一種超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收裝置製造方法

2023-10-08 07:15:59

一種超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收裝置，包括用於進行第一次吸收的試管和用於第二次吸收的圓柱體管，它們通過玻璃長管連接，其中玻璃長管的兩端分別與試管的支口和圓柱體管的底部開口相適配連接；圓柱體管內放置砂芯濾網和氣體能通過而液體不能通過的濾膜，從試管中揮發出來的帶有少量吸收液和芳烴的二氧化碳從圓柱體管底部進入，其中的芳烴被圓柱體管中的吸收液二次吸收，從圓柱體管中出來的二氧化碳則被通入裝有鹼液的容器中進行吸收。本發明提供的吸收裝置使超臨界二氧化碳萃取出來的地質樣品中的芳烴得到充分地吸收，大大減少了芳烴組分的損失，為油氣勘探研究提供更加真實有效的參考信息。
【專利說明】一種超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及油氣地質研究領域，具體涉及一種用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品 中的芳烴的吸收裝置。

【背景技術】
[0002] 油氣藏中的烴類可以以微弱但可檢出的量近似垂直地滲漏到地表土壤中，這是油 氣地球化學勘探的理論基礎。在油氣藏上方近地表的土壤中，由於垂向微滲漏烴的加入，結 果形成了比油氣藏外圍背景烴濃度要高的烴類異常。利用運移烴在地表留下的異常標誌可 以預測地下含油氣遠景。芳烴是原油和生油巖中的重要組成部分，其含量僅次於飽和烴的 重要有機組份，含有豐富的地球化學信息。通常受運移石油汙染的沉積物的萃取物中主要 包含三環及三環以上的芳烴化合物，而覆蓋在幹氣或凝析油層上方沉積物的萃取物則為二 環芳烴化合物。菲、萘、蒽是典型的二環、三環稠環芳烴物質，並且有單獨的標準物質，可確 定其在沉積物中的準確含量，易於在油氣化探中形成可識別的異常模式。
[0003] 目前，提取土壤中的芳烴的方法主要是採用萃取技術，包括索氏萃取、冷萃取、超 臨界二氧化碳萃取等方法。
[0004] 超臨界二氧化碳萃取是首先將土壤樣品放入不鏽鋼萃取釜中，密封。萃取釜與二 氧化碳管道相通，二氧化碳首先通過超臨界二氧化碳萃取儀內特有的裝置從氣體轉變成超 臨界狀態，然後通入萃取釜。在通入超臨界狀態的二氧化碳的同時，對萃取釜進行加壓和加 溫。在壓力和溫度的作用下，超臨界狀態下的二氧化碳將萃取釜中的土壤樣品中的芳烴組 分萃取出來，再通過二氧化碳帶出萃取釜，直接進入裝有吸收液（正己烷）的玻璃瓶中。待 萃取完成，直接用螢光光譜儀和GC-MS分析吸收液。
[0005] 超臨界二氧化碳萃取技術在萃取芳烴時的效果是顯著的。目前對於採用超臨界 二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴化合物的體系的改進，主要注重於萃取釜的改進和儀器性 能的改進。對於油氣地球勘探樣品來說，芳烴組份本身含量就少，特別是一些輕芳烴，因此 在萃取過程中由於吸收裝置的影響而很容易被忽略或損失掉。目前採用不鏽鋼管將二氧化 碳流體帶出的芳烴組份直接通入一定量的有機試劑正己烷中。由於二氧化碳不斷加入-排 出，對正己烷也起到了吹散作用，一些輕組份就會隨著正己烷的揮發而散失，造成含量損 失。此外，多餘的二氧化碳、揮發的正己烷以及少量芳烴直接排入空氣中，造成空氣汙染。


