专利名称：负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置及方法
技术领域：
本发明涉及工业测量装置领域，更具体地说，本发明涉及一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置及其使用该装置进行负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法。
背景技术：
瓦斯气体中的油、水、灰含量是评价瓦斯气体产品质量的一个重要指标。在能源加工领域，瓦斯气输送系统大部分采用负压抽送。能否准确测定负压状态下的瓦斯气中油、水、灰含量，对于工业装置物料平衡计算、热平衡计算、装置改进、瓦斯气提质加工、瓦斯气回收利用具有重要的指导意义。负压状态下瓦斯气体中成份比较复杂，局部气体中油、水、灰浓度并不相同，目前有报道负压状态下气体中的油含量测定方法、水含量测定方法和粉 尘测定方法。但还没一种方法准确、直接的同时测定负压状态下气体中的油、水、灰含量。现有技术报导的负压状态下气体中的含油量测定方法主要是采取溶剂吸收法、吸附材料吸收法或冷凝富集吸收法收集气体中油。再利用红外光度法、紫外分光光度法、重量法、比浊法、气相色谱法、检气管法等测量气体中的油含量。溶剂吸收气体中的油能很好的溶解在正己烷中，在通气过程中，与正己烷一起随气流带走的油又吸附到脱脂棉中，用正己烷冲洗、脱附吸收瓶和脱脂棉中油，用正己烷定容在IOOmL容量瓶中。根据文献报导，正己烷在260nm处无吸收峰，是很好的溶剂，而油在此处有最大吸收峰，其吸光度大小与油含量成正比，符合朗伯比尔定律，即A=KC。吸附材料吸收在取样管中充填一定量的纤维材料(脱脂棉、玻璃纤维、聚丙烯纤维等)、定量滤纸、玻璃纤维薄膜或其它吸附材料(如活性炭等)，取样时，让测量气以一定的流速通过取样管，并用湿式气体流量计记下气体的取样体积。冷凝富集吸收将玻璃螺旋冷凝管浸没在液氮等冷媒中，将测量气以一定的流量通过冷凝管，气体中的油被冷凝在螺旋管内，再用溶剂将其洗脱。此外，也可以参考天然气轻烃回收方法，其中包括吸附法、油吸收法和冷凝分离法。吸附法是利用固体吸附剂(如活性炭、硅胶和硅藻土等)对各种烃类吸附容量不同，从而使天然气中重组分与轻组分分离的方法。油吸收法，如马拉(Mhear)法，是基于天然气中各组分在吸收油中的溶解度差异而使轻、重烃组分得以分离的方法。吸收油一般采用石脑油、煤油或柴油，其相对分子量为10(Γ200。按照吸收温度的不同，油吸收法可分为常温、中温和低温油吸收法；由于上述各种方法缺乏制备气体中油标准物质的手段，各种方法的准确度、精密度和可重复性较差，并且上述方法不适用于负压状态下含水气体中的油含量测定；气体中水含量的测定方法有两类，一类是仪器方法，包括用冷却镜面凝析湿度计测定天然气水露点和用电解式水含量分析仪直接测定天然气中水含量；另一类是化学方法，包括卡尔费休法、五氧化二磷吸收法和比色法等。但这两类方法不能测量含有大量水分的工业气体，且不能同时完成被测气体中的油含量和灰分含量，应用范围较窄
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种在负压状态下可同时完成被测瓦斯气中的水含量、油含量和灰分含量的测定的测定装置及其使用该装置进行负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为所提供的一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置，包括通过连接管道依次密封连接的初步冷却瓶一、初步冷却瓶二、冷凝盘管一、冷凝盘管二、缓冲瓶、防爆水环真空泵、汽水分离器和湿式流量计；所述的冷凝盘管一置于盛放有冷凝液的低温冷却容器一中，冷凝盘管一的出口处设置有接收瓶一；冷凝盘管二置于盛放有冷凝液的低温冷却容器二中，冷凝盘管二的出口处设置有接收瓶二。优选的，初步冷却瓶一联通初步冷却瓶二的管道的入口处设置有过滤器；所述的初步冷却瓶一放置在冰水混合容器一中，初步冷却瓶二置于冰水混合容器二中。