專利名稱：間歇開放式原油裂解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裂解裝置，具體是指一種對(duì)原油進(jìn)行裂解實(shí)驗(yàn)的間歇開放式原油裂解 裝置。
背景技術(shù)：
地層中的有機(jī)質(zhì)在地?zé)嶙饔孟?，首先生成原油，如溫度進(jìn)一步升高，則原油將發(fā)生裂 解而生成天然氣。原油生成天然氣的過程中，由于氣體壓力的不斷的增大，氣體可通過巖 石的空隙或裂隙連續(xù)的或間歇性的向外排出，而未裂解的原油則在原地繼續(xù)裂解過程。在 油氣地球化學(xué)研究中，需要用實(shí)驗(yàn)方法研究原油的裂解過程。現(xiàn)有的人工模擬實(shí)驗(yàn)與天然地質(zhì)條件有很大不同。在地質(zhì)條件下，原油經(jīng)歷的是低溫 (小于20(TC)、長時(shí)間(數(shù)百萬年至數(shù)億年)的緩慢過程，在這種低溫條件下，原油可以 保持液體狀態(tài)而在原地持續(xù)裂解過程；但在人工模擬條件下，時(shí)間不能太長(一般為2-20 天)，為彌補(bǔ)時(shí)間的不足就必須提高反應(yīng)溫度，因而常用的溫度是300-700°C。在這樣高的 溫度下，原油在未裂解前即已汽化，如不封閉反應(yīng)容器，汽化的原油將逸出從而使裂解過 程停止。由于上述原因，目前國內(nèi)外都是采用封閉式容器進(jìn)行原油裂解實(shí)驗(yàn)，即等待反應(yīng) 結(jié)束后再打開容器取出氣體，但這種方法顯然不符合地質(zhì)條件下裂解生成的氣體呈連續(xù)或 間歇性排出的規(guī)律。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種盡可能模擬自然地質(zhì)條件下的原油裂解過程的間歇開放式 原油裂解實(shí)驗(yàn)裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為間歇開放式原油裂解實(shí)驗(yàn)裝置，包 括高壓容器，設(shè)在高壓容器中的支撐柱，設(shè)在高壓容器和支撐柱之間的黃金套。所述的支 撐柱的外表面和黃金套的內(nèi)面形成密封的天然氣反應(yīng)室，所述的高壓容器的內(nèi)表面和黃金 套的外面形成密封的高壓室。所述的支撐柱上設(shè)有連通天然氣反應(yīng)室的排氣口，排氣口上 連通有排氣管道，排氣管道的另一端經(jīng)天然氣收集閥連接有天然氣收集瓶。所述的排氣口 上設(shè)有可控制排氣口打開或關(guān)閉的活動(dòng)閥針。所述的高壓容器上設(shè)有連通高壓室的進(jìn)液口， 進(jìn)液口上連通有進(jìn)液管道，進(jìn)液管道與高壓液體連通。所述的高壓容器外設(shè)有加熱器和液 氮噴嘴。所述的高壓容器上設(shè)有熱電偶，熱電偶連接有可控制加熱器和液氮噴嘴工作狀態(tài) 的溫度控制器。本發(fā)明在使用時(shí)，將待反應(yīng)的原油樣品裝載到天然氣反應(yīng)室中，活動(dòng)閥針封閉排氣口， 高壓液體經(jīng)進(jìn)液管道進(jìn)入高壓室中，由于黃金的柔軟特性，黃金套在外部高壓液體的擠壓 下產(chǎn)生變形，緊貼支撐柱，并對(duì)原油樣品施加壓力，對(duì)原油樣品施加壓力的可真實(shí)地模擬 地質(zhì)條件。啟動(dòng)加熱器，使天然氣反應(yīng)室中的原油樣品受熱發(fā)生裂解產(chǎn)生氣體。裂解完成 后，關(guān)閉加熱器，使高壓液體排出，液氮噴嘴噴出液氮對(duì)高壓容器實(shí)行冷卻，再打開封閉 在排氣口上的活動(dòng)閥針，裂解產(chǎn)生的氣體經(jīng)排氣口和排氣管道進(jìn)入到天然氣收集瓶內(nèi)，而剩余未裂解的原油因冷凍作用仍留在天然氣反應(yīng)室中以進(jìn)行下一次的裂解。熱電偶可測(cè)量 高壓容器的溫度，溫度控制器控制加熱器和液氮噴嘴工作狀態(tài)以實(shí)行對(duì)高壓容器的加熱和 冷卻。由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有下述的優(yōu)點(diǎn)1. 可以研究原油在不同溫度階段產(chǎn)生的天然氣的數(shù)量、成分等。