用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置，包括：第一单元，其包括用于富集丙烷的冷阱、与冷阱相连接的用于分离丙烷的第一色谱仪，以及与第一色谱仪相连接的用于对丙烷进行加氢裂解的裂解管；以及第二单元，其包括与裂解管相连接的用于分离丙烷及丙烷裂解产物的第二色谱仪，以及与第二色谱仪相连接的用于测量碳同位素值的同位素质谱仪。本发明专利技术还提供了一种用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析方法。的位碳同位素分析方法。的位碳同位素分析方法。

【技术实现步骤摘要】
用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置和方法


[0001]本专利技术涉及天然气分析的领域，具体涉及到一种用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析分析装置，以及一种用于微痕量丙烷的位碳同位素分析方法。

技术介绍

[0002]天然气在石油地质学中，通常指油田气和气田气，以烃类组成为主，主要成分有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。当天然气中甲烷含量(占总烃气比值)在95％以上的称为干气，甲烷含量低于95％，而乙烷以上等烷烃的含量在5％以上的称为湿气。
[0003]有机质生成天然气过程中，优先断裂
12
C
‑
12
C键，导致残余母质
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C相对富集。烃类气体产物在早期生成时端位贫
13
C，晚期生成时端位相对富集
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C。这种分子内特定位置的同位素分馏主要与天然气母质、成熟度和形成机理等有关。通过测定分子内特定位置同位素，可以提供天然气来源、成熟度和形成机制等信息。
[0004]分子内特定位置碳同位素(简称“位碳同位素”)分析是在稳定碳同位素之后发展起来一项新技术，它是根据测定一个给定分子特定位置碳原子的同位素组成或者说是测定不同碳原子位置的
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C同位素体的相对丰度(如丙烷：
13
CH3–
CH2–
CH3和CH3–
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CH2‑
CH3)发展起来的一项测试技术。
[0005]目前，国内外对分子内特定位置碳同位素测定方法主要有
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C定量NMR、超高分辨率质谱、离线化学/酶降解以及在线裂解。然而，这些方法在应用于天然气中丙烷的位碳同位素分析时只能用于标准气体或丙烷含量较高的湿气，无法应用于天然气、尤其是干气中微痕量丙烷的分析。