优选的，低温冷却容器一与循环冷却泵一联通；低温冷却容器二与循环冷却泵二联通；低温冷却容器一和低温冷却容器二的外壁均设有保温夹层。优选的，连接管道上还设置有多个单向阀门。一种使用上述装置进行负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，该方法包括下述过程将一定量负压状态下的瓦斯气从工业装置中抽出置于测定装置中，经初步冷却、再经过二级深冷，最后经过三级深冷处理之后，进入缓冲瓶；缓冲瓶中的瓦斯气经由水环真空泵抽出之后，在汽水分离器中分离水分，分离水分之后的瓦斯气经湿式流量计统计气体流量；收集冷凝下来的含有一定量的固体杂质的油、水混合物移到石英玻璃制成的磨口锥形瓶中称重，再将磨口锥形瓶与水分测量装置连接，残余物继续加热，直至磨口锥形瓶中没有液体存在；将锥形瓶转移至马弗炉中加热至815°C后保温3h，冷却，秤量其质量，然后再放入马弗炉中30min，取出冷却，再秤量其质量即得灰分含量，混合物的质量减去水含量和灰含量得到油含量；测量缓冲瓶和湿式气体流量计后瓦斯气中的CO2含量，测得瓦斯气总量。优选的，初步冷却是在温度为0°C 4°C的条件下对瓦斯气的流速起到缓冲的作用，延长瓦斯气在测量装置中的停留时间，将瓦斯气中大部分的重油馏分和部分水冷凝下来。该方法包括下述六个过程瓦斯气初步冷却缓冲过程，瓦斯气一级深冷过程，瓦斯气二级深冷过程，抽气缓冲过程，油水灰混合物收集过程，水分测定过程，以及灰分测定过程。优选的，瓦斯气一级深冷过程瓦斯气经初步冷却之后，进入_20°C '35°C冷凝盘管中进行二级深冷，冷却下来的轻油和水流入接收瓶中；负压状态下的瓦斯气中的轻油组分露点较低，需要较低的温度才能将其冷凝在冷凝盘管中，分离出轻油组分。优选的，瓦斯气三级深冷过程瓦斯气经二级深冷之后，进入-4(T_65°C冷凝盘管中进行三级深度冷却，冷却下来的轻油和水流入接收瓶中，分离出其中所有的轻油组分好残余的水分。优选的，抽气缓冲过程为了将负压状态下的瓦斯气从工业装置中抽出，使用抽气量较大的防爆真空循环水泵，缓冲瓶可以延长待测负压状态瓦斯气在测量装置中的停留时间，加强多级深冷效果，提高实验的准确性和可重复性，负压状态下的瓦斯气通过防爆水环真空泵抽入气水分离器中分离瓦斯气和水。优选的，油水灰混合物收集过程关闭瓦斯气进气口阀门和防爆水环真空泵前阀门之后，停止防爆水环真空泵；排空装置中所有的冷却介质，静止3(T45min，待两套冷凝盘管中的油和水流入接收瓶中之后；往一级深冷冷凝盘管放置的低温冷却容器中注入3(T40°C的温水，用气体吹扫冷凝盘管，使冷凝盘管中残留的油、水流入接收瓶中；往二级深冷冷凝盘管放置的低温冷却容器中注入(T10°C的温水，用气体吹扫冷凝盘管，使冷凝盘管中残留的油、水流入接收瓶中，油、水和灰分混合物收集过程将分离水分之后的瓦斯气流经湿式流量计统计气体流量；同时收集含有固体杂质的冷凝下来的油、水混合物,测量混合物的质量。水分质量的测定过程将初级冷却瓶、接收瓶和过滤器中的油、水、灰混合物收集到石英质质地的磨口锥形瓶中，并加入300mL分析纯的甲苯溶剂，将锥形瓶放置在加热炉上·面，并与水分测量管连接，安装好玻璃冷凝管之后，开启加热炉；不断记录水分测量管中的水的质量，直至没有水分分出；灰分质量的测定过程继续运行分水装置，利用水分测量管将锥形瓶中甲苯溶剂排干之后；将锥形瓶转移至马弗炉中加热至815°C后保温3h，取出放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却5min左右，移人干燥器中冷却至室温(约20min)后称量其质量；对锥形瓶进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧后的质量变化不超过O. OOlOg为止；以最后一次灼烧后的质量为计算依据(灰分低于15. 00%时,不必进行检查性灼烧)，锥形瓶前后质量差即为灰分的质量。