专利名称：一种色谱气样的在线预处理装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气相色谱分析的样品处理装置，更具体地说，涉及一种用于在线分析裂解炉气样的预处理装置及其使用方法。
背景技术：
石化工业是国民经济的支柱产业，乙烯装置则是石油化工工业的龙头装置，乙烯生产的方法很多，但以管式炉裂解技术最为成熟，世界上绝大多数的乙烯都是由管式炉裂解法生产的。作为石化生产过程中的重要装置，乙烯裂解炉的主要控制目标是控制裂解深度、生产量和产品的选择性，有效的裂解操作依赖于对急冷器出口裂解气的精确在线分析。由于乙烯裂解炉出口产品温度高、含水量大、组成复杂，根据裂解炉控制的需求通常选择氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷作为在线分析的检测组分。在线色谱具有测量范围宽、分析准确、分析周期短、自动化程度高、分析数据连续性强、数据可以反馈给DCS系统用于先进控制的特点，因此在工业乙烯裂解装置中，运用在线色谱对裂解气中关键组分进行分析，对裂解炉裂解深度等参数进行监测和控制。由于乙烯裂解炉出口裂解气温度高、含水量大、组成复杂，包括氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等轻组分，也有裂解汽油、柴油、焦油等粘稠组分，还有酸性气体等，其沸点从零下二百五十多度到零上几百度，由于固体杂质会造成整个在线取样分析系统堵塞，水分、重质烃类等会造成在线色谱的污染、使用寿命缩短、数据准确性下降等问题，因此在实际应用过程中需要使用裂解气取样系统除去裂解产物样品中的固体杂质、水分和重质烃类组分，把裂解气样品输出到在线色谱仪。目前大、中型乙烯生产装置普遍使用的在线色谱仪取样系统主要包括取样器、样品预处理系统和样品操作系统几部分。取样器通常为漩涡冷却器，安装于裂解炉产品出口工艺管线上，将复杂的裂解样品净化，经过滤回流段和冷却脱水段，将固体颗粒、重质烃类组分以及水分回流到工艺管道，将轻组分以一定的流速均匀的向样品预处理系统输出；样品预处理系统的作用是将样品进一步净化并向样品操作系统输出；样品操作系统安装于在线色谱前端，主要作用包括流路切换、大气平衡和校正气路切换。裂解炉在线分析系统在实际运行过程中，裂解在线分析取样位置位于裂解炉产品出口，样品温度高、含大量水及大量焦油等液体重组分，由于样品中不可避免的含有液体成分及杂质颗粒，取样过程管线易发生堵塞，另外由于预处理系统目前存在较多的问题，进入在线色谱的样品含重组分较多，造成色谱柱的污染，分析数据波动范围和频率都较大等问题，在线色谱无法连续、稳定的运行，难以提供准确的控制裂解炉裂解深度的基础数据。
发明内容
为了解决现有乙烯裂解炉在线分析过程中存在的问题，本发明提供一种样品气在线预处理装置和使用方法，对裂解炉产品出口经漩涡冷却器取得的在线分析样品进行处理。该装置无须对原裂解炉取样系统改造，安装使用简便；通过清除样品中的液体、固体杂质，调节样品流量，将样品气洁净、稳定输出至色谱，实现乙烯裂解炉在线分析长期稳定、准确运行。本发明的一种色谱气样的在线预处理装置是这样实现的:一种色谱气样的在线预处理装置，所述色谱气样中夹带有水和重质烃类；所述预处理装置a4包括:箱体11、缓冲沉降罐2、排液罐4、排液阀5、气体过滤器