2. 由于反應(yīng)在壓力環(huán)境下進(jìn)行，較為真實(shí)的模擬了自然地質(zhì)條件。3. 反應(yīng)容器用純金或鍍金的器件，利用金的化學(xué)反應(yīng)惰性，避免了其他金屬可能對(duì)油 裂解的催化作用。其中純金的黃金套12在反應(yīng)結(jié)束后可融化重新制作，僅需支付少 量的加工費(fèi)，因而實(shí)驗(yàn)成本不高。4. 本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)過程易于采用電腦程序控制，極大的提高了實(shí)驗(yàn)效率及實(shí)驗(yàn)精度，降 低了人工消耗。


圖1是間歇開放式原油裂解實(shí)驗(yàn)裝置的剖視圖。圖中高壓容器l、支撐柱2、黃金套3、天然氣反應(yīng)室4、高壓室5、排氣口6、排氣 管道7、天然氣收集瓶8、活動(dòng)閥針9、進(jìn)液口 10、進(jìn)液管道ll、加熱器12、液氮噴嘴13、 熱電偶14、溫度控制器15、凸臺(tái)16、裙邊17、定位筒18、支撐架19、限位臺(tái)20、活動(dòng)壓 環(huán)21、中空部22、活動(dòng)閥針孔23、黃金密封墊24、黃金密封圈25、石墨密封圈26、高壓 閥27、排水閥28、氣動(dòng)活塞桿29、彈簧30、油壓機(jī)活塞桿31、石棉隔熱墊32、真空閥33、 天然氣收集閥34、液氮閥35。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明所述的間歇開放式原油裂解實(shí)驗(yàn)裝置，包括高壓容器l，設(shè)在高壓 容器1中的支撐柱2，設(shè)在高壓容器1和支撐柱2之間的黃金套3。高壓容器l、支撐柱2 由316不銹鋼制成。所述的支撐柱2的外表面和黃金套3的內(nèi)面形成密封的天然氣反應(yīng)室4， 所述的高壓容器1的內(nèi)表面和黃金套3的外面形成密封的高壓室5。所述的支撐柱2上設(shè)有 連通天然氣反應(yīng)室4的排氣口 6，排氣口 6上連通有排氣管道7，排氣管道7的另一端經(jīng)天 然氣收集閥34連接有天然氣收集瓶8，所述的排氣口 6上設(shè)有可控制排氣口 6打開或關(guān)閉 的活動(dòng)閥針9。裂解時(shí)，活動(dòng)閥針9關(guān)閉排氣口6，裂解完成后，活動(dòng)閥針9打開排氣口6， 原油裂解產(chǎn)生的天然氣經(jīng)排氣口 6、排氣管道7、天然氣收集闊34進(jìn)入天然氣收集瓶8中。 所述的高壓容器1上設(shè)有連通高壓室5的進(jìn)液口 10，進(jìn)液口 10上連通有進(jìn)液管道11，進(jìn) 液管道11與高壓液體連通，高壓液體可為水，高壓液體經(jīng)進(jìn)液管道11和進(jìn)液口 10進(jìn)入高 壓室5中，黃金套3在外部高壓液體的擠壓下產(chǎn)生變形，緊貼支撐柱2，并對(duì)原油樣品施加 壓力，對(duì)原油樣品施加壓力的可真實(shí)地模擬地質(zhì)條件。所述的高壓容器1外設(shè)有加熱器12 和液氮噴嘴13，加熱器12可為電阻爐或高頻加熱器，液氮噴嘴13經(jīng)液氮閥35與液氮連接， 加熱器12通電發(fā)熱可對(duì)高壓容器1內(nèi)的天然氣反應(yīng)室4中的原油樣品進(jìn)行加熱，液氮噴嘴 13噴出的液氮可迅速地冷卻原油樣品。所述的高壓容器1上設(shè)有熱電偶14，熱電偶14連接有可控制加熱器12和液氮噴嘴13工作狀態(tài)的溫度控制器15。熱電偶可測(cè)量高壓容器的溫度，溫度控制器控制加熱器和液氮噴嘴工作狀態(tài)以實(shí)行對(duì)高壓容器的加熱和冷卻，以便 進(jìn)行溫度程序控制。所述的支撐柱2的端部設(shè)有與高壓容器1開口端面相配合的凸臺(tái)16，所述的黃金套3 設(shè)有置于高壓容器1開口端面和凸臺(tái)16的下面之間的裙邊17,將支撐柱2上的凸臺(tái)16和 和高壓容器1的開口端面相對(duì)擠壓，黃金套3的裙邊17受到高壓容器1端面和凸臺(tái)16的 下面的上下擠壓，形成密封效果，支撐柱2的外表面和黃金套3的內(nèi)面就形成密封的天然 氣反應(yīng)室4，高壓容器1的內(nèi)表面和黃金套3的外面就形成密封的高壓室5。