CN112569868B - 一种半开放式原油多步裂解生气装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了本发明提供了一种半开放式原油多步裂解生气装置及方法，半开放式原油多步裂解生气装置包括第一裂解机构、第二裂解机构及定量机构；定量机构包括活塞容器、活塞、驱动件、第三温度调节件、第一连通管、第二连通管及采样管。本发明的有益效果是：通过在第一反应釜内对原油样品进行原油裂解生气过程，将第一反应釜内原油裂解生成的气体分次导入第二反应釜内，并通过定量机构测定原油裂解生气过程生成的气体总量及各组分含量，再第二反应釜内对原油裂解生成的气体进行湿气继续裂解生气过程，并通过定量机构测定湿气继续裂解生气过程生成的气体总量及各组分含量，从而实现了对原油裂解生气和湿气继续裂解生气过程分别进行监测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及原油裂解技术领域，尤其是涉及一种半开放式原油多步裂解生气装置及方法。
背景技术
原油裂解生气是有机质成烃理论的重要组成部分，其过程是一个烃类物质碳数不断降低的过程，可以简单的表述为以下两个步骤：
①原油——湿气+甲烷
②湿气——甲烷
原油裂解热模拟实验是重建原油裂解生气过程的唯一方法，原油裂解生气热模拟实验是基于生烃动力学的时间-温度互补原理，通过对原油进行短时间内的高温加热以达到地质条件下的长时间相对低温裂解生气的目的。由于原油在实验室高温条件下会气化，因此无法对其进行开放体系热模拟实验，传统的原油裂解生气实验是封闭体系，其实验产物是各阶段产物累积的结果，不能有效监测不同裂解产气阶段的产气特征。同时，其实验结果也是以上两个步骤的综合影响，即原油裂解的同时，湿气裂解也在发生，无法分别监测，造成难以对原油裂解生气过程进行精细分析。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种半开放式原油多步裂解生气装置及方法，用以解决现有的原油裂解生气实验难以对原油裂解生气和湿气继续裂解生气过程分别进行监测、导致难以对原油裂解生产过程进行精细分析的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种半开放式原油多步裂解生气装置，包括：
第一裂解机构，所述第一裂解机构包括第一反应釜及第一温度调节件，所述第一反应釜具有一密闭的第一反应腔，所述第一温度调节件用于调节所述第一反应腔内的温度；
第二裂解机构，所述第二裂解机构包括第二反应釜及第二温度调节件，所述第二反应釜具有一密闭的第二反应腔，所述第二温度调节件用于调节所述第二反应腔内的温度；
定量机构，所述定量机构包括活塞容器、活塞、驱动件、第三温度调节件、第一连通管、第二连通管及采样管，所述活塞滑动设置于所述活塞容器内，所述活塞与所述活塞容器的内壁之间形成一体积可调的活塞腔，所述驱动件与所述活塞连接且用于驱动所述活塞滑动，所述第三温度调节件用于调节所述活塞腔内的温度，所述第一连通管的一端与所述第一反应腔连通，所述第一连通管的另一端与所述活塞腔连通，所述第一连通管上设置有第一调节阀，所述第二连通管的一端与所述第二反应腔连通，所述第二连通管的另一端与所述活塞腔连通，所述第二连通管上设置有第二调节阀，所述采样管与所述活塞腔连通，所述采样管上设置有采样阀。
进一步地，所述第一温度调节件包括第一加热炉及第一温度传感器，所述第一加热炉具有第一炉膛，所述第一加热炉上开设有与所述第一炉膛连通的第一进水口及第一出水口，所述第一反应釜内置于所述第一炉膛内，所述第一温度传感器设置于所述第一炉膛内且用于测定所述第一炉膛内的温度。
进一步地，所述第一裂解机构还包括第一压力计，所述第一压力计用于测定所述第一反应腔内的气体压强。
进一步地，所述第二温度调节件包括第二加热炉及第二温度传感器，所述第二加热炉具有第二炉膛，所述第二加热炉上开设有与所述第二炉膛连通的第二进水口及第二出水口，所述第二反应釜内置于所述第二炉膛内，所述第二温度传感器设置于所述第二炉膛内且用于测定所述第二炉膛内的温度。
进一步地，所述第二裂解机构还包括第二压力计，所述第二压力计用于测定所述第二反应腔内的气体压强。