6、压力调节阀8以及连接管线；所述连接管线的内表面上分布有高度为I 100微米的细小突起，并且该细小突起由纳米级超微细小结构组成，形成低表面张力的超微纳米结构；所述色谱气样通过连接管线，进入缓冲沉降罐2进行沉降分离，分离得到的液相进入排液罐4，再经过排液阀5排出所述预处理装置a4 ;分离得到的气相进入气体过滤器6，再经过压力调节阀8调节并稳定压力后，连续输入在线色谱a5。具体实施时，所述预处理装置a4还包括:用于加热箱体11的电加热器10和箱体保温层。所述预处理装置a4还包括:位于压力调节阀8之后的清洗切换阀9，所述清洗切换阀9是三通阀，分别连接色谱气样、用于清洗的蒸汽和所述在线色谱a5，在线预处理装置a4与在线色谱a5间的管线污染、堵塞时，可以切断色谱气样输出，并利用蒸汽冲洗所述管线。本发明优选的实施方案是:所述预处理装置a4包括:箱体11、缓冲沉降罐2、可以观察液位的可视排液罐4、排液阀5、气体过滤器6、压力调节阀8，位于压力调节阀8之后清洗切换阀9，用于加热箱体11的电加热器10和箱体保温层，以及连接管线；所述连接管线采用不锈钢材质，其内表面利用超疏水涂料处理，该内表面上分布由50 100纳米粒径的超微细小结构组成的高度为10 20微米的细小突起，形成低表面张力的超微纳米结构；所述色谱气样通过连接管线，进入缓冲沉降罐2进行沉降分离，分离得到的液相进入排液罐4，再经过排液阀5排出所述预处理装置a4 ;分离得到的气相进入气体过滤器6，再经过压力调节阀8调节并稳定压力后，连续输入在线色谱a5。所述清洗切换阀9是三通阀，分别连接色谱气样、清洗蒸汽和所述在线色谱a5，在线预处理装置a4与在线色谱a5间的管线污染、堵塞时，可以切断色谱气样输出，并利用蒸汽冲洗所述管线。本发明在线预处理装置的使用方法是这样实现的:所述色谱气样为乙烯裂解炉样品气，其中夹带有水和重质烃类；使用内表面为低表面张力的超微纳米结构的连接管线，将安装于乙烯裂解炉的漩涡冷却器的出口连接到所述预处理装置a4的缓冲沉降罐2，将所述清洗切换阀9的色谱气样通路连接到在线色谱a5，将所述清洗切换阀9的清洗蒸汽通路连接到中压蒸汽，并对所述漩涡冷却器和所述在线色谱a5与所述预处理装置a4的连接管线全程伴热；由乙烯裂解炉的漩涡冷却器来的裂解气样品，通过连接管线，进入所述预处理装置a4的缓冲沉降罐2进行沉降分离，所述裂解气样品中夹带的水及重质烃类经沉降分离后进入排液罐4，在经过排液阀5排出所述预处理装置a4 ;分离得到的气相进入气体过滤器6，再经过压力调节阀8调节并稳定压力后，连续输入在线色谱a5前段的样品操作系统并最终进入在线色谱a5 ；在所述预处理装置a4运行时，利用所述电加热器10加热箱体11，利用所述箱体保温层保温;当在线预处理装置a4与在线色谱a5间的管线污染、堵塞时，切换清洗切换阀9切断色谱气样输出，利用中压蒸汽冲洗上述管线。乙烯裂解炉样品气在线预处理装置是安装在乙烯裂解炉在线分析取样器出口的箱式单元，预处理装置的入口通过不锈钢管线与漩涡冷却器出口连接，预处理装置出口通过不锈钢管线连接在线色谱前段的样品操作系统并最终进入在线色谱。漩涡冷却器输出的裂解气样品首先进入缓冲沉降罐，夹带的水及重质烃类在罐内沉降并最终通过可视排液罐排出，气体样品通过气体过滤器进一步净化，再通过压力表和压力调节阀进行压力调节以稳定的流量输出。本装置部件使用不锈钢管线连接，连接用不锈钢管线内表面均经过处理，采用低表面张力的超微纳米结构:管道内表面分布细小突起(I 100微米)，每个突起又是由纳米级超微细小突起组成。