本發(fā)明還可以包括定位筒18和設(shè)置在定位筒18上的支撐架19，所述的高壓容器1和 支撐柱2的上部可軸向活動(dòng)地設(shè)于定位筒18中，定位筒18的上端設(shè)有限位臺(tái)20，支撐架 19用于整個(gè)裝置的固定，將高壓容器1往上推時(shí)，限位臺(tái)20與高壓容器1相互作用可將凸 臺(tái)16和和高壓容器1的開口端面相對(duì)擠壓，此外所述的高壓容器1和支撐柱2的上部可在 定位筒18中軸向活動(dòng)的結(jié)構(gòu)便于將高壓容器1、支撐柱2、黃金套3三者裝配和分離以清 洗和裝載原油樣品。所述的定位筒18內(nèi)上部設(shè)有壓在支撐柱2的排氣口 6上的活動(dòng)壓環(huán)21，活動(dòng)壓環(huán)21 和支撐柱2之間設(shè)有黃金密封圈25，活動(dòng)壓環(huán)21在排氣口 6上方設(shè)有與排氣管道7連通的 中空部22，活動(dòng)壓環(huán)21上設(shè)有活動(dòng)閥針孔23，所述的活動(dòng)閥針9活動(dòng)設(shè)在活動(dòng)閥針孔23 中，活動(dòng)閥針9穿過中空部22的一端壓在排氣口6上，所述的活動(dòng)閥針9和排氣口 6之間 設(shè)有黃金密封墊24?；顒?dòng)閥針9未緊壓在排氣口 6時(shí)，氣體可沿排氣口 6與黃金密封墊24 的間隙進(jìn)入到中空部22中，再從排氣管道7排出。所述的活動(dòng)閥針9與活動(dòng)閥針孔23之間設(shè)有石墨密封圈26，石墨密封圈26在高溫的 條件下仍可保證密封性，氣體不會(huì)從活動(dòng)閥針9與活動(dòng)閥針孔23之間的間隙中逸出。所述的進(jìn)液管道11上設(shè)有高壓閥27，在進(jìn)液口 10和高壓閥27之間的進(jìn)液管道11上 設(shè)有排水閥28，打開高壓閥27并關(guān)閉排水閥28，高壓液體即可從進(jìn)液管道ll進(jìn)入高壓室 5中以對(duì)天然氣反應(yīng)室4施加壓力。關(guān)閉高壓閥27并打開排水閥28，高壓液體即可從高壓 室5中流出，天然氣反應(yīng)室4壓力消失。所述的活動(dòng)閥針9的上端接有氣動(dòng)活塞桿29，活動(dòng)閥針9上設(shè)有作用在支撐架19上使 活動(dòng)閥針9離開排氣口 6的彈簧30，氣動(dòng)活塞桿29的氣缸進(jìn)氣時(shí)，氣動(dòng)活塞桿29將活動(dòng) 閥針9向下頂，活動(dòng)閥針9的下端將黃金密封墊24緊壓在排氣口6上以關(guān)閉排氣口6。當(dāng) 需要打開排氣口6時(shí)，氣動(dòng)活塞桿29向上提，活動(dòng)閥針9在彈簧30的作用下向上運(yùn)動(dòng)， 黃金密封墊24不再緊壓在排氣口 6上，氣體可從排氣口 6中排出。所述的高壓容器1底面上接有油壓機(jī)活塞桿32，在高壓容器1與油壓機(jī)活塞桿31之間 設(shè)有石棉隔熱墊32。支撐架2固定好整個(gè)裝置，油壓機(jī)的油壓機(jī)活塞桿32向上運(yùn)動(dòng)，黃金 套3的裙邊17受到高壓容器1和支撐柱2的上下擠壓，形成密封效果。實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于高壓 容器1的溫度很高，石棉隔熱墊32可起到隔熱的作用。所述的排氣管道7上接有真空閥33，真空閥33接有抽真空機(jī)，可將天然氣反應(yīng)室4中的氣體抽真空。所述的支撐柱2的外表面設(shè)有鍍金層，鍍金層隋性好，在高溫下也不會(huì)與原油或天然氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本發(fā)明的工作原理及實(shí)驗(yàn)步驟如下1. 裝載樣品(1) 解除油壓機(jī)壓力，使油壓機(jī)活塞桿32向下移動(dòng)，取出使用過的黃金套3、支撐 柱2。(2) 清洗支撐柱2，更換新黃金套3，在黃金套3中注入待反應(yīng)的原油樣品(準(zhǔn)確稱 重)。(3) 將清洗過的支撐柱2和裝有原油樣品的在黃金套3按圖示復(fù)位。