天然气单体组分高保真富集分离装置、方法及系统与流程

本发明涉及天然气分析测定，特别地涉及一种天然气单体组分高保真富集分离装置、方法及系统。

背景技术：

1、天然气在石油地质学中，通常指油田气和气田气，其组成以气态低分子烃为主，并含有非烃气体。天然气中甲烷组分含量与总烃气(主要是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷)组分含量的比值称为“天然气干燥系数”，一般将干燥系数＞95％的天然气称为干气，＜95％的称为湿气。研究天然气中的烃类组分，可为天然气来源、成因等方面提供有机地球化学参数指标。对于干气而言，其组分以甲烷为主，其它烃类组分的含量较低，常用的色谱及同位素仪器一般难以检测；而湿气中丙烷及以上烃类一般含量低，这也导致天然气可用研究指标受限。另外随着分子内特定位置碳同位素和团簇同位素等新技术的出现，对天然气单一组分的分析纯度提出了更高的要求。

2、目前，天然气纯化传统的工艺是采用低温蒸馏和膜分离的方法，其中低温蒸馏一般采用大型工艺设备进行长时间的反复重蒸分馏，需要在较低的温度和高压下实现，浪费了大量的成本；利用膜分离的天然气组分纯度不高，分离膜不能重复利用，且制备时间长、方法复杂、成本高，不易推广。另外也有采用低温冷阱纯化分离天然气组分，由于烃类组分具有相近的分子大小、分子量和沸点，非常难以分离，分离纯度不高。

3、因此，需要提出一种全新的天然气单体组分高保真富集分离装置与方法，解决以上现有分离手段存在的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的天然气纯化分离手段存在的操作繁复、成本高以及分离效果不佳的问题，本申请提出了一种天然气单体组分高保真富集分离装置、方法及系统。

2、第一方面，本发明提出了一种天然气单体组分高保真富集分离装置，所述分离装置包括：

3、分离组件，其包括色谱柱；

4、富集组件，其连接于所述色谱柱的输出端，所述富集组件包括多个依次串联的冷阱单元且每个所述冷阱单元均具有一定的富集温度；

5、收集组件，其包括连接于所述富集组件中最末端的所述冷阱单元的输出端的样品收集管；

6、其中，沿天然气样品在所述富集组件中的流动方向，多个所述冷阱单元的富集温度依次降低。

7、在一个实施方式中，还包括：

8、真空泵，其通过三通阀连接在所述富集组件与所述收集组件之间的管路上，所述真空泵具有真空压力控制器。

9、在一个实施方式中，所述分离组件与所述富集组件之间设置有四通阀，所述四通阀的四个接口分别连接所述分离组件的输出端、所述富集组件的输入端、载气瓶以及放空管路。

10、在一个实施方式中，相邻两个冷阱单元之间以及所述富集组件中最末端的所述冷阱单元与收集组件之间的管路上均设置有阀门组件，所述阀门组件包括沿天然气样品的流动方向依次设置的两通阀与三通阀。

11、在一个实施方式中，所述富集组件中直接连接所述色谱柱的所述冷阱单元的输入端处设置有三通阀。

12、在一个实施方式中，所述色谱柱的输出端处设置有热导检测器。

13、第二方面，本发明提出了一种天然气单体组分高保真富集分离方法，应用于上述的分离装置，包括：

14、向分离组件的色谱柱中输入天然气样品，进行色谱分离，保持所述色谱柱的输出端连通放空管路；

15、当所述色谱柱的输出端检测到所述天然气样品中目标组分的信号时，切换所述色谱柱的输出端至导通富集组件；

16、使所述目标组分依次通过所述富集组件中多个串联且分别具有一定富集温度的冷阱单元，使所述目标组分冷冻富集在其所依次经过的多个所述冷阱单元中最末端的目标冷阱单元中；