由于在各突起间的凹陷部份充满气体，在紧贴壁面上形成一层极薄、只有纳米级厚的气体层，这样液滴附着在壁面时，由于尺寸上远大于这种结构，液滴与壁面主体隔着一层极薄的空气，只能同壁面几个微小突起的凸出点接触。液滴在自身的表面张力作用下形成或接近球状，造成类似“荷叶效应”的效果。液滴更易滚动、滑落，在重力或气体吹扫下进入液体收集装置，避免了造成如下结果:液相残留附着在壁面，气体流动过程中可能夹带液相杂质，液相随气体样品进入色谱柱从而污染色谱仪，造成在线分析系统无法正常工作。本装置部件使用不锈钢管线连接，连接用不锈钢管线内表面均经过处理，采用低表面张力的超微纳米结构，。通过应用纳米和微米级超微结构，管道表面形成疏水结构，基于界面体系界面能最小原理，使得液相界面与固体表面的接触角增大，形成类似“荷叶效应”的效果，使液相难以附着在管内表面，从而使加强液体在管道内的流动性，液滴更易滑落收集，从而消除液滴管壁残留。这样可以有效去除样品中夹带的液相物质，减少气样中杂质夹带。本装置采用电加热，相比以往的蒸汽加热，温度控制更加精准，有利于裂解气样品的稳定、洁净。本装置设置了蒸汽清洗回路，利用裂解路的中压蒸汽，当在线预处理装置与在线色谱间的管线污染、堵塞时，可以切断色谱气样输出，并利用蒸汽冲洗所述管线。本发明的突出特点是:(1)无须对原裂解炉取样系统改造，安装简便，工作稳定可靠，不受环境条件变化影响。(2)本装置采用集成式设计便于使用和维护。(3)本装置对裂解炉在线分析样品进行有效的净化及稳压，保证样品气稳定、具有样本代表性，使分析数据准确、稳定，能够为裂解炉实现裂解深度控制提供数据基础；有效去除杂质，为在线色谱提供洁净的分析样品气，从而确保在线色谱能长期有效运行。
图1:乙烯裂解炉样品气在线预处理装置示意图；图2:乙烯裂解炉在线分析物流流程示意图
具体实施例方式下面对照附图、结合实施例进一步详述本发明的技术方案，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式
。实施例(一 )乙烯裂解炉样品气在线色谱分析的预处理装置:乙烯裂解炉样品气中夹带有水和重质烃类；该预处理装置包括:箱体11、缓冲沉降罐2、可以观察液位的可视排液罐4、排液阀5、气体过滤器6、压力调节阀8，位于压力调节阀8之后清洗切换阀9，用于加热箱体11的电加热器10和箱体保温层，以及连接管线；该预处理装置的连接管线采用不锈钢材质，其内表面利用超疏水涂料处理，形成低表面张力的超微纳米结构，壁面分布100纳米左右的超微结构组成的10微米左右的细小突起；清洗切换阀9是三通阀，分别连接色谱气样、清洗蒸汽和所述在线色谱a5。( 二)乙烯裂解炉样品气在线色谱分析的预处理装置的使用方法:(I)本装置的连接方式为:将安装于乙烯裂解炉的漩涡冷却器的出口连接到所述预处理装置的缓冲沉降罐2，将清洗切换阀9的色谱气样通路连接到在线色谱a5，将所述切换阀9的清洗蒸汽通路连接到中压蒸汽，并对所述漩涡冷却器和所述在线色谱a5与所述预处理装置的连接管线全程伴热；由乙烯裂解炉的漩涡冷却器来的裂解气样品，通过连接管线，进入缓冲沉降罐2进行沉降分离，裂解气样品中夹带的水及重质烃类经沉降分离后进入排液罐4，在经过排液阀5排出预处理装置；分离得到的气相进入气体过滤器6，再经过压力调节阀8调节并稳定压力后，连续输入在线色谱a5前段的样品操作系统并最终进入在线色谱a5 ；在预处理装置运行时，利用所述电加热器10加热箱体11，利用所述箱体保温层保温，使箱体内物料保持恒定温度范围，可防止因为温度波动导致物料组成变化从而影响样本准确性；当在线预处理装置与在线色谱a5间的管线污染、堵塞时，切换清洗切换阀9切断色谱气样输出，利用中压蒸汽冲洗上述管线。