(4) 使油壓機(jī)活塞桿32向上移動(dòng)，由于支撐架19被固定，黃金套3的裙邊17受到 高壓容器1和支撐柱2的上下擠壓，形成密封效果，在黃金套3內(nèi)部與支撐柱2 外部形成一個(gè)封閉的天然氣反應(yīng)室4，待反應(yīng)的原油樣品即位于該空間內(nèi)。(5) 通過氣動(dòng)活塞桿29施加壓力使活動(dòng)閥針9向下移動(dòng)，壓緊黃金密封墊24，使排 氣口 6封閉。2. 開始實(shí)驗(yàn)(1) 關(guān)閉排水閥28，打開高壓水闊27，使高壓水進(jìn)入到高壓室5內(nèi)，由于黃金的柔 軟特性，黃金套3在外部高壓水的擠壓下產(chǎn)生變形，緊貼支撐柱2，并對(duì)原油樣 品施加壓力。對(duì)油樣施加壓力的目的是為了真實(shí)的模擬地質(zhì)條件。應(yīng)注意使高壓 水的壓力小于油壓機(jī)活塞桿32的壓力，以使黃金套3始終保持良好的密封裝態(tài)。(2) 啟動(dòng)加熱器12，使天然氣反應(yīng)室4溫度在10分鐘內(nèi)升到30(TC，恒溫2小時(shí)。(3) 關(guān)閉加熱器12。關(guān)閉高壓水閥27，打開排水閥28，使高壓水排出。(4) 打開液氮閥35，使液氮從液氮噴嘴13噴出，使天然氣反應(yīng)室4溫度迅速冷卻至 -80°C。(5) 關(guān)閉真空閥33，打開天然氣收集閥34。撤除氣動(dòng)活塞桿29的氣壓，活動(dòng)閥針9 上端的壓力消除，活動(dòng)閥針9在彈簧30的作用下向上移動(dòng)，天然氣反應(yīng)室4內(nèi) 的天然氣通過天然氣收集閥34進(jìn)入到天然氣收集瓶8內(nèi)(瓶內(nèi)事先已抽成真空)(6) 關(guān)閉天然氣收集閥34，取走天然氣收集瓶8，等待進(jìn)行進(jìn)一步分析。更換新的收 集瓶8 (己抽成真空)。(7) 打開真空閥33，排空天然氣反應(yīng)室4中的氣體。天然氣反應(yīng)室4內(nèi)的剩余原油 因冷凍作用仍留在原地等待繼續(xù)反應(yīng)。(8) 通過氣動(dòng)活塞桿29施加壓力使活動(dòng)閥針9向下移動(dòng)關(guān)閉排氣口 6，關(guān)閉真空閥 33、液氮閥35、排水閥28，打開高壓水閥27，第一溫度段(300°C)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。(9) 重復(fù)步驟(2)至(8)，使恒溫溫度為32(TC。依次類推，直至溫度達(dá)到620'C， 實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于包括高壓容器(1)，設(shè)在高壓容器(1)中的支撐柱(2)，設(shè)在高壓容器(1)和支撐柱(2)之間的黃金套(3)；所述的支撐柱(2)的外表面和黃金套(3)的內(nèi)面形成密封的天然氣反應(yīng)室(4)，所述的高壓容器(1)的內(nèi)表面和黃金套(3)的外面形成密封的高壓室(5)；所述的支撐柱(2)上設(shè)有連通天然氣反應(yīng)室(4)的排氣口(6)，排氣口(6)上連通有排氣管道(7)，排氣管道(7)的另一端經(jīng)天然氣收集閥(34)連接有天然氣收集瓶(8)；所述的排氣口(6)上設(shè)有可控制排氣口(6)打開或關(guān)閉的活動(dòng)閥針(9)；所述的高壓容器(1)上設(shè)有連通高壓室(5)的進(jìn)液口(10)，進(jìn)液口(10)上連通有進(jìn)液管道(11)，進(jìn)液管道(11)與高壓液體連通；所述的高壓容器(1)外設(shè)有加熱器(12)和液氮噴嘴(13)；所述的高壓容器(1)上設(shè)有熱電偶(14)，熱電偶(14)連接有可控制加熱器(12)和液氮噴嘴(13)工作狀態(tài)的溫度控制器(15)。
2.按照權(quán)利要求l所述的用于開放式生烴動(dòng)力學(xué)研究的準(zhǔn)確溫控?zé)峤庋b置，其特征 在于所述的支撐柱(2)的端部設(shè)有與高壓容器(1)開口端面相配合的凸臺(tái)(16)，所述 的黃金套(3)設(shè)有置于高壓容器(1)開口端面和凸臺(tái)(16)的下面之間的裙邊(17)。
