从溶有油份的液态二氧化碳中收集油份的装置和萃取设备的制作方法

本发明涉及石油、天然气开发领域，特别涉及超临界二氧化碳(CO₂)萃取设备。本发明还涉及用于这种萃取设备的从溶有油份的二氧化碳中收集油份的装置。

背景技术：

在温度超过31℃和压力大于7.382MPa的状态下，CO₂处于超临界状态。超临界状态的CO₂对有机物质具有很强的溶解能力，因而超临界状态的CO₂广泛应用于有机组分的萃取领域，如用于提取植物油、萃取高分子聚合物等。

在石油勘探领域中，可使用超临界状态的CO₂萃取泥页岩烃源岩和储集岩中的油份组分。由此，对分离出来的油份组分进行分子标志化合物分析、油源对比、烃源岩评价、储层含油性评价等。与常规四氯甲烷等有机溶剂抽提相比，超临界CO₂萃取具有方便快捷、安全环保等优点。

目前，已有不少厂家开发出了CO₂超临界萃取仪。这些仪器使用方法通常为：在仪器的萃取釜中放入适量的60目到100目的烃源岩或储集岩样品，然后通入CO₂并调节至需要的温度和压力，以使CO2处于超临界状态。经过一定时间(如30分钟)后，将携带有油份的CO₂通入收集器中以收集所萃取的油份。

这些CO₂超临界萃取仪具有以下缺点：在收集器内容纳有用于吸收油份组分的正己烷，但是实际上仍然有很多油份组分并没有被正己烷所吸收。这导致后续的研究结果非常不准确，甚至难以进行后续的研究。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种从溶有油份的二氧化碳中收集油份的装置。通过本发明的装置能够完全收集溶解在二氧化碳中的油份，因此能够大幅提高使用二氧化碳超临界萃取分析岩石样品的精确性。本发明还涉及包括这种装置的萃取设备。

根据本发明的第一方面，提出了一种从溶有油份的二氧化碳中收集油份的装置，包括：第一收集组件，其用于初步收集溶有油份的二氧化碳中的油份，和设置在第一收集组件下游并与之连通的第二收集组件，第二收集组件用于精细收集来自第一收集组件的气体中的油份，第一收集组件收集的油份为C5-C9的油份和C10以上的油份，第二收集组件收集的油份为C1-C4的油份和痕量的C5-C9的油份。

如本领域的技术人员熟知，C1-C4的油份为气态，C5-C9的油份虽为液态但是具有很强的挥发性，C10以上的油份为液态。在现有技术中，气态的C1-C4的油份和挥发出来的C5-C9的油份非常难以被收集，而导致后续的研究结果不准确。根据本发明的装置能够全部收集C10以上的全部油份。更重要地是，通过设置第二收集组件，对于在第一收集组件难以全部收集的C5-C9的油份和C1-C4的油份也实现了全部收集。由此，解决了漏掉岩石样品的油份的缺陷，后续的研究结果也会因此而准确。这就为油气烃源岩评价、油气源对比、储集岩质量评价以及油气资源潜力分析等奠定了基础。

在一个实施例中，第一收集组件包括填充有液态有机溶剂的第一容器，第二收集组件与第一容器连通，溶有油份的液态二氧化碳被通入到液态有机溶剂内以使得C5-C9的油份和C10以上的油份被收集到液态有机溶剂内。优选地，液态有机溶剂为正己烷。

在一个实施例中，在第一容器内还以浸没在液态有机溶剂内的方式设置有多孔的气体分布器，溶有油份的液态二氧化碳在穿过气体分布器后以气泡方式进入到液态有机溶剂内。通过设置气体分布器，在溶有油份的液态二氧化碳在穿过气体分布器时会变成气体，并且这些气体会被气体分布器上的多个孔分散成众多微小的气泡。这样，就增大了油份与液态有机溶剂的接触面积，进而提高了液态有机溶剂对油份的吸收率。

在一个优选的实施例中，气体分布器为设置在第一容器底部的多面体。这样，首先，通过导管将溶有油份的液态二氧化碳直接通入到气体分布器的内部，然后二氧化碳以及油份再从气体分布器内出来进入到液态有机溶剂内。由于气体分布器处于第一容器底部，因此溶有油份的二氧化碳经气体分布器而形成的多微小的气泡会从第一容器底部向上运动。这就延长了油份与液态有机溶剂的接触时间，进一步提高了液态有机溶剂对油份的吸收率。

在一个优选的实施例中，气体分布器内的孔的孔径在0.5mm到1.0mm之间。这种孔径能够产生适当大小的气泡，而且不会对溶有油份的二氧化碳的运动带来大的阻力。整个装置因此能流畅且高效地运行。

