀(110)的另一个端口，能够通过载气将所述定量环内的气体样品输送至气体检测机构(301)；

管路吹扫系统，包括吹扫结构(119)，所述吹扫结构(119)能够连接于所述缓冲结构(103)或所述A3端口，所述吹扫结构(119)用于管路的吹扫清理。

2.根据权利要求1所述的在线进样装置，其特征在于，所述预处理系统还包括第一压力检测器(105)和第二压力检测器(106)，所述第一压力检测器(105)设置于所述缓冲结构(103)，所述第二压力检测器(106)设置于所述减压器(104)和所述A1端口之间的连接管路上。

3.根据权利要求1所述的在线进样装置，其特征在于，所述预处理系统还包括位于所述密闭壳体(101)内的第二三通阀(102)，所述第二三通阀(102)具有B1端口、B2端口和B3端口，所述B1端口能够连接于所述吹扫结构(119)或反应装置(201)，所述B2端口连接于所述缓冲结构(103)，所述B3端口连接于所述第一三通阀(107)的所述A3端口。

4.根据权利要求3所述的在线进样装置，其特征在于，所述预处理系统还包括位于所述密闭壳体(101)内的第三三通阀(117)，所述第三三通阀(117)具有C1端口、C2端口和C3端口，所述C1端口连通于所述吹扫结构(119)，所述C2端口连通于所述第二三通阀(102)的B1端口，所述C3端口用于连接反应装置(201)。

5.根据权利要求1所述的在线进样装置，其特征在于，所述在线进样装置还包括设置于所述密闭壳体(101)上的第三压力检测器(111)，所述第三压力检测器(111)用于检测所述内腔的压力。

6.根据权利要求1所述的在线进样装置，其特征在于，所述在线进样装置还包括温度检测器(112)和加热结构，所述温度检测器(112)用于检测所述内腔的温度，所述加热结构设置于所述密闭壳体(101)内部或外部且用于给所述内腔加热。

7.根据权利要求6所述的在线进样装置，其特征在于，所述密闭壳体(101)外部设置有保温层。

8.根据权利要求1所述的在线进样装置，其特征在于，所述排气管包括相连通的第一排气管和第二排气管，所述第一排气管上设置有所述流量调节阀(114)，所述第二排气管上设置有安全阀(115)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的在线进样装置，其特征在于，所述在线进样装置还包括用于与反应装置(201)连接的第四三通阀(202)，所述第四三通阀(202)具有D1端口、D2端口和D3端口，所述D1端口连通于所述缓冲结构(103)或所述第一三通阀(107)，所述D2端口用于连接所述反应装置(201)，所述D3端口连通有第二排空管路(203)。

10.根据权利要求1-9任一项所述的在线进样装置，其特征在于，所述在线进样装置还包括第五三通阀(302)，所述第五三通阀(302)具有E1端口、E2端口和E3端口，所述E1端口连通于所述六通阀(110)的其中一个端口，所述E2端口能够连通于所述气体检测机构(301)，所述E3端口连通有第一排空管路(303)。

Images