在使用中可一台或多台乙烯裂解炉的漩涡冷却器通过管线共用I台在线色谱a5。裂解在线样品从裂解炉出口工艺管线al取出，依次通过漩涡冷却器a2、乙烯裂解炉样品气在线预处理a4、样品操作系统a4到达在线色谱a5进行分析。(2)本装置的操作方式为:确认裂解炉漩涡冷却器处于关闭状态，完成装置安装后，全部开关阀处于关闭状态，三通切换阀9处于B位置，电加热丝10开始通电加热，稳定10分钟后，打开开关阀I并开启裂解炉漩涡冷却器，样品气11进入乙烯裂解炉样品气在线预处理装置依次通过积液罐2、气体过滤器6、压力表7、压力调节阀8、三通切换阀9，调节压力调节阀8同时观察压力表7将样品压力调节至80 lOOKPa，经净化的样品以稳定的流量向后续管线输出并最终到达在线色谱a5。(3)本装置巡检、维护方式为:乙烯裂解炉操作平稳的情况下，每日巡检确定压力表7读数正常，使用红外测温仪测定装置内部件外表温度为50 60°C ;每周进行一次排液，打开开关阀3使积液罐2中的液体流入可视排液罐4，关闭阀3然后打开开关阀5进行排液；每月检查气体过滤器6，根据情况进行滤芯更换。当样品气在线预处理装置至在线色谱a5间的管线污染、堵塞时，可通过切换三通阀9切断样品气输出，同时打开阀门12使用中压蒸汽冲洗管线。在线预处理装置由于采用电加热，可以准确控制箱体内温度，而来自乙烯装置的中压蒸汽由于其本身温度、流速并不稳定，无法达到电加热控制的准确度和稳定性；通过箱体内温度的准确控制，减少烃类组分由于温度变化而凝结，从而保证气体组分的稳定；装置对样品气中的水、固体颗粒及重质烃类液滴过滤效果明显；由于管线内表面采用低表面张力的超微纳米结构，避免了液相挂壁，有效消除取样管线、在线色谱堵塞现象，避免了气体样品中夹带微小液滴，避免了色谱柱受污染及分析数据波动的情况；设定样品气在线预处理装置压力控制为80 lOOKpa，样品流量稳定可控，避免了流量波动对在线色谱分析数据的影响；样品在管线中凝结的情况基本消除。通过本装置，使进入色谱的气体样品稳定、清洁，分析结果可以真实反映裂解炉的实时运行状况，为裂解的实时监测、控制提供数据支撑，可有效提高裂解炉先进控制水平。
权利要求
1.一种色谱气样的在线预处理装置，所述色谱气样中夹带有水和重质烃类； 所述预处理装置(a4)包括:箱体(11)、缓冲沉降罐(2)、排液罐(4)、排液阀(5)、气体过滤器(6)、压力调节阀(8)以及连接管线； 所述连接管线的内表面上分布有高度为I 100微米的细小突起，并且该细小突起由纳米级超微细小结构组成，形成低表面张力的超微纳米结构； 所述色谱气样通过连接管线，进入缓冲沉降罐(2)进行沉降分离，分离得到的液相进入排液罐(4)，再经过排液阀(5)排出所述预处理装置(a4);分离得到的气相进入气体过滤器(6)，再经过压力调节阀(8)调节并稳定压力后，连续输入在线色谱(a5)。
2.根据权利要求1所述的在线预处理装置，其特征在于: 所述预处理装置(a4)还包括:用于加热箱体(11)的电加热器(10)和箱体保温层。
