一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置及方法

摘要

本发明公开了一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置及方法，所述测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置包括增压恒温组件和测量组件，所述增压恒温组件包括高压驱替泵(1)、高低温交变实验箱(2)、平流泵Ⅰ(7)、平流泵Ⅱ(10)及真空泵(15)，所述高低温交变实验箱(2)中设置有中间容器Ⅰ(3)，所述高压驱替泵连接中间容器Ⅰ(3)，所述中间容器Ⅰ(3)、平流泵Ⅰ(7)、平流泵Ⅱ(10)及真空泵(15)分别连接测量组件；所述测量组件用以测量芳香烃含量。通过使用发明提出了一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置及方法，能够便捷地测定不同温度、压力条件下天然气中芳香烃种类及含量，同时也可以测量出芳香烃物质的析出量。

说明书

技术领域

本发明涉及天然气物性测试技术领域，尤其涉及一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置及方法。

背景技术

天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称，主要成分为烷烃。其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮、水和少量一氧化碳及其他微量稀有气体。随着近几年国内外油气田开发力度不断加大，一类富含芳香烃类物质(主要含有苯、甲苯及苯的同系物等)的天然气田逐渐被发现。此类物质由于凝点较高，苯的凝点在5.5℃附近，极易在天然气的生产分离器或是低温脱水器中产生固相析出，造成装置和管线的堵塞。因此，准确测定天然气中芳香烃类物质种类和含量，有助于为油气田安全开发提供技术保障。

对比现有的测量天然气中芳香烃含量的装置和方法而言。一种为低温冷冻法，该方法主要利用了低温条件下，冷凝出天然气样品中的固相物质，用吸收液吸收后进行色谱分析，但该方法很难保证在低温条件全部析出固相物质，易导致测量值偏小。另一种为空气中苯系物含量测试方法，该法为常压测试，无法适应天然气的相态变化，不能满足现场工况。对比现有的测量天然气中芳香烃物质析出量的方法，大多是采用低温称重的方法，但是该法无法排除冷凝水的影响，因此测量值容易偏大。因此，如何实现便捷地测定不同温度、压力条件下天然气中芳香烃种类及含量，是一个亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置，所述测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置包括增压恒温组件和测量组件，其中：

所述增压恒温组件包括高压驱替泵、高低温交变实验箱、平流泵Ⅰ、平流泵Ⅱ及真空泵，所述高低温交变实验箱中设置有中间容器Ⅰ，所述高压驱替泵连接中间容器Ⅰ，所述中间容器Ⅰ、平流泵Ⅰ、平流泵Ⅱ及真空泵分别连接测量组件。

所述测量组件包括中间容器Ⅱ、中间容器Ⅲ、吸附罐Ⅰ、吸附罐Ⅱ、集液瓶Ⅰ、集液瓶Ⅱ，所述中间容器Ⅱ上端连接平流泵Ⅰ，中间容器Ⅱ下端连接吸附罐Ⅰ上端，所述吸附罐Ⅰ下端连接集液瓶Ⅰ；所述中间容器Ⅲ上端连接平流泵Ⅱ，中间容器Ⅲ下端连接吸附罐Ⅱ上端，所述吸附罐Ⅱ下端连接集液瓶Ⅱ；通过对集液瓶中的液体进行色谱分析，确定样品中芳香烃物质的种类与含量。

优选的，所述吸附罐Ⅰ上端左侧装有进气截止阀Ⅰ，所述进气截止阀Ⅰ与中间容器Ⅰ相连；所述吸附罐Ⅰ上端右侧装有进液截止阀Ⅰ，进液截止阀Ⅰ与中间容器Ⅱ相连；所述吸附罐Ⅰ尾端左侧装有出液截止阀Ⅰ，所述出液截止阀Ⅰ连接集液瓶Ⅰ，所述集液瓶Ⅰ放置于天平Ⅰ内；所述吸附罐Ⅰ尾端右侧装有出气截止阀Ⅰ，所述出气截止阀Ⅰ连接吸附罐Ⅱ尾端左侧安装的进气截止阀Ⅱ。

优选的，吸附罐Ⅱ上端左侧装有进液截止阀Ⅱ，所述进液截止阀Ⅱ连接中间容器Ⅲ；所述吸附罐Ⅱ上端右侧装有出气截止阀Ⅱ，所述出气截止阀Ⅱ连接的有两个支路，支路一：出气截止阀Ⅱ与真空泵相连，支路二：所述出气截止阀Ⅱ与体积流量计相连；所述吸附罐Ⅱ尾端右侧装有出液截止阀Ⅱ，所述出液截止阀Ⅱ连接集液瓶Ⅱ，所述集液瓶Ⅱ放置于天平Ⅱ内。