在一个实施例中，第二收集组件包括与第一收集组件连通的富集器和设置在富集器下游并与之连通的气体收集器。富集器用于除去来自第一收集组件的气体中的绝大部分的二氧化碳，由此实现C1-C4的油份和痕量的C5-C9的油份的富集。这样可以极大地减轻设置在下游的气体收集器的工作负荷。此外，在将油份富集之后，气体收集器收集到的气态油份中的二氧化碳的含量极低，甚至能够满足分析要求，这就大大简化了后期的分析工作。

在一个实施例中，富集器包括填充有碱液的第二容器，第二容器的入口端与第一收集组件连通，出口端与气体收集器连通，来自第一收集组件的气体在经过第二容器后，二氧化碳被碱液吸收而实现C1-C4的油份和痕量的C5-C9的油份的富集。优选地，碱液可为氢氧化钠的水溶液。

在一个实施例中，第二容器为竖直设置，在第二容器内竖直设置有填充有碱液的曲折管道，曲折管道的下端开口为用以接收来自第一收集组件的气体的入口，上端开口为所富集的C1-C4的油份和痕量的C5-C9的油份的出口，曲折管道的入口和出口均与第二容器内的碱液连通。

在第二容器内设置曲折管道后，由于气体的密度小于液体的密度，因此来自第一收集组件的气体会自动从曲折管道的入口运动到曲折管道的出口，在实现吸收二氧化碳的同时简化了使用者的操作。另外，曲折管道延长了二氧化碳与碱液的接触时间，这有助于提高二氧化碳的吸收效果。更重要地是，在气体在曲折管道内向出口运行时，曲折管道内的碱液也会被气体携带而流出曲折管道的出口进入到第二容器的上部。同时，处于第二容器底部的碱液会从曲折管道的入口补充流入到曲折管道内。这样，就在第二容器和曲折管道内形成了碱液的自动循环补充。由此，曲折管道内的碱液就保持在一定的浓度而不是大幅度地下降，这就进一步提高了对二氧化碳的吸收效率。

在一个实施例中，在第二容器的出口端和入口端均设置有大口朝向上游的漏斗件，曲折通道设置在两个漏斗件之间，并且曲折通道的出口延伸到出口端处的漏斗件内，曲折通道的入口与入口端处的漏斗件相连，来自第一收集组件的气体被通入到入口端的漏斗件内而进入曲折管道内。通过设置两个漏斗件可避免气体 进入到第二容器内，而不是进入到曲折管道内，这可保证完全收集油份。

根据本发明的第二方面，提出了一种萃取设备，其包括根据上文所述的从溶有油份的二氧化碳中收集油份的装置。

在本申请中，用语“上游”、“下游”是以溶有油份的二氧化碳的流动来界定的。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置第二收集组件，对于在第一收集组件难以全部收集的C5-C9的油份和C1-C4的气体组份也实现了全部收集。由此，本发明的装置能够全部收集C10以上的油份，解决了漏掉岩石样品的油份的缺陷，后续的研究结果也会因此而准确。这就为油气烃源岩评价、油气源对比、储集岩质量评价以及油气资源潜力分析等奠定了基础。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了根据本发明的从溶有油份的二氧化碳中收集油份的装置。

图2示意性地显示了根据本发明的气体分布器的顶部视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的从溶有油份的二氧化碳中收集油份的装置10(以下称之为装置10)。在一个实施例中，这里所述的二氧化碳通常为使用二氧化碳超临界萃取后烃源岩或储集岩等后溶解有油份的液态的二氧化碳。当然，二氧化碳也可以为其他状态的二氧化碳。本发明的装置10可以用于二氧化碳超临界萃取设备(未示出)中，用以收集溶解在超临界二氧化碳内的物质。

如图1所示，装置10包括第一收集组件11和设置在第一收集组件11下游的第二收集组件12。下面来分别详细描述第一收集组件11和第二收集组件12。

第一收集组件11包括第一容器103。在第一容器103内填充有正己烷104。正己烷为有机溶剂，液态油份能良好地溶解在正己烷中，但是二氧化碳并不能溶解在正己烷中而是以气体形式排出。当溶解有油份的液态二氧化碳经管路101被 输送到第一容器103后，二氧化碳会变成气泡而经第一容器103的出气管108离开第一容器103，而绝大部分的C5-C9的油份和C10以上的全部油份会被收集到正己烷中，由此实现了收集大部分的油份。

具体而言，如图1所示，第一容器103可选择为狭长型的桶状体。在第一容器103的出口塞有密封塞子102。管路101穿过塞子102延伸到第一容器103的底部。这样，溶解有油份的二氧化碳只能从第一容器103的底部向上运动，这延长了二氧化碳以及其携带的油份在正己烷内的运动路径，有助于提高油份的收集效果。