3.按照權(quán)利要求2所述的間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于還包括定位筒(18) 和設(shè)置在定位筒(18)上的支撐架(19)，所述的高壓容器(1)和支撐柱(2)的上部可軸 向活動(dòng)地設(shè)于定位筒(18)中，定位筒(18)的上端設(shè)有限位臺(tái)(20)。
4 .按照權(quán)利要求3所述的間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于所述的定位筒(18) 內(nèi)上部設(shè)有壓在支撐柱(2)的排氣口 (6)上的活動(dòng)壓環(huán)(21)，活動(dòng)壓環(huán)(21)和支撐柱(2)之間設(shè)有黃金密封圈(25)，活動(dòng)壓環(huán)(21)在排氣口 (6)上方設(shè)有與排氣管道(7) 連通的中空部(22)，活動(dòng)壓環(huán)(21)上設(shè)有活動(dòng)閥針孔(23)，所述的活動(dòng)閥針(9)活動(dòng) 設(shè)在活動(dòng)閥針孔(23)中，活動(dòng)閥針(9)穿過中空部(22)的一端壓在排氣口 (6)上， 所述的活動(dòng)閥針(9)和排氣口 (6)之間設(shè)有黃金密封墊(24)。
5. 按照權(quán)利要求4所述的間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于所述的活動(dòng)閥針 (9)與活動(dòng)閥針孔(23)之間設(shè)有石墨密封圈(26)。
6. 按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于所 述的進(jìn)液管道(11)上設(shè)有高壓閥(27)，在進(jìn)液口 (10)和高壓閥(27)之間的進(jìn)液管道(11)上設(shè)有排水閥(28)。
7. 按照權(quán)利要求3所述的間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于所述的活動(dòng)閥針(9)的上端接有氣動(dòng)活塞桿(29)，活動(dòng)閥針(9)上設(shè)有作用在支撐架(19)上使活動(dòng)閥 針(9)離開排氣口 (6)的彈簧(30)。
8. 按照權(quán)利要求3所述的間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于所述的高壓容器 (1)底面上接有油壓機(jī)活塞桿(32)，在高壓容器(1)與油壓機(jī)活塞桿(31)之間設(shè)有石棉隔熱墊(32)。
9. 按照權(quán)利要求1至5中所述的間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于所述的排 氣管道(7)天然氣收集瓶(8)氣體收集閥(33)上接有真空闊(34)。
10.按照權(quán)利要求1至5中所述的間歇開放式原油裂解裝置，其特征在于所述的 支撐柱(2)的外表面設(shè)有鍍金層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種間歇開放式原油裂解裝置，其包括高壓容器(1)，支撐柱(2)，黃金套(3)。支撐柱的外表面和黃金套的內(nèi)面形成密封的天然氣反應(yīng)室(4)，高壓容器的內(nèi)表面和黃金套的外面形成密封的高壓室(5)。支撐柱上設(shè)有連通天然氣反應(yīng)室的排氣口，排氣口上連通有排氣管道(7)，排氣管道的連接有天然氣收集瓶(8)。排氣口上設(shè)有可控制排氣口打開或關(guān)閉的活動(dòng)閥針(9)。高壓容器上設(shè)有連通高壓室的進(jìn)液口(10)，進(jìn)液口上連通有進(jìn)液管道(11)，進(jìn)液管道與高壓液體連通。高壓容器外設(shè)有加熱器(12)和液氮噴嘴(13)。高壓容器上設(shè)有熱電偶(14)，熱電偶連接有可控制加熱器和液氮噴嘴工作狀態(tài)的溫度控制器(15)。
文檔編號(hào)C10G9/00GK101333452SQ200810028318
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者劉金鐘 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所