进一步地，所述第三温度调节件为一恒温箱，所述活塞容器内置于所述恒温箱内。
进一步地，所述定量机构还包括真空泵及第三调节阀，所述真空泵的进口与所述活塞腔连通，所述第三调节阀设置于所述真空泵的进口上。
进一步地，所述定量机构还包括第三压力计，所述第三压力计用于测定所述活塞腔内的气体压强。
另一方面，本发明提供了一种半开放式原油多步裂解生气方法，适用于所述半开放式原油多步裂解生气装置，包括如下步骤：
S1、在第一反应釜内装入原油样品；
S2、对第一反应釜、第二反应釜及活塞腔抽真空处理；
S3、通过第一温度调节件对第一反应釜内的原油样品进行加热，持续第一预设时间，再通过第一温度调节件对第一反应釜内的原油样品进行降温，直到原油样品的温度降低到第一预设温度；
S4、开启第一调节阀，使第一反应釜内生成的气体进入活塞腔内，再关闭第一调节阀，调节活塞腔的容积大小，并测定活塞腔内的气体压强，从而计算出气体产率，再测定活塞腔内的气体组分；
S5、开启第二调节阀，通过驱动件使活塞腔的体积减少至0，以使活塞腔内的气体全部进入第二反应釜内；
S6、重复步骤S4和S5，直到第一反应釜内的残余气体量降低到预设值；
S7、重复步骤S3-S6，直到第一反应釜内原油样品完全裂解，并且原油样品裂解生成的气体全部进入第二反应釜内；
S8、通过第二温度调节件对第二反应釜内的气体进行加热，持续第二预设时间，测定第二反应釜内的气体压强，再开启第二调节阀及采样阀以采集第二反应釜内的气体，对采集到的气体进行组分分析；
S9、重复步骤S8，直到采集到的气体中不含湿气成分。
与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：通过在第一反应釜内对原油样品进行原油裂解生气过程，将第一反应釜内原油裂解生成的气体分次导入第二反应釜内，并通过定量机构测定原油裂解生气过程生成的气体总量及各组分含量，再第二反应釜内对原油裂解生成的气体进行湿气继续裂解生气过程，并通过定量机构测定湿气继续裂解生气过程生成的气体总量及各组分含量，从而实现了对原油裂解生气和湿气继续裂解生气过程分别进行监测的目的，可对原油裂解生产过程进行精细分析。
附图说明
图1是本发明提供的半开放式原油多步裂解生气装置及方法的一实施例的结构示意图；
图中：1-第一裂解机构、2-第二裂解机构、3-定量机构、11-第一反应釜、12-第一温度调节件、121-第一加热炉、1211-第一进水口、1212-第一出水口、122-第一温度传感器、13-第一压力计、21-第二反应釜、22-第二温度调节件、221-第二加热炉、2211-第二进水口、2212-第二出水口、222-第二温度传感器、23-第二压力计、31-活塞容器、32-第三温度调节件、33-第一连通管、331-第一调节阀、34-第二连通管、341-第二调节阀、35-采样管、351-采样阀、36-真空泵、37-第三调节阀、38-第三压力计。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1，本发明提供了一种半开放式原油多步裂解生气装置，包括第一裂解机构1、第二裂解机构2以及定量机构3。
请参照图1，所述第一裂解机构1包括第一反应釜11及第一温度调节件12，所述第一反应釜11具有一密闭的第一反应腔，所述第一温度调节件12用于调节所述第一反应腔内的温度。
请参照图1，所述第二裂解机构2包括第二反应釜21及第二温度调节件22，所述第二反应釜21具有一密闭的第二反应腔，所述第二温度调节件22用于调节所述第二反应腔内的温度。
请参照图1，所述定量机构3包括活塞容器31、活塞(未示出)、驱动件(未示出)、第三温度调节件32、第一连通管33、第二连通管34及采样管35，所述活塞滑动设置于所述活塞容器31内，所述活塞与所述活塞容器31的内壁之间形成一体积可调的活塞腔，所述驱动件与所述活塞连接且用于驱动所述活塞滑动，所述第三温度调节件32用于调节所述活塞腔内的温度，所述第一连通管33的一端与所述第一反应腔连通，所述第一连通管33的另一端与所述活塞腔连通，所述第一连通管33上设置有第一调节阀331，所述第二连通管34的一端与所述第二反应腔连通，所述第二连通管34的另一端与所述活塞腔连通，所述第二连通管34上设置有第二调节阀341，所述采样管35与所述活塞腔连通，所述采样管35上设置有采样阀351。
