CN204731214U

CN204731214U - 一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置

Info

Publication number: CN204731214U
Application number: CN201520458980.XU
Authority: CN
Inventors: 李伟; 陈刚; 杨永佳; 黄传峰; 韩磊; 蒋中山; 李慧慧; 杨帆; 任彩玲
Original assignee: Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2025-06-29

Abstract

本实用新型公开了一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，包括反应气体产物收集罐、微孔过滤器、自动进样阀系统、气路、快速分析色谱柱系统、柱温箱、双检测器；通过反应气体产物收集罐、微孔过滤器、自动进样阀系统、气路、快速分析色谱柱系统、柱温箱、双检测器的组合建立了一种热裂解反应气体产物的快速的在线分析装置，热裂解反应产物经过初级冷凝和过滤产生的气体进入气体产物收集罐后，然后通过自动进样阀系统进行样品自动采集和进样，然后将采集到的样品经过快速分析色谱柱系统进入到双检测器内进行检测分析,本实用新型在整个气体处理过程中能够自动化，且结构简单、操作简便，成本低廉。

Description

一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置

技术领域

本实用新型涉及一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，属于资源清洁转化和综合利用技术领域。

背景技术

近年来，随着全球化石能源消费的迅猛增长，石化产品的需求量和制造量不断攀升，人工合成化工制品如橡胶轮胎、各种塑料和合成纤维在丰富和满足生产生活物质需要的同时，大量被淘汰和废弃上述制品也引发了土壤、空气与水源等诸多环境危机。如何变废为宝，将这些人工合成化工制品实现资源清洁转化和综合利用，采取气化和液化等技术，重新“回炉”利用，减少传统的焚烧掩埋处理，已成为研究的一大热点。

在这些资源清洁转化和综合利用的试验研究和工业应用中，多数工艺都以热裂解反应为主，对于热裂解液体产物基本上采用取样离线分析方法，分析技术比较成熟；而对于气体产物，在转化利用中仅作为副产物加以关注，但其组成对于控制整个反应过程和调整操作条件的变化却起着至关重要的作用，因此对热裂解反应气体产物的分析与液体产物分析同等重要，气体产物甚至更为关键，更需要进行实时分析和检测，以便于调控反应条件，控制产品分布。目前虽然有很多气体分析方法和装置，多数都是离线分析，即使是在线分析，但其设备成本高昂，有些在线分析速度和精度还无法同时满足实时分析和检测的要求，还没有一种简便的可用于热裂解反应气体产物的快速的在线分析装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，本实用新型能够快速在线分析热裂解反应气体产物，成本低廉，操作简便，可实现自动化。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，包括反应气体产物收集罐、微孔过滤器、自动进样阀系统、气路、快速分析色谱柱系统、柱温箱、双检测器；

所述反应气体产物收集罐顶部设有气体产物出口，与微孔过滤器入口相连；

所述自动进样阀系统包括第一、二、三多通阀和第一、二定量管；所述微孔过滤器的出口与第一多通阀的通口1相连；第一多通阀的通口2与第二多通阀的通口3相连，第一定量管与第二多通阀的通口4和第二多通阀通口1相连，第二多通阀的通口2与第三多通阀的通口4连接，第二定量管与第三多通阀的通口6和第三多通阀的通口3相连；

快速分析色谱柱系统包括第四多通阀、第五多通阀和第一、二、三、四、五色谱柱；第五多通阀的通口2与第三多通阀的通口1连接；第一色谱柱与第二多通阀的通口5和第二多通阀的通口9相连，第二色谱柱与第二多通阀的通口8和第四多通阀的通口3相连，第三色谱柱与第四多通阀的通口4和第四多通阀的通口5之间，第四色谱柱与第五多通阀的通口4和第五多通阀的通口1相连，第五色谱柱与第五多通阀的通口3和第五多通阀的通口5相连；

所述双检测器包括热导检测器和氢火焰离子化检测器，分别与第四多通阀的通口6和第五多通阀的通口6的相连；

所述气路包括六路，其中两路同时与氢火焰离子化检测器连接，其余四路分别与第三多通阀的通口2、第二多通阀的通口10、第二多通阀的通口7和热导检测器连接；

进一步的，反应气体产物收集罐中部设置有反应产物入口，与裂解反应器产物经初级冷凝过滤后的气体产物出口相连接；反应气体产物收集罐底部设有液体产物出口，反应气体产物收集罐外部设有循环冷浴。