优选的，所述吸附罐Ⅰ和吸附罐Ⅱ采用金属材料制成，可耐高温高压，吸附罐中填充吸附介质活性炭，用以吸附天然气中的芳香烃类物质；所述吸附罐Ⅰ和吸附罐Ⅱ装有的活性炭比例为2:1，吸附罐Ⅰ作为吸附作用，吸附罐Ⅱ作为检测作用。

优选的，所述中间容器Ⅰ中装有实验样品气体，中间容器Ⅱ和中间容器Ⅲ均装有解吸液，用来对吸附罐Ⅰ和吸附罐Ⅱ中的活性炭进行解吸；所述中间容器Ⅱ和中间容器Ⅲ中的解吸液应是二硫化碳、四氯化碳、冰乙酸、乙醇中的一种或多种混合物。

优选的，所述吸附罐Ⅰ由上盖Ⅰ与罐体Ⅰ组成；上盖Ⅰ左侧装有进气截止阀Ⅰ，上盖Ⅰ右侧装有进液截止阀Ⅰ，罐体Ⅰ底部左侧装有出液截止阀Ⅰ，罐体Ⅰ底部左侧装有出气截止阀Ⅰ；上述阀工作原理类似于针型阀，用以控制流体的流动。

优选的，所述吸附罐Ⅱ由上盖Ⅱ与罐体Ⅱ组成；上盖Ⅱ左侧装有进液截止阀Ⅱ，上盖Ⅱ右侧装有进液截止阀Ⅱ，罐体Ⅱ底部左侧装有出液截止阀Ⅱ，罐体Ⅱ底部左侧装有出气截止阀Ⅱ；上述阀工作原理类似于针型阀，用以控制流体的流动。

优选的，所述测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置各部件间采用管线进行连接。

本发明的另一方面提供一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的方法，所述测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的方法包括如下步骤：

实验装置排空：将备好的活性炭分别装入吸附罐Ⅰ和吸附罐Ⅱ。关闭进气截止阀Ⅰ、进液截止阀Ⅰ、出液截止阀Ⅰ、进液截止阀Ⅱ和出液截止阀Ⅱ，打开出气截止阀Ⅰ、进气截止阀Ⅱ和出气截止阀Ⅱ，调整高低温交变试验箱的温度为设定值，恒温一段时间后，打开真空泵，将整个装置抽真空。完毕后，关闭出气截止阀Ⅱ，拆除真空泵，连接体积流量计。

准备待测样品：利用高压驱替泵Ⅰ将中间容器Ⅰ中样品压力加压到实验测试压力Pi，再恒压，同时启动高低温交变试验箱，将中间容器Ⅰ中样品温度调至测试温度Ti，再恒温。

样品吸附：打开进气截止阀Ⅰ、出气截止阀Ⅰ、进气截止阀Ⅱ和出气截止阀Ⅱ。待通入一定体积的样品气后，记录体积流量计中读数，记为Q。关闭上述四个阀门。

样品解吸：分别打开进液截止阀Ⅰ和进液截止阀Ⅱ，利用平流泵Ⅰ和平流泵Ⅱ恒速推动中间容器Ⅱ和中间容器Ⅲ，向吸附罐Ⅰ和吸附罐Ⅱ中泵入解吸液，并分别记录泵入体积为V1和V2。泵入完成后，关闭进液截止阀Ⅰ和进液截止阀Ⅱ11，等待解吸。

排液：分别打开出液截止阀Ⅰ和出液截止阀Ⅱ，排出少量解吸液至集液瓶Ⅰ和集液瓶Ⅱ中，并密封保存。以备后续色谱分析使用。

色谱分析：将集液瓶Ⅰ和集液瓶Ⅱ中液体进行色谱分析，确定样品中的芳香烃物质种类与含量。

本发明的有益效果在于：通过本发明提供一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置及方法，可以有效测量出天然气中芳香烃物质的种类及含量，同时也可以不同温度压力下芳香烃物质的析出量，为气藏组分精细化测量提供了一种便利的装置和有效的方法，同时测量的结果可为防止天然气中芳香烃类物质析出提供实验数据。

附图说明

图1是本发明提供的测量天然气中芳香烃物质含量及析出量装置的结构示意图；

图2是吸附罐Ⅰ结构示意图；

图3是吸附罐Ⅱ结构示意图。

其中：1-高压驱替泵，2-高低温交变试验箱，3-中间容器Ⅰ，4-出液截止阀Ⅰ，5-吸附罐Ⅰ，6-进气截止阀Ⅰ，7-平流泵Ⅰ，8-中间容器Ⅱ，9-中间容器Ⅲ，10-平流泵Ⅱ，11-进液截止阀Ⅱ，12-出气截止阀Ⅱ，13-吸附罐Ⅱ，14-出液截止阀Ⅱ，15-真空泵，16-体积流量计，17-进气截止阀Ⅱ，18-集液瓶Ⅱ，19-天平Ⅱ，20-进液截止阀Ⅰ，21-出气截止阀Ⅰ，22-天平Ⅰ，23-集液瓶Ⅰ，24-上盖Ⅰ，25-罐体Ⅰ，26-上盖Ⅱ，27-罐体Ⅱ。