17、在富集到所述目标组分后，关闭对应的所述目标冷阱单元的输入端与输出端，将所述目标冷阱单元输入端前端的管路切换至放空；

18、在所有的所述目标组分冷冻富集完毕后，根据与所述目标组分富集的先后顺序相同的顺序，对相应的所述目标组分进行收集。

19、在一个实施方式中，根据与所述目标组分富集的先后顺序相同的顺序，对相应的所述目标组分进行收集，包括：

20、使当前富集有所述目标组分的全部所述目标冷阱单元中位于最末端的所述目标冷阱单元作为目标收集单元，使所述目标收集单元的输出端切换至打开状态并保持与设置在所述富集组件后端的样品收集管的连通；

21、加热所述目标收集单元，使其富集的所述目标组分汽化并进入所述样品收集管中；

22、在当前的所述目标收集单元中的所述目标组分收集完毕后，更换所述样品收集管，并在剩余的所述目标冷阱单元中重新确定出下一个进行收集的所述目标收集单元。

23、在一个实施方式中，加热所述目标收集单元之前，还包括：

24、启动设置在所述富集组件与所述样品收集管之间的真空泵，对所述目标收集单元以及所述样品收集管进行抽真空；

25、抽真空完毕后，保持目标收集单元与所述样品收集管的连通并关闭所述真空泵的抽真空端。

26、第三方面，本发明提出了一种天然气单体组分高保真富集分离系统，包括上述的分离装置以及与所述分离装置电连接的控制装置，进而具备其所具备的全部技术效果。

27、上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

28、本发明提供的一种天然气单体组分高保真富集分离装置、方法及系统，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

29、本发明的一种天然气单体组分高保真富集分离装置、方法及系统，采用色谱分离和多级冷阱纯化富集相结合的手段，可以对色谱分离后的天然气单一组分进一步纯化富集，实现天然气单体组分的高保真富集分离，分离富集效果好、操作流程简单、过程时间短，分离后的天然气组分可用于稳定碳同位素等地球化学研究，提供更加真实完善的数据资料。

技术特征：

1.一种天然气单体组分高保真富集分离装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的天然气单体组分高保真富集分离装置，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的天然气单体组分高保真富集分离装置，其特征在于，所述分离组件与所述富集组件之间设置有四通阀，所述四通阀的四个接口分别连接所述分离组件的输出端、所述富集组件的输入端、载气瓶以及放空管路。

4.根据权利要求1所述的天然气单体组分高保真富集分离装置，其特征在于，相邻两个冷阱单元之间以及所述富集组件中最末端的所述冷阱单元与收集组件之间的管路上均设置有阀门组件，所述阀门组件包括沿天然气样品的流动方向依次设置的两通阀与三通阀。

5.根据权利要求1至4任一项所述的天然气单体组分高保真富集分离装置，其特征在于，所述富集组件中直接连接所述色谱柱的所述冷阱单元的输入端处设置有三通阀。

6.根据权利要求1至4任一项所述的天然气单体组分高保真富集分离装置，其特征在于，所述色谱柱的输出端处设置有热导检测器。

7.一种天然气单体组分高保真富集分离方法，应用于如权利要求1至6任一项所述的分离装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的天然气单体组分高保真富集分离方法，其特征在于，根据与所述目标组分富集的先后顺序相同的顺序，对相应的所述目标组分进行收集，包括：

9.根据权利要求8所述的天然气单体组分高保真富集分离方法，其特征在于，加热所述目标收集单元之前，还包括：

10.一种天然气单体组分高保真富集分离系统，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的分离装置以及与所述分离装置电连接的控制装置。

技术总结
本发明提供了一种天然气单体组分高保真富集分离装置、方法及系统，该装置包括：分离组件，其包括色谱柱；富集组件，其连接于所述色谱柱的输出端，所述富集组件包括多个依次串联的冷阱单元且每个所述冷阱单元均具有一定的富集温度；收集组件，其包括连接于所述富集组件中最末端的所述冷阱单元的输出端的样品收集管；其中，沿天然气样品在所述富集组件中的流动方向，多个所述冷阱单元的富集温度依次降低。基于本发明的技术方案，采用色谱分离和多级冷阱纯化富集相结合的手段，可以对色谱分离后的天然气单一组分进一步纯化富集，实现天然气单体组分的高保真富集分离，分离富集效果好、操作流程简单、过程时间短。

技术研发人员：马媛媛,李吉鹏,王杰,陶成,杨华敏,把立强,李璐赟,俞凌杰
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15