进一步的，第四多通阀的通口1和第四多通阀的通口2之间连接有保持压力平衡的阻尼管。

进一步的，第一多通阀为三位二通阀，第二多通阀为十位二通阀，第三多通阀为六位二通阀，第四多通阀和第五多通阀均为六位二通阀。

进一步的，所述微孔过滤器为管线式过滤器，采用卡套连接方式连接，过滤孔径范围为0.1～1μm。

进一步的，其中第一、二、三、四、五色谱柱均安装在柱温箱中。

进一步的，所述气路共有四种气体氩气、氮气、氢气和空气，每一路均有气体自动压力流量控制器监测调控；与第三多通阀的通口2连接的气路为氮气；与第二多通阀的通口10、第二多通阀的通口7和热导检测器相连的气路为氩气；与氢火焰离子化检测器连接的两条气路分别为氢气和空气。

进一步的，所述五个多通阀均采用气动或者电动方式控制阀快速开关。

进一步的，所述第一、二、三色谱柱均采用三根不锈钢填充色谱柱，长度为1～2m，内径为2mm；第四、五色谱柱采用两根毛细管色谱柱，内径分别为0.32mm或0.53mm，长度10～30m，第四、五色谱柱固定相分别选择非极性的聚二甲基硅氧烷和三氧化二铝。

进一步的，所述第一、二定量管的体积范围均为0.1～1mL。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过反应气体产物收集罐、微孔过滤器、自动进样阀系统、气路、快速分析色谱柱系统、柱温箱、双检测器的组合建立了一种热裂解反应气体产物的快速的在线分析装置，热裂解反应产物经过初级冷凝和过滤产生的气体进入气体产物收集罐后，然后通过自动进样阀系统进行样品自动采集和进样，然后将采集到的样品经过快速分析色谱柱系统进入到双检测器内进行检测分析；自动进样阀系统采用不同的多通阀，气体的不同处理过程通过同一多通阀控制，缩小了设备的体积，在整个气体处理过程中能够自动化，操作简便，成本低廉。

进一步的，反应气体产物收集罐外部设有循环冷浴，能够使进入到反应气体产物收集罐内的气体再次被深度冷却，液体与气体实现了分离。

进一步的，第一、二、三、四、五色谱柱均安装在柱温箱中，能够有效控制五个色谱柱内的温度。

进一步的，每一气路均有气体自动压力流量控制器监测调控，能够实现自动调节控制。

附图说明

图1是本实用新型第一多通阀开启的流路图。

图2是本实用新型第二、第三多通阀开启，其他阀门关闭的流路图。

图3是本实用新型第四、第五多通阀开启,其他阀门关闭的流路图。

图4是热裂解反应气体分析结束时所有多通阀关闭复位的流路图。

其中，T：反应气体收集罐；D：循环冷浴；S：样品入口；A：气体出口；B：液体出口；F：微孔过滤器；V1：第一多通阀；V2：第二多通阀；V3：第三多通阀；V4：第四多通阀；V5：第五多通阀；L1：第一定量管；L2：第二定量管；C1：第一色谱柱；C2：第二色谱柱；C3：第三色谱柱；C4：第四色谱柱；C5：第五色谱柱；E：柱温箱；TCD：热导检测器；FID：氢火焰离子化检测器；R：阻尼管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1至4所示，一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，包括反应气体产物收集罐T、微孔过滤器F、自动进样阀系统、气路、快速分析色谱柱系统、柱温箱E、双检测器；

其中，反应气体产物收集罐T用于冷却、分离并处理热裂解反应的气体产物；反应气体产物收集罐T中部设置有反应产物入口S，与裂解反应器产物经初级冷凝过滤后的气体产物出口相连接；反应气体产物收集罐T底部设有液体产物出口B，顶部设有气体产物出口A，反应气体产物收集罐T的气体产物出口A与微孔过滤器F入口相连，反应气体产物收集罐T外部设置循环冷浴D，使用制冷剂使罐内维持0℃～10℃温度；