采用本发明的技术方案的装置，在负压状态下依次密封连接的初步冷却瓶一、初步冷却瓶二、冷凝盘管一、冷凝盘管二、缓冲瓶、防爆水环真空泵、汽水分离器和湿式流量计；所述的冷凝盘管一置于盛放有冷凝液的低温冷却容器一中，冷凝盘管一的出口处设置有接收瓶一；冷凝盘管二置于盛放有冷凝液的低温冷却容器二中，冷凝盘管二的出口处设置有接收瓶二构成的测试装置，在负压状态下可同时完成被测气体中的水含量、油含量和灰分含量的测定。使用本发明所提供的测试装置，在负压状态下对瓦斯气中油、水、灰含量测定方法，该方法采用的是多级冷却的方法，其原理是利用在负压状态下原料气中各烃类组分冷凝温度不同的特点，在逐步降温的过程中将较高沸点的烃类组分冷凝分离出来，与现有技术的其他方法相比，此法计量更适用于检测负压状态下工业瓦斯气体中油、水、灰含量，且计量更为精确，运行控制稳定、回收率高、测量误差小、重复性高的特点，使得测试结果更为精确。
图1为本发明一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置的示意图；图2为本发明一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置分水装置示意图；图中1、初步冷却瓶一 ；2、初步冷却瓶二 ；3、循环冷却泵一 ；4、低温冷却容器一；5、接收瓶一 ；51、接收瓶二 ；6、低温冷却容器二 ；7、循环冷却泵二 ；8、缓冲瓶；9、防爆水环真空泵；10、汽水分离器；11、湿式流量计；12、阀一 ；13、过滤器；14、阀二 ；15、阀三；16、阀四；17、阀五；18、阀六；19、阀七；20、阀八；21、阀十；22、阀^^一 ；23、阀十三；24、三通接口 ；25、气压表和温度计、26、冷凝盘管二 ；27、冷凝盘管一 ；28、胶塞；29、玻璃冷凝管；30、水分测量管；31、石英质地的磨口锥形瓶；32、加热炉；33、冰水混合容器一 ；34、冰水混合容器二。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。图1为本发明一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置及其测定方法的示意图；图2为本发明一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置分水装置示意图；如图所示的本发明一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置，包括通过管道依次密封连接的初步冷却瓶一1、初步冷却瓶二 2、冷凝盘管一 27、冷凝盘管二 26、缓冲瓶8、防爆水环真空泵9、汽水分离器10和湿式流量计11 ;冷凝盘管一 27置于盛放有冷凝液的低温冷却容器一 4中，冷凝盘管一 27的出口处设置有接收瓶一 5 ;冷凝盘管二 26置于盛放有冷凝液的低温冷却容器二 6中，冷凝盘管二 26的出口处设置有接收瓶二 51 ;初步冷却瓶一 I联通初步冷却瓶二 2的管道的入口处设置有过滤器13 ;初步冷却瓶一 I放置在冰水混合容器一 33中，初步冷却瓶二 2置于冰水混合容器二 34中；低温冷却容器一 4与循环冷却泵一 3联通；低温冷却容器二 6与循环冷却泵二 7联通；管道上还设置有单向阀门；采用本发明的技术方案的装置，进行负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，待测瓦斯气经阀一 12进入初步冷却瓶一 1，瓦斯气进入量由阀一 12和阀十21控制，经过(T5°C初步冷却之后冷凝下沸程比较高的重油馏分和部分水；经过滤器13过滤之后的瓦斯气进入初步冷却瓶二 2再次冷却；瓦斯气经两次初步冷却瓶冷却之后，进入-2(T-35°C冷凝盘管一 27进行二级深度冷却，冷却下来的轻油和水流入接收瓶一 5中；经过二级深度冷却的瓦斯气再进入-4(T-65°C冷凝盘管二 26中进行三级深度冷却；经过三级深度冷却的瓦斯气通过进入缓冲瓶8，再由防爆水环真空泵9从缓冲瓶8抽出之后，进入气水分离器10中将瓦斯气和水分开；分离后的瓦斯气通过阀十三23和三通接口 