技术实现思路

[0006]针对如上所述的技术问题，本专利技术旨在提供一种用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置，其能够快速、准确地检测天然气中微痕量丙烷的位碳同位素值，同时计算量小，计算流程简化，且数据分析效率高。本专利技术还旨在提供一种用于微痕量丙烷的位碳同位素分析方法。
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置，包括：第一单元，其包括用于富集丙烷的冷阱、与所述冷阱相连接的用于分离丙烷的第一色谱仪，以及与所述第一色谱仪相连接的用于对丙烷进行加氢裂解的裂解管；以及第二单元，其包括与所述裂解管相连接的用于分离丙烷及丙烷裂解产物的第二色谱仪，以及与所述第二色谱仪相连接的用于测量碳同位素值的同位素质谱仪。
[0008]在一个实施例中，所述冷阱接受来自进样口的天然气，并将冷却后的流体输送给所述第一色谱仪的第一色谱柱。
[0009]在一个实施例中，在所述第一色谱仪和所述裂解管之间设有四通阀。其中，所述四通阀包括：与所述第一色谱柱连接的第一端口；与放空阀连接的第二端口，用于排出天然气中的非丙烷成分；与载气源连接的第三端口，用于提供载气；以及与所述裂解管连接的第四
端口，用于将从天然气中分离出的丙烷输送给所述裂解管。
[0010]在一个实施例中，所述第二色谱仪包括第二色谱柱和第三色谱柱，来自所述裂解管的丙烷及丙烷裂解产物分成两股进入到所述第二色谱柱和第三色谱柱中。
[0011]在一个实施例中，所述第二色谱柱连接有氢火焰离子检测器，用于对丙烷及丙烷裂解产物中的烃类组分进行定性和含量计算。
[0012]在一个实施例中，所述第三色谱柱通过氧化炉与所述同位素质谱仪相连接，从而将丙烷及丙烷裂解产物氧化为二氧化碳后输送给所述同位素质谱仪。
[0013]在一个实施例中，在所述第三色谱柱和所述氧化炉之间设置有反吹阀，用于除去丙烷及丙烷裂解产物中的其它组分。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析方法，包括如下步骤：通过使天然气经过冷阱来富集丙烷，并将富集丙烷后的天然气输送到第一色谱仪；通过所述第一色谱柱来分离丙烷，并将分离出的丙烷输送给裂解管，在所述裂解管中对丙烷进行加氢裂解；将来自所述裂解管的丙烷及丙烷裂解产物分成两股输送到第二色谱柱和第三色谱柱中；利用与所述第二色谱柱相连的氢火焰离子检测器来对丙烷及丙烷裂解产物中的烃类组分进行定性和含量计算，并且利用与所述第三色谱柱相连的同位素质谱仪来测量丙烷及丙烷裂解产物中的烃类组分的碳同位素值；以及，根据所得到的烃类组分和含量以及碳同位素值来计算丙烷的位碳同位素值。
[0015]在一个实施例中，对来自所述第三色谱柱的丙烷及丙烷裂解产物进行除杂质和氧化处理，然后输送给所述同位素质谱仪。
[0016]在一个实施例中，在所述第一色谱柱和裂解管之间设置阀机构，所述阀机构构造成仅将从天然气中分离出的丙烷输送给所述裂解管，而将从天然气中分离出的其它成分放空，同时为所述裂解管提供载气。
[0017]根据本专利技术的位碳同位素分析装置，可以实现天然气、尤其是干气中微痕量丙烷的在线富集分离、丙烷加氢裂解，以及碳同位素检测。通过设置在第一色谱柱的上游处的冷阱，可以实现微痕量丙烷的在线富集。另外，通过设置第一色谱仪的分析条件，可以实现天然气中微痕量丙烷的在线分离。
[0018]根据本专利技术的位碳同位素分析装置，通过在第一色谱仪的下游设置裂解管，使得通过第一色谱仪的第一色谱柱从天然气中分离出来的丙烷在加氢条件下发生裂解，从而减少裂解产物碳化，降低炔烃产生。在传统的位碳同位素分析装置中，裂解产物可能存在乙炔、丙二烯、丙炔以及其它长链烃类等较多二次裂解产物。这就使得计算时需要采用较多的分馏因子来矫正同位素数值，由此产生较大的计算偏差。而在本专利技术中采用了加氢裂解，因此裂解产物主要为甲烷、乙烷等化合物，含有较少二次裂解产物，同位素分馏降低。由此，方便了位碳同位素的计算，避免了二次裂解产物炔烃所导致的计算偏差，并且极大地简化了计算流程。
[0019]利用根据本专利技术的用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析方法来测定丙烷位碳同位素，所需的样品量少，能有效富集天然气中微痕量丙烷，适用于天然气、尤其是干气中丙烷的位碳同位素测定。整个分析流程时间较短，避免了繁杂的前处理过程和计算流程，极大提高了分析效率。
附图说明
[0020]下面将参照附图对本专利技术进行说明。
[0021]图1示意性显示了根据本专利技术的用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置的结构。
[0022]在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本专利技术的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
[0023]以下通过附图来对本专利技术进行介绍。
[0024]图1显示了根据本专利技术的用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置100。在本专利技术的范围内，用语“微痕量”指分析对象的气体摩尔含量不超过0.4％。
[0025]根据本专利技术的用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置100主要包括彼此连接的第一单元和第二单元。如图1所示，第一单元包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于天然气中微痕量丙烷的位碳同位素分析装置(100)，包括：第一单元，其包括用于富集丙烷的冷阱(103)、与所述冷阱(103)相连接的用于分离丙烷的第一色谱仪(101)，以及与所述第一色谱仪(101)相连接的用于对丙烷进行加氢裂解的裂解管(110)；和第二单元，其包括与所述裂解管(110)相连接的用于分离丙烷及丙烷裂解产物的第二色谱仪(201)，以及与所述第二色谱仪(201)相连接的用于测量碳同位素值的同位素质谱仪(207)。2.根据权利要求1所述的位碳同位素分析装置(100)，其特征在于，所述冷阱(103)接受来自进样口(102)的天然气，并将冷却后的流体输送给所述第一色谱仪(101)的第一色谱柱(108)。3.根据权利要求2所述的位碳同位素分析装置(100)，其特征在于，在所述第一色谱仪(101)和所述裂解管(110)之间设有四通阀(109)，其中，所述四通阀(109)包括：与所述第一色谱柱(108)连接的第一端口(109A)；与放空阀连接的第二端口(109B)，用于排出天然气中的非丙烷成分；与载气源连接的第三端口(109C)，用于提供载气；以及与所述裂解管(110)连接的第四端口(109D)，用于将从天然气中分离出的丙烷输送给所述裂解管(110)。4.根据权利要求3所述的位碳同位素分析装置(100)，其特征在于，所述第二色谱仪(201)包括第二色谱柱(202)和第三色谱柱(203)，来自所述裂解管(110)的丙烷及丙烷裂解产物分成两股进入到所述第二色谱柱(202)和第三色谱柱(203)中。5.根据权利要求4所述的位碳同位素分析装置(100)，其特征在于，所述第二色谱柱(202)连接有氢火焰离子检...

【专利技术属性】
技术研发人员：马媛媛，陶成，把立强，杨华敏，李璐赟，李广友，俞凌杰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：