自动进样阀系统用于将气体产物导入快速分析色谱柱系统，包括第一、二、三多通阀V1、V2、V3和第一、二定量管L1、L2；第一多通阀V1为三位二通阀，第二多通阀V2为十位二通阀，第三多通阀V3为六位二通阀；

所述微孔过滤器F为管线式过滤器，出口与第一多通阀V1的通口1相连；第一多通阀V1的通口2与第二多通阀V2的通口3相连，第一定量管L1与第二多通阀V2的通口4和第二多通阀V2的通口1相连，第二多通阀V2的通口2与第三多通阀V3的通口4连接，第二定量管L2与第三多通阀V3的通口6和第三多通阀V3的通口3相连；

快速分析色谱柱系统包括第四多通阀V4、第五多通阀V5和第一、二、三、四、五色谱柱C1、C2、C3、C4、C5，第四多通阀V4和第五多通阀V5均为六位二通阀；第五多通阀V5的通口2与第三多通阀V3的通口1连接；其中第一色谱柱C1与第二多通阀V2的通口5和第二多通阀V2的通口9相连，第二色谱柱C2与第二多通阀V2的通口8和第四多通阀V4的通口3相连，第三色谱柱C3与第四多通阀V4的通口4和第四多通阀V4的通口5相连，第四色谱柱C4与第五多通阀V5的通口4和第五多通阀V5的通口1相连，第五色谱柱C5与第五多通阀V5的通口3和第五多通阀V5的通口5之间；

所述柱温箱E能够程序控制升温，温度范围为30℃～450℃，五根色谱柱C1～C5均安装在柱温箱中，

所述双检测器包括热导检测器TCD和氢火焰离子化检测器FID，分别与第四多通阀V4的通口6和第五多通阀V5的通口6的相连；

所述气路共有四种气体氩气、氮气、氢气和空气，分为六路，每一路均有气体自动压力流量控制器监测调控；氮气作为载气与第三多通阀V3的通口2连接；氩气分成三路，两路为载气，分别与第二多通阀V2的通口10和第二多通阀V2的通口7相连，一路与热导检测器TCD连接作为参比气；另外有一路氢气和一路空气供氢火焰离子化检测器FID连接作为燃气和助燃气使用。

第四多通阀V4与自动进样阀系统的第二多通阀V2以及第一、二、三色谱柱C1、C2、C3连接构成第一快速分离通道，第五多通阀V5与自动进样阀系统的第三多通阀V3以及第四、五色谱柱C4、C5连接构成第二快速分离通道；第四多通阀V4的通口1和第四多通阀V4的通口2之间连接有保持压力平衡的阻尼管R。

在本实用新型中使用的五个多通阀V1～V5均采用气动或者电动方式控制阀快速开关。

微孔过滤器F采用卡套连接方式，可更换滤芯，过滤孔径范围为0.1～1μm。

自动进样阀系统中连接的定量管L1、L2的体积范围为0.1～1mL。

本实用新型通道一中的第一、二、三色谱柱C1、C2、C3采用三根不锈钢填充色谱柱，用于分离永久性气体，长度为1～2m，内径为2mm，填料分别采用60/80目或80/100目的Porapak N、Porapak Q和5A分子筛；通道二中的第四、五色谱柱C4、C5采用两根毛细管色谱柱，用于反吹重烃和分析轻烃，内径为0.32mm或0.53mm，长度10～30m，第四、五色谱柱C4、C5固定相分别选择非极性的聚二甲基硅氧烷和三氧化二铝。

下面结合附图对本实用新型的结构原理和使用步骤作进一步说明

样品自动采集和进样：

热裂解反应产物经过初级冷凝和过滤，其中的较大颗粒炭黑等固体物被脱除，多数液体被收集，气体产物夹带的部分液体烃类从样品入口S进入气体产物收集罐T后，再次被深度冷却，液体与气体实现了分离，液体产物从液体出口B排出，气体产物从气体出口A经过微孔过滤器F后，进入自动进样阀系统第一多通阀V1，防止了液体产物在采样管线上凝结；

当达到设定的时间程序后，如图1所示，第一多通阀V1自动打开，气体样品在自身压力作用下经过第一多通阀V1的通口1和通口2后，依次进入第二多通阀V2的通口3和第二多通阀V2的通口4，经过第一定量管L1和第二多通阀V2的通口1，由第二多通阀V2的通口2流出，再进入第三多通阀V3的通口4和第三多通阀V3的通口3，经过第二定量管L2和第三多通阀V3的通口6，由第三多通阀V3的通口5流出，当第一定量管L1和第二定量管L2分别流过约3～5倍体积被充分置换并充满后，第一多通阀关闭，自动采样结束；