具体实施方式

为了对本发明的实施例进行详细说明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有测量天然气中芳香烃含量的装置和方法测量值偏差较大的不足，本发明提供一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置及方法设计方案。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的主要目的在于提供一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置及方法，旨在提供一种便捷测定不同温度、压力条件下天然气中芳香烃种类及含量的技术方案。

为实现上述目的，本发明提供了一种实施例，如图1所示，图1是本发明提供的测量天然气中芳香烃物质含量及析出量装置的结构示意图。

进一步的，一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置包括增压恒温组件和测量组件，其中：

所述增压恒温组件包括高压驱替泵1、高低温交变实验箱2、平流泵Ⅰ7、平流泵Ⅱ10及真空泵15，所述高低温交变实验箱中设置有中间容器Ⅰ3，所述高压驱替泵连接中间容器Ⅰ3，所述中间容器Ⅰ3、平流泵Ⅰ7、平流泵Ⅱ10及真空泵15分别连接测量组件；

所述测量组件包括中间容器Ⅱ8、中间容器Ⅲ9、吸附罐Ⅰ5、吸附罐Ⅱ13、集液瓶Ⅰ23、集液瓶Ⅱ18，所述中间容器Ⅱ8上端连接平流泵Ⅰ7，中间容器Ⅱ8下端连接吸附罐Ⅰ5上端，所述吸附罐Ⅰ5下端连接集液瓶Ⅰ23；所述中间容器Ⅲ9上端连接平流泵Ⅱ10，中间容器Ⅲ9下端连接吸附罐Ⅱ13上端，所述吸附罐Ⅱ13下端连接集液瓶Ⅱ23；通过对集液瓶中的液体进行色谱分析，确定样品中芳香烃物质的种类与含量。

进一步的，所述吸附罐Ⅰ5上端左侧装有进气截止阀Ⅰ6，所述进气截止阀Ⅰ6与中间容器Ⅰ3相连；所述吸附罐Ⅰ5上端右侧装有进液截止阀Ⅰ20，进液截止阀Ⅰ20与中间容器Ⅱ8相连；所述吸附罐Ⅰ5尾端左侧装有出液截止阀Ⅰ4，所述出液截止阀Ⅰ4连接集液瓶Ⅰ23，所述集液瓶Ⅰ23放置于天平Ⅰ22内；所述吸附罐Ⅰ5尾端右侧装有出气截止阀Ⅰ21，所述出气截止阀Ⅰ21连接吸附罐Ⅱ13尾端左侧安装的进气截止阀Ⅱ17。

进一步的，吸附罐Ⅱ13上端左侧装有进液截止阀Ⅱ11，所述进液截止阀Ⅱ11连接中间容器Ⅲ9；所述吸附罐Ⅱ11上端右侧装有出气截止阀Ⅱ12，所述出气截止阀Ⅱ12连接的有两个支路，支路一：出气截止阀Ⅱ12与真空泵15相连，支路二：所述出气截止阀Ⅱ12与体积流量计16相连；所述吸附罐Ⅱ13尾端右侧装有出液截止阀Ⅱ14，所述出液截止阀Ⅱ14连接集液瓶Ⅱ18，所述集液瓶Ⅱ18放置于天平Ⅱ19内。

进一步的，所述吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13采用金属材料制成，可耐高温高压，吸附罐中填充吸附介质活性炭，用以吸附天然气中的芳香烃类物质；所述吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13装有的活性炭比例为2:1，吸附罐Ⅰ5作为吸附作用，吸附罐Ⅱ13作为检测作用。

进一步的，所述中间容器Ⅰ3中装有实验样品气体，中间容器Ⅱ8和中间容器Ⅲ9均装有解吸液，用来对吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13中的活性炭进行解吸；所述中间容器Ⅱ8和中间容器Ⅲ9中的解吸液应是二硫化碳、四氯化碳、冰乙酸、乙醇中的一种或多种混合物。

进一步的，如图2所示，图2是吸附罐Ⅰ5结构示意图，所述吸附罐Ⅰ5由上盖Ⅰ24与罐体Ⅰ25组成；上盖Ⅰ24左侧装有进气截止阀Ⅰ6，上盖Ⅰ24右侧装有进液截止阀Ⅰ20，罐体Ⅰ底部左侧装有出液截止阀Ⅰ14，罐体Ⅰ底部左侧装有出气截止阀Ⅰ12；上述阀工作原理类似于针型阀，用以控制流体的流动。