24进入湿式流量计11中计量体积，再经过气压表和温度计25测量温度T、压力P ;通瓦斯气过程中，每隔一段时间冷凝盘管一 27和冷凝盘管二 26会发生冷凝油水堵塞管路的情况，此时关闭阀一 12和阀十21，再关闭防爆水环泵9，将低温冷却容器一 4和低温冷却容器二 5中的冷却介质排出，并将低温冷却容器一 4和低温冷却容器二 5外部的保温夹层卸掉，待冷凝盘管一 27和冷凝盘管二 26中的油水融化成液体进入接收瓶一 5和接收瓶二 51中之后，先开启冷却循环泵一 3和冷却循环泵二 7，再重新开启防爆水环泵9，开启阀十21和阀一 12，运行装置继续进行测定试验；当有通过冷却装置的瓦斯气量超过3Nm3，且收集下来油的质量超过30g时，关闭阀一 12和阀阀十21，停止防爆水环真空泵9、冷却循环泵一 3和冷却循环泵二 7，排出低温冷却容器一 4和低温冷却容器二 6中的冷却介质,并将低温冷却容器一 4和低温冷却容器二6外部的保温夹层卸掉；待冷凝盘管一 27和冷凝盘管二 26升至室温，卸下防爆水环真空泵9、汽水分离器10、湿式气体流量计11 ;记录湿式流量计11的累计读数；3(T45min之后，将3(T40°C的热水注入低温冷却容器一 4 ;在低温冷却容器二 5中注入(TlO°C的水，用气筒通过阀一 12往冷却系统中注入吹扫空气，将冷凝盘管一 27和冷凝盘管二 26中残留的油、水、灰混合物吹扫到接收瓶一 5和接收瓶二 51中；将初步冷却瓶一1、初级冷却瓶二 2、接收瓶一 5、接收瓶二 51和过滤器13中的油、水、灰混合物测量其质量并收集到石英质地的磨口锥形瓶31中，并加入300mL分析纯的甲苯溶剂；将磨口锥形瓶31放置在加热炉32上面，并与水分测量管30连接，安装好端部塞有胶塞28的玻璃冷凝管29之后，开启加热炉32 ;不断记录水分测量管30中的水的质量，直至没有水分分出；继续运行分水装置，利用水分测量管将磨口锥形瓶31中甲苯溶剂排干之后；将锥形瓶转移至马弗炉中加热至815°C后保温3h，冷却，秤量其质量，然后再放入马弗炉中30min，取出放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却5min左右，移人干燥器中冷却至室温后称量其质量，冷却时间约20min ;对磨口锥形瓶31进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧后的质量变化不超过O. OOlOg为止；以最后一次灼烧后的质量为计算依据，当灰分低于15. 00%时，不必进行检查性灼烧，通过测得的瓦斯气体积、水的质量、油的质量、灰的质量计算得到瓦斯气中的油、水、灰含量；装置运行当中，收集湿式流量计11后和缓冲瓶8中的瓦斯气样品，并测量样品中的CO2和&5。标准状态下瓦斯气体积计算，记录测量前后的湿式流量计的读数、温度T、压力P、分析湿式流量计11后和缓冲瓶8中的瓦斯气样品中的C02、H2S含量；计算公式如式(I)
权利要求
1.一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置，其特征在于包括通过连接管道依次密封连接的初步冷却瓶一、初步冷却瓶二、冷凝盘管一、冷凝盘管二、缓冲瓶、防爆水环真空泵、汽水分离器和湿式流量计；所述的冷凝盘管一置于盛放有冷凝液的低温冷却容器一中，冷凝盘管一的出口处设置有接收瓶一；冷凝盘管二置于盛放有冷凝液的低温冷却容器二中，冷凝盘管二的出口处设置有接收瓶二。
2.按照权利要求1所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置，其特征在于所述的初步冷却瓶一联通初步冷却瓶二的管道的入口处设置有过滤器；所述的初步冷却瓶一放置在冰水混合容器一中，初步冷却瓶二置于冰水混合容器二中。
3.按照权利要求1所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置，其特征在于所述的低温冷却容器一与循环冷却泵一联通；低温冷却容器二与循环冷却泵二联通；低温冷却容器一和低温冷却容器二的外壁均设有保温夹层。