3.根据权利要求1所述的在线预处理装置，其特征在于: 所述预处理装置(a4)还包括:位于压力调节阀(8)之后的清洗切换阀(9)，所述清洗切换阀(9)是三通阀，分别连接色谱气样、用于清洗的蒸汽和所述在线色谱(a5)，在线预处理装置(a4)与在线色谱(a5)间的管线污染、堵塞时，可以切断色谱气样输出，并利用蒸汽冲洗所述管线。
4.根据权利要求1所述的在线预处理装置，其特征在于: 所述预处理装置(a4)包括:箱体(11)、缓冲沉降罐(2)、可以观察液位的可视排液罐 (4)、排液阀(5)、气体过滤器(6)、压力调节阀(8)，位于压力调节阀(8)之后清洗切换阀(9)，用于加热箱体(11)的电加热器(10)和箱体保温层，以及连接管线； 所述连接管线采用不锈钢材质，其内表面利用超疏水涂料处理，该内表面上分布由50 100纳米粒径的超微细小结构组成的高度为10 20微米的细小突起，形成低表面张力的超微纳米结构； 所述色谱气样通过连接管线，进入缓冲沉降罐(2)进行沉降分离，分离得到的液相进入排液罐(4)，再经过排液阀(5)排出所述预处理装置(a4);分离得到的气相进入气体过滤器(6)，再经过压力调节阀(8)调节并稳定压力后，连续输入在线色谱(a5)。
所述清洗切换阀(9)是三通阀，分别连接色谱气样、清洗蒸汽和所述在线色谱(a5)，在线预处理装置(a4)与在线色谱(a5)间的管线污染、堵塞时，可以切断色谱气样输出，并利用蒸汽冲洗所述管线。
5.根据权利要求4所述的在线预处理装置的使用方法: 所述色谱气样为乙烯裂解炉样品气，其中夹带有水和重质烃类； 使用内表面为低表面张力的超微纳米结构的连接管线，将安装于乙烯裂解炉的漩涡冷却器的出口连接到所述预处理装置(a4)的缓冲沉降罐(2)，将所述清洗切换阀(9)的色谱气样通路连接到在线色谱(a5)，将所述清洗切换阀(9)的清洗蒸汽通路连接到中压蒸汽，并对所述漩涡冷却器和所述在线色谱(a5)与所述预处理装置(a4)的连接管线全程伴热； 由乙烯裂解炉的漩涡冷却器来的裂解气样品，通过连接管线，进入所述预处理装置(a4)的缓冲沉降罐(2)进行沉降分离，所述裂解气样品中夹带的水及重质烃类经沉降分离后进入排液罐(4)，在经过排液阀(5)排出所述预处理装置(a4);分离得到的气相进入气体过滤器出)，再经过压力调节阀(8)调节并稳定压力后，连续输入在线色谱(a5)前段的样品操作系统并最终进入在线色谱(a5)；在所述预处理装置(a4)运行时，利用所述电加热器(10)加热箱体(11)，利用所述箱体保温层保温； 当在线预处理装置(a4)与在线色谱(a5)间的管线污染、堵塞时，切换清洗切换阀(9)切断色谱气样输出，利用中压蒸 汽冲洗上述管线。
全文摘要
本发明提供了一种色谱气样的在线预处理装置，主要用于乙烯裂解炉样品气在线预处理。预处理装置为箱式结构，安装于乙烯裂解炉在线分析取样器出口，和在线色谱之间。预处理装置主要由缓冲沉降罐、可视排液罐、气体过滤器、压力调节阀、清洗切换阀和电加热系统及保温部件组成，连接管线内表面采用低表面张力的超微纳米结构。色谱气样经处理可去除水、固体杂质及重质烃类液滴，以稳定流量向在线色谱输出。
文档编号G01N30/06GK103091428SQ201110346649
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者周丛, 巴海鹏, 王国清, 张兆斌, 陈硕, 薛丽敏, 南秀琴, 司宇辰, 杜志国 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院