具体地，请参照图1，所述第一温度调节件12包括第一加热炉121及第一温度传感器122，所述第一加热炉121具有第一炉膛，所述第一加热炉121上开设有与所述第一炉膛连通的第一进水口1211及第一出水口1212，所述第一反应釜11内置于所述第一炉膛内，所述第一温度传感器122设置于所述第一炉膛内且用于测定所述第一炉膛内的温度。
优选地，请参照图1，所述第一裂解机构1还包括第一压力计13，所述第一压力计13用于测定所述第一反应腔内的气体压强。
具体地，请参照图1，所述第二温度调节件22包括第二加热炉221及第二温度传感器222，所述第二加热炉221具有第二炉膛，所述第二加热炉221上开设有与所述第二炉膛连通的第二进水口2211及第二出水口2212，所述第二反应釜21内置于所述第二炉膛内，所述第二温度传感器222设置于所述第二炉膛内且用于测定所述第二炉膛内的温度。
优选地，请参照图1，所述第二裂解机构2还包括第二压力计23，所述第二压力计23用于测定所述第二反应腔内的气体压强。
优选地，请参照图1，所述第三温度调节件32为一恒温箱，所述活塞容器31内置于所述恒温箱内。
优选地，请参照图1，所述定量机构3还包括真空泵36及第三调节阀37，所述真空泵36的进口与所述活塞腔连通，所述第三调节阀37设置于所述真空泵36的进口上。
优选地，请参照图1，所述定量机构3还包括第三压力计38，所述第三压力计38用于测定所述活塞腔内的气体压强。
本发明还提供了一种半开放式原油多步裂解生气方法，适用于上述半开放式原油多步裂解生气装置，包括如下步骤：
S1、在第一反应釜11内装入原油样品；
S2、对第一反应釜11、第二反应釜21及活塞腔抽真空处理，具体方法是先开启第一调节阀331、第二调节阀341及第三调节阀37，并关闭采样阀351，再通过真空泵36对系统进行抽真空；
S3、通过第一温度调节件12对第一反应釜11内的原油样品进行加热，持续第一预设时间，再通过第一温度调节件12对第一反应釜11内的原油样品进行降温，直到原油样品的温度降低到第一预设温度，本实施例中，通过向第一炉膛内注入热水或冷水以对第一反应釜11进行加热或降温，对第一反应釜11降温的目的是防止在后续排出气体的过程中，气化的原油随之排出而影响实验结果的准确性；
S4、开启第一调节阀331，使第一反应釜11内生成的气体进入活塞腔内，再关闭第一调节阀331，调节活塞腔的容积大小，并测定活塞腔内的气体压强，从而计算出气体产率(具体方法是根据气体状态方程PV＝nRT测定气体的含量)，再测定活塞腔内的气体组分；
S5、开启第二调节阀341，通过驱动件使活塞腔的体积减少至0，以使活塞腔内的气体全部进入第二反应釜21内；
S6、重复步骤S4和S5，直到第一反应釜11内的残余气体量降低到预设值，此时，第一压力计13的读数降低至某一预设值，第一反应釜11内的残余气体量对实验结果不造成较大影响；
S7、重复步骤S3-S6，直到第一反应釜11内原油样品完全裂解，并且原油样品裂解生成的气体全部进入第二反应釜21内，第二反应釜21内的气体总量及各组分含量可通过前面的计算结果得到，在上述步骤中，之所以对第一反应釜11内的原油样品进行多次间断加热，而不是一次性连续加热，是为了尽可能减少第一反应釜11内湿气继续裂解生气过程的进行；
S8、通过第二温度调节件22对第二反应釜21内的气体进行加热，持续第二预设时间，测定第二反应釜21内的气体压强，再开启第二调节阀341及采样阀351以采集第二反应釜21内的气体，对采集到的气体进行组分分析；
S9、重复步骤S8，直到采集到的气体中不含湿气成分，计算此时得到的气体各组分的含量，并与步骤S7中第一阶段生成的气体的各组分的含量进行对比，从而可得出在第二阶段气体各组分的变化量。
综上所述，本发明通过在第一反应釜11内对原油样品进行原油裂解生气过程，将第一反应釜11内原油裂解生成的气体分次导入第二反应釜21内，并通过定量机构3测定原油裂解生气过程生成的气体总量及各组分含量，再第二反应釜21内对原油裂解生成的气体进行湿气继续裂解生气过程，并通过定量机构3测定湿气继续裂解生气过程生成的气体总量及各组分含量，从而实现了对原油裂解生气和湿气继续裂解生气过程分别进行监测的目的，可对原油裂解生产过程进行精细分析。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种半开放式原油多步裂解生气方法，其特征在于，半开放式原油多步裂解生气装置包括：