进一步的，如图3所示，图3是吸附罐Ⅱ13结构示意图，所述吸附罐Ⅱ13由上盖Ⅱ26与罐体Ⅱ27组成；上盖Ⅱ26左侧装有进液截止阀Ⅱ20，上盖Ⅱ26右侧装有进液截止阀Ⅱ20，罐体Ⅱ底部左侧装有出液截止阀Ⅱ14，罐体Ⅱ底部左侧装有出气截止阀Ⅱ12；上述阀工作原理类似于针型阀，用以控制流体的流动。

进一步的，所述测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的装置各部件间采用管线进行连接。

本发明的另一实施例提供了一种一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的方法，所述测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的方法包括如下步骤：

本发明的另一方面提供一种测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的方法，所述测量天然气中芳香烃物质含量及析出量的方法包括如下步骤：

实验装置排空：将备好的活性炭分别装入吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13。关闭进气截止阀Ⅰ6、进液截止阀Ⅰ20、出液截止阀Ⅰ4、进液截止阀Ⅱ11和出液截止阀Ⅱ14，打开出气截止阀Ⅰ21、进气截止阀Ⅱ17和出气截止阀Ⅱ12，调整高低温交变试验箱的温度为设定值，恒温一段时间后，打开真空泵15，将整个装置抽真空。完毕后，关闭出气截止阀Ⅱ12，拆除真空泵15，连接体积流量计16。

准备待测样品：利用高压驱替泵Ⅰ1将中间容器Ⅰ3中样品压力加压到实验测试压力Pi，再恒压，同时启动高低温交变试验箱2，将中间容器Ⅰ3中样品温度调至测试温度Ti，再恒温。

样品吸附：打开进气截止阀Ⅰ6、出气截止阀Ⅰ21、进气截止阀Ⅱ17和出气截止阀Ⅱ12。待通入一定体积的样品气后，记录体积流量计中读数，记为Q。关闭上述四个阀门。

样品解吸：分别打开进液截止阀Ⅰ20和进液截止阀Ⅱ11，利用平流泵Ⅰ7和平流泵Ⅱ10恒速推动中间容器Ⅱ8和中间容器Ⅲ9，向吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13中泵入解吸液，并分别记录泵入体积为V1和V2。泵入完成后，关闭进液截止阀Ⅰ20和进液截止阀Ⅱ11，等待解吸。

排液：分别打开出液截止阀Ⅰ4和出液截止阀Ⅱ14，排出少量解吸液至集液瓶Ⅰ23和集液瓶Ⅱ18中，并密封保存。以备后续色谱分析使用。

色谱分析：将集液瓶Ⅰ23和集液瓶Ⅱ18中液体进行色谱分析，确定样品中的芳香烃物质种类与含量。

进一步的，所示色谱分析还包括：

具体的，通过芳香烃物质的标样色谱图，可以得到在该色谱条件下的色谱峰面积与浓度之间的关系式如下：

C

式中，C

具体的，将集液瓶Ⅰ23和集液瓶Ⅱ18中的液体进行色谱分析，对比芳香烃物质的标样色谱图，可以分别确定吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13中的芳香烃物质种类，利用(1)式可以获得吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13中的芳香烃物质浓度，分别记为C

具体的，通过实验中记录的气体流量计读数Q和平流泵Ⅰ7和平流泵Ⅱ10的泵入体积V1和V2，可以由下式计算出吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13中的芳香烃物质含量：

式中，C

具体的，实验完成后，还需进行吸附效率的整体计算，吸附效率应在80％以上，否则应调整流量或采样时间，重新采样。吸附效率由下式计算：

式中，W

具体的，总的芳香烃物质含量，应为吸附罐Ⅰ5和吸附罐Ⅱ13的含量之和：

W

式中，W

具体的，将实验温度降为T

m

式中，W

具体的，重复上述步骤，直到温度T

具体的，改变实验测试压力，重复上述步骤，得到不同压力P下，芳香烃物质的析出量m

本发明采用活性炭吸附/二硫化碳解吸的原理测量天然气中芳香烃物质的种类和含量，操作简便，测试结果精度较高；本发明研制了一种带针型阀的吸附罐，其目的是避免管线中滞留的解吸液对计算含量时的误差；本发明能够准确测定天然气中芳香烃物质种类及含量，为精细化天然气组分提供良好的技术手段；本发明能进行不同温度压力下的芳香烃含量测试实验，可以获得不同温度压力下芳香烃物质的析出量，为油气田安全生产提供实验数据。

上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。