在一个实施方案中，还在第一容器103的底部设置有多孔的气体分布器105。气体分布器105可以为盘状结构，也可为三维立体的多面体形式，例如为圆柱体、棱柱体、球体、椭球体等立体形式。图2示意性地显示了圆柱形气体分布器105的顶部示意图。从图2中可清楚地看出，在圆柱形气体分布器105的中部区域设置有用于管路101的接口1011，接口1011延伸到气体分布器105的内部。在气体分布器105上还设置有多个从接口1011延伸到表面的孔106。这样，超临界CO₂在超临界萃取仪中萃取油份后会携带油份经管路101连接管进入到气体分布器105的内部。气体分布器105上的孔106会将CO₂分散成众多的微小的气泡107并携带油份进入正己烷104中，这极大地增加了油份与正己烷104的接触面积，有利于油份的吸收。此外，众多气泡107在狭长的第一容器103中向上移动，会经历较长时间，也有利于油份在正己烷104内的吸收。

优选地，孔106的孔径在0.5mm到1.0mm之间。这样，气体分布器105不会对CO₂以及油份的运动带来大的运动阻力，有助于整个装置10的顺畅运转。

第一容器103的出气管108内的气体成分为二氧化碳、C1-C4的油份以及痕量的C5-C9的油份。这是由于，中重质油份，即C10以上的油份会全部溶解到正己烷104内；大部分C5-C9的油份也会溶解到正己烷104内，但仍有极少量会从正己烷104中挥发出来；而C1-C4的油份会较多地从正己烷104中挥发出来。为了收集C1-C4的油份以及痕量的C5-C9的油份，在第一收集组件11下游设置了第二收集组件12。

如图1所示，第二收集组件12包括富集器201和与富集器201的出口相连的气体收集器301。富集器201可为填充有碱液(例如氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液)的桶装的第二容器204。第二容器204的下端开口209为与第一收集组件 11连通的入口端，第二容器204的上端开口208为出口端，气体收集器301通过管道210与上端开口208相连通。这样，来自第一收集组件11的气体在经过第二容器204后，二氧化碳被碱液吸收而实现油份的富集。油份又经管道210进入到气体收集器301而实现收集所有的C1-C4的油份以及痕量的C5-C9的油份。

为了进一步提高对二氧化碳的吸收效率，第二容器204为竖直设置，并且在第二容器204内竖直设置有填充有碱液的曲折管道206。曲折管道206的入口202设置在曲折管道206下端并与第二容器204的下端开口209对应以用以接收来自第一收集组件11的气体，曲折管道206的出口203设置在曲折管道206上端并与第二容器204的上端开口208对应以用于排除所富集的油份。此外，曲折管道206的入口202和出口203均与第二容器204内的碱液连通。

曲折管道206能够增加以CO₂为主的混合气体经过碱液的距离和时间，以达到充分吸收CO₂并富集油份的目的。具体来说，由于气体的密度小于液体的密度，来自第一收集组件11的气体会自动从曲折管道206的入口202运动到曲折管道206的出口203。由此，气体的运动路径由直线变成曲折线，也就延长了气体经过碱液的距离和时间，这有助于提高二氧化碳的吸收效果。

更重要地是，在气体在曲折管道206内向出口203运行时，曲折管道206内的碱液也会被气体携带而流出曲折管道206的出口203进入到第二容器204的上部。与此同时，处于第二容器204底部的碱液会从曲折管206道的入口202补充流入到曲折管道206内。这样，在第二容器204和曲折管道206内形成了碱液的自动循环补充，曲折管道206内的碱液就保持在一定的浓度而不是大幅度地下降，这就进一步提高了对二氧化碳的吸收效率。

此外，还在第二容器204内设置有对应于曲折管道206的入口202和出口203的漏斗件205、207。具体来说，曲折通道206就处于在两个漏斗件205、207之间，曲折通道206的入口202漏斗件205相连，并且曲折通道206的出口203延伸到漏斗件207内，而漏斗件207与第二容器204的上端开口208相连。这样，来自第一收集组件11的气体经第二容器204的下端开口209被通入到漏斗件205内而进入曲折管道206的入口202。所富集的油份则经曲折管道206的入口202、漏斗件207以及第二容器204的上端开口208离开富集器201。漏斗件205、207可防止气体进入到第二容器204内，而不是进入到曲折管道206内，这可保证完全收集油份。

可使用排水集气法收集来自富集器201的油份。例如，气体收集器301包括盛有饱和氯化钠水溶液的水槽302和倒置在水槽302内的集气瓶303。排水集气法的原理是本领域的技术人员所熟知，这里不再赘述。

由此，根据本发明的装置10实现收集全部的C1-C4的油份、C5-C9的油份以及C10以上的油份。这解决了漏掉岩石样品的油份的缺陷，后续的研究结果也会因此而准确。这就为油气烃源岩评价、油气源对比、储集岩质量评价以及油气资源潜力分析等奠定了基础。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。