此时，将样品导入快速分析色谱柱系统，如图2所示，第二、第三多通V2、V3阀开启，第一定量管L1中的气体样品被载气Ar经第二多通阀V2的通口10和第二多通阀V2的通口1推动，流过第二多通阀V2的通口4和第二多通阀V2的通口5进入第一色谱柱C1；第二定量管L2中的气体样品被载气N2经第三多通阀V2的通口2和第三多通阀V2的通口3推动，依次流过第三多通阀V2的通口6和第三多通阀V2的通口1、第五多通阀V5的通口2和第五多通阀V5的通口1，进入第四色谱柱C4，完成自动进样过程。

气体样品的分析：

一种热裂解反应的典型气体产物包括H2、N2、O2、CO、CO2、C1～C5烃类，含微量C6及以上组分；这些组分中H2、N2、O2、CO、CO2在通道一中被分离检测，而C1～C5烃类以及微量C6及以上组分在通道二中被分离检测。

当气体样品中CH4在通道一流出第一色谱柱C1后，如图3所示，第二多通阀V2关闭，载气Ar经由第二多通阀V2的通口10和第二多通阀V2的通口9将第一色谱柱C1上吸附的重组分从第二多通阀V2的通口6反吹放空，轻组分在另一路载气Ar经由第二多通阀V2的通口7和第二多通阀V2的通口8推动进入第二色谱柱C2，并经过第四多通阀V4的通口3和第四多通阀V4的通口4进入第三色谱柱C3，当CH4进入第三色谱柱C3后，第四多通阀V4打开，组分CO2经过阻尼器R直接进入TCD检测，当组分CO2完全流出后，第四多通阀V4关闭，其余组分继续经第三色谱柱C3分离后由第四多通阀V4的通口5和第四多通阀V4的通口6进入TCD检测；由于第一、二、三色谱柱C1、C2、C3采用三根不锈钢填充色谱柱，长度为1～2m，内径为2mm，填料分别采用60/80目或80/100目的Porapak N、Porapak Q和5A分子筛这种特性，永久性气体中N2、O2在第二色谱柱尚不能完全分离，需要经过5A分子筛色谱柱才能实现彻底分离，同时CO2对5A分子筛色谱柱具有吸附作用，因此需要经过阀切换将其从旁路直接流入检测器，这样热裂解气体产物中的永久性气体在通道以上实现了完全分离。

在通道二上，由于采用了氢火焰离子化检测器，通道一中的无机气体不能被检出，因此只考虑烃类；当需要对C6以下烃类进行详细分析时，在气体产物中的正戊烷组分流出第四色谱柱C4后，第五多通阀V5立即打开，如图3所示，载气N₂从第五多通阀V5的通口2和第五多通阀V5的通口3将C6以下烃类继续推动在第五色谱柱C5及第五色谱柱C5上分离，而保留在第四色谱柱C4上的C6及以上重烃被逆向推动，首先反吹进入FID检测，其他烃组分在第五色谱柱C5上完全分离后在经过第四色谱柱C4进入FID检测。第四色谱柱C4优选内径0.53mm，长度15m，第五色谱柱优选内径0.32mm，长度30m的毛细管柱，由于色谱柱固定相分别选择非极性的聚二甲基硅氧烷和三氧化二铝，因此能够保证热裂解反应气体产物中的烃类完全分离。

在本实用新型中可以根据组分的变化和分析要求，调整第四、第五多通阀切换的时间点，比如仅分析C1～C4烃类，就可在C4烃类进入第五色谱柱后立即反吹，可以进一步提高分析的速度。同时，在保证分离度的前提下，适当提高载气流速，优化柱温箱程序升温等分离方法条件，可实现更快速的分析。

样品分析结束后，如图4所示，所有多通阀关闭，一次分析结束。本装置可以通过程序控制器编制程序，实现自动采样、进样和分析的自动循环。

本实用新型利用可冷浴的收集罐、微孔过滤器、多通阀、定量管和不同类型色谱柱的组合，以及载气和气体压力控制、柱温箱、双检测器建立了一种热裂解反应气体产物的快速的在线分析装置，成本低廉，操作简便，可实现自动化。