第一裂解机构，所述第一裂解机构包括第一反应釜及第一温度调节件，所述第一反应釜具有一密闭的第一反应腔，所述第一温度调节件用于调节所述第一反应腔内的温度；
第二裂解机构，所述第二裂解机构包括第二反应釜及第二温度调节件，所述第二反应釜具有一密闭的第二反应腔，所述第二温度调节件用于调节所述第二反应腔内的温度；
定量机构，所述定量机构包括活塞容器、活塞、驱动件、第三温度调节件、第一连通管、第二连通管及采样管，所述活塞滑动设置于所述活塞容器内，所述活塞与所述活塞容器的内壁之间形成一体积可调的活塞腔，所述驱动件与所述活塞连接且用于驱动所述活塞滑动，所述第三温度调节件用于调节所述活塞腔内的温度，所述第一连通管的一端与所述第一反应腔连通，所述第一连通管的另一端与所述活塞腔连通，所述第一连通管上设置有第一调节阀，所述第二连通管的一端与所述第二反应腔连通，所述第二连通管的另一端与所述活塞腔连通，所述第二连通管上设置有第二调节阀，所述采样管与所述活塞腔连通，所述采样管上设置有采样阀；
所述半开放式原油多步裂解生气方法包括如下步骤：
S1、在第一反应釜内装入原油样品；
S2、对第一反应釜、第二反应釜及活塞腔抽真空处理；
S3、通过第一温度调节件对第一反应釜内的原油样品进行加热，持续第一预设时间，再通过第一温度调节件对第一反应釜内的原油样品进行降温，直到原油样品的温度降低到第一预设温度；
S4、开启第一调节阀，使第一反应釜内生成的气体进入活塞腔内，再关闭第一调节阀，调节活塞腔的容积大小，并测定活塞腔内的气体压强，从而计算出气体产率，再测定活塞腔内的气体组分；
S5、开启第二调节阀，通过驱动件使活塞腔的体积减少至0，以使活塞腔内的气体全部进入第二反应釜内；
S6、重复步骤S4和S5，直到第一反应釜内的残余气体量降低到预设值；
S7、重复步骤S3-S6，直到第一反应釜内原油样品完全裂解，并且原油样品裂解生成的气体全部进入第二反应釜内；
S8、通过第二温度调节件对第二反应釜内的气体进行加热，持续第二预设时间，测定第二反应釜内的气体压强，再开启第二调节阀及采样阀以采集第二反应釜内的气体，对采集到的气体进行组分分析；
S9、重复步骤S8，直到采集到的气体中不含湿气成分。
2.根据权利要求1所述的半开放式原油多步裂解生气方法，其特征在于，所述第一温度调节件包括第一加热炉及第一温度传感器，所述第一加热炉具有第一炉膛，所述第一加热炉上开设有与所述第一炉膛连通的第一进水口及第一出水口，所述第一反应釜内置于所述第一炉膛内，所述第一温度传感器设置于所述第一炉膛内且用于测定所述第一炉膛内的温度。
3.根据权利要求1所述的半开放式原油多步裂解生气方法，其特征在于，所述第一裂解机构还包括第一压力计，所述第一压力计用于测定所述第一反应腔内的气体压强。
4.根据权利要求1所述的半开放式原油多步裂解生气方法，其特征在于，所述第二温度调节件包括第二加热炉及第二温度传感器，所述第二加热炉具有第二炉膛，所述第二加热炉上开设有与所述第二炉膛连通的第二进水口及第二出水口，所述第二反应釜内置于所述第二炉膛内，所述第二温度传感器设置于所述第二炉膛内且用于测定所述第二炉膛内的温度。
5.根据权利要求1所述的半开放式原油多步裂解生气方法，其特征在于，所述第二裂解机构还包括第二压力计，所述第二压力计用于测定所述第二反应腔内的气体压强。
6.根据权利要求1所述的半开放式原油多步裂解生气方法，其特征在于，所述第三温度调节件为一恒温箱，所述活塞容器内置于所述恒温箱内。
7.根据权利要求1所述的半开放式原油多步裂解生气方法，其特征在于，所述定量机构还包括真空泵及第三调节阀，所述真空泵的进口与所述活塞腔连通，所述第三调节阀设置于所述真空泵的进口上。
8.根据权利要求1所述的半开放式原油多步裂解生气方法，其特征在于，所述定量机构还包括第三压力计，所述第三压力计用于测定所述活塞腔内的气体压强。
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