4.按照权利要求1所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置，其特征在于所述的连接管道上还设置有多个单向阀门。
5.一种使用权利要求1所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置进行负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，其特征在于该方法包括下述过程将一定量负压状态下的瓦斯气从工业装置中抽出置于所述测定装置中，经初步冷却、再经过二级深冷，最后经过三级深冷处理之后，进入缓冲瓶；缓冲瓶中的瓦斯气经由水环真空泵抽出之后，在汽水分离器中分离水分，分离水分之后的瓦斯气经湿式流量计统计气体流量；收集冷凝下来的含有一定量的固体杂质的油、水混合物移到石英玻璃制成的磨口锥形瓶中称重，再将磨口锥形瓶与水分测量装置连接，残余物继续加热，直至磨口锥形瓶中没有液体存在；将锥形瓶转移至马弗炉中加热至815°C后保温3h，冷却，秤量其质量，再放入马弗炉中30min，取出冷却，再秤量其质量即得灰分含量，混合物的质量减去水含量和灰含量得到油含量；测量缓冲瓶和湿式气体流量计后瓦斯气中的CO2含量，测得瓦斯气总量。
6.按照权利要求5所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，其特征在于所述的初步冷却是在温度为0°C 4°C的条件下对瓦斯气的流速起到缓冲的作用，延长瓦斯气在测量装置中的停留时间，冷凝出瓦斯气中的重油馏分和部分水。
7.按照权利要求5所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，其特征在于所述的瓦斯气在温度为_20°C '35°C进行二级深冷，分离出轻油组分。
8.按照权利要求5所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，其特征在于所述的三级深冷是在温度为_40°C _65°C的条件下将经过二级深冷后的瓦斯气进一步冷却，分离出其中所有的轻油组分和残余的水分。
9.按照权利要求5所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，其特征在于所述的负压状态下的瓦斯气通过防爆水环真空泵抽入气水分离器中分离瓦斯气和水。
10.按照权利要求5所述的负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，其特征在于所述的油、水和灰分混合物收集过程将分离水分之后的瓦斯气流经湿式流量计统计气体流量；同时收集含有固体杂质的冷凝下来的油、水混合物，测量混合物的质量。
全文摘要
本发明公开了一种负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定装置，包括连接管道依次密封连接的初步冷却瓶一、初步冷却瓶二、冷凝盘管一、冷凝盘管二、缓冲瓶、防爆水环真空泵、汽水分离器和湿式流量计；冷凝盘管一置于盛放有冷凝液的低温冷却容器一中，冷凝盘管一的出口处设置有接收瓶一；冷凝盘管二置于盛放有冷凝液的低温冷却容器二中，冷凝盘管二的出口处设置有接收瓶二；本发明进一步公开了使用该装置进行负压状态下瓦斯气中油、水和灰分含量的测定方法，在负压状态下可同时完成被测瓦斯气中的水含量、油含量和灰分含量的测定，计量更为精确，运行控制稳定、回收率高、测量误差小。
文档编号G01N1/42GK103018131SQ20121052423
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者李术元, 唐勋, 何继来, 马跃, 袁景安, 张磊 申请人:龙口矿业集团有限公司, 山东龙福油页岩综合利用有限公司, 中国石油大学(北京)