Claims

1.一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，包括反应气体产物收集罐(T)、微孔过滤器(F)、自动进样阀系统、气路、快速分析色谱柱系统、柱温箱(E)、双检测器；

所述反应气体产物收集罐(T)顶部设有气体产物出口(A)，与微孔过滤器(F)入口相连；

所述自动进样阀系统包括第一、二、三多通阀(V1、V2、V3)和第一、二定量管(L1、L2)；所述微孔过滤器(F)的出口与第一多通阀(V1)的通口1相连；第一多通阀(V1)的通口2与第二多通阀(V2)的通口3相连，第一定量管(L1)与第二多通阀(V2)的通口4和第二多通阀(V2)通口1相连，第二多通阀(V2)的通口2与第三多通阀(V3)的通口4连接，第二定量管(L2)与第三多通阀(V3)的通口6和第三多通阀(V3)的通口3相连；

快速分析色谱柱系统包括第四多通阀(V4)、第五多通阀(V5)和第一、二、三、四、五色谱柱(C1、C2、C3、C4、C5)；第五多通阀(V5)的通口2与第三多通阀(V3)的通口1连接；第一色谱柱(C1)与第二多通阀(V2)的通口5和第二多通阀(V2)的通口9相连，第二色谱柱(C2)与第二多通阀(V2)的通口8和第四多通阀(V4)的通口3相连，第三色谱柱(C3)与第四多通阀(V4)的通口4和第四多通阀(V4)的通口5之间，第四色谱柱(C4)与第五多通阀(V5)的通口4和第五多通阀(V5)的通口1相连，第五色谱柱(C5)与第五多通阀(V5)的通口3和第五多通阀(V5)的通口5相连；

所述双检测器包括热导检测器(TCD)和氢火焰离子化检测器(FID)，分别与第四多通阀(V4)的通口6和第五多通阀(V5)的通口6的相连；

所述气路包括六路，其中两路同时与氢火焰离子化检测器(FID)连接，其余四路分别与第三多通阀(V3)的通口2、第二多通阀V2的通口10、第二多通阀(V2)的通口7和热导检测器(TCD)连接。

2.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，反应气体产物收集罐(T)中部设置有反应产物入口(S)，与裂解反应器产物经初级冷凝过滤后的气体产物出口相连接；反应气体产物收集罐(T)底部设有液体产物出口(B)，反应气体产物收集罐(T)外部设有循环冷浴(D)。

3.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，第四多通阀(V4)的通口1和第四多通阀(V4)的通口2之间连接有保持压力平衡的阻尼管(R)。

4.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，第一多通阀(V1)为三位二通阀，第二多通阀(V2)为十位二通阀，第三多通阀(V3)为六位二通阀，第四多通阀(V4)和第五多通阀(V5)均为六位二通阀。

5.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，所述微孔过滤器(F)为管线式过滤器，采用卡套连接方式连接，过滤孔径范围为0.1～1μm。

6.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，其中第一、二、三、四、五色谱柱(C1、C2、C3、C4、C5)均安装在柱温箱(E)中。

7.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，所述气路共有四种气体氩气、氮气、氢气和空气，每一路均有气体自动压力流量控制器监测调控；与第三多通阀(V3)的通口2连接的气路为氮气；与第二多通阀(V2)的通口10、第二多通阀(V2)的通口7和热导检测器(TCD)相连的气路为氩气；与氢火焰离子化检测器(FID)连接的两条气路分别为氢气和空气。

8.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，所述五个多通阀均采用气动或者电动方式控制阀快速开关。

9.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，所述第一、二、三色谱柱(C1、C2、C3)均采用三根不锈钢填充色谱柱，长度为1～2m，内径为2mm；第四、五色谱柱(C4、C5)采用两根毛细管色谱柱，内径分别为0.32mm或0.53mm，长度10～30m，第四、五色谱柱(C4、C5)固定相分别选择非极性的聚二甲基硅氧烷和三氧化二铝。

10.根据权利要求1所述的一种热裂解反应气体产物在线快速分析装置，其特征在于，所述第一、二定量管(L1、L2)的体积范围均为0.1～1mL。