【發明內容】

[0006] 為了使體系能夠最大量地吸收其中的芳烴組分，尤其是諸如菲、萘和蒽等的組分， 減少萃取物質的損失，同時減少吸收液正己烷的揮發，本發明提供了一種用於超臨界二氧 化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收裝置。該裝置設置了二次吸收並帶冷卻效果，通過二次 吸收將揮發的少量的芳烴組分再次吸收。另外，多餘的二氧化碳通過鹼液吸收，消除空氣汙 染。
[0007] 根據本發明，提供了一種用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收裝 置，包括：帶矽橡膠塞的試管，與萃取釜連通的管道穿過矽橡膠塞而伸入試管內，萃取流體 能通過所述管道進入試管中，所述試管還設有磨口支口；帶矽橡膠塞的圓柱體管，第一導管 (優選為90°彎頭）的第一端穿過矽橡膠塞而伸入圓柱體管內，第二端與通入裝有鹼液(例 如氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液等）的容器的矽膠管連接；其中，所述圓柱體管底部為圓臺 形磨口開口，圓柱體管內放置砂芯濾網和氣體能通過而液體不能通過的濾膜；所述試管與 圓柱體管通過玻璃長管連接，其中玻璃長管的第一端部與試管的支口相適配連接，第二端 部與圓柱體管的底部開口相適配連接。上述術語"試管"屬非限定性術語，即只要能配製膠 塞並設有支口的容器均屬於在此所述的"試管"的範疇。
[0008] 將上述吸收裝置用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴時，首先將各部件連 接好，連接次序沒有特別限制。例如，首先在圓柱體內放置砂芯濾網和濾膜(該濾膜只允許 氣體通過，液體則無法通過)。將玻璃長管連接於試管和圓柱體管之間，其第一端部與試管 的支口相適配連接，第二端部與圓柱體管的底部開口相適配連接。然後在試管和圓柱體管 內加入一定量的用於吸收芳烴組分的吸收液，通常為正己烷，分別塞上矽橡膠塞。試管和圓 柱體管中的吸收液加入量主要根據所萃取的芳烴的量來決定。理論上試管和圓柱體管中的 吸收液加入量的比例可以是任意的，但是考慮到後續的回收工序，優選試管和圓柱體管中 的吸收液加入量的比例為2?4:1,並進一步優選為3:1。處於上述範圍中的比例不僅能夠 使萃取物中的芳烴得到充分的吸收，同時能夠使後續的回收工序更加易於實現，並能節約 回收成本。將與萃取荃連通的管道穿過試管的娃橡膠塞，使管道口沒入試管內的吸收液液 面以下。萃取釜中的二氧化碳和芳烴組分可以通過該管道進入試管中。該管道優選為不鏽 鋼管道。此時管道處於關閉狀態。將一個第一導管插入圓柱體管的矽橡膠塞中，該導管的 一端與矽膠管連接，矽膠管插入裝有能吸收二氧化碳的吸收液(通常為鹼液）的容器中，矽 膠管管口沒入吸收液液面以下。
[0009] 在完成以上準備工作之後，打開管道開關，使包含二氧化碳和芳烴組分的萃取流 體進入試管中。在試管中，大部分芳烴組分被吸收，然而隨著二氧化碳的不斷加入，試管中 的吸收液帶著微量的芳烴組分隨著二氧化碳揮發出來。在本發明的吸收裝置中，揮發出來 的物流可以通過玻璃長管進入圓柱體管中。由於圓柱體管中的濾膜過氣不過液，因此從圓 柱體管底部進來的二氧化碳物流能進入圓柱體管的吸收液中，揮發出來的芳烴組分在吸收 液中得到再次吸收。由於二氧化碳物流中的芳烴組分含量很少，故在此階段能夠得到完全 吸收。多餘的二氧化碳從第一導管中出來，進入鹼液中被吸收，不會造成環境汙染。
[0010] 萃取完成後，關閉萃取流體流出的管道，取下圓柱體管的矽橡膠塞，進而取下砂芯 濾網和濾膜，使圓柱體管內的吸收液迅速通過玻璃長管流入試管中。在這個過程中，吸收液 再洗衝洗了圓柱體管底部和玻璃長管，使殘留於其中的少量芳烴得到吸收。取下玻璃長管， 將試管密封，此時通過超臨界二氧化碳萃取出來的地質樣品中的芳烴組分全部在試管的吸 收液中。
[0011] 在本發明的一個優選實施方案中，上述吸收裝置還包括裝有冷卻劑的保溫罐， 所述試管至少部分地置於所述保溫罐中。冷卻劑優選為液氮與乙醇的混合物。進一 步地，加入的冷卻劑使保溫罐內的溫度優選在-30°c?-55°C，例如-35°C?-50°c，例 如-35°C?_45°C。保溫罐中的冷卻劑能夠降低試管中吸收液的溫度，減少吸收液和通入的 芳烴組分的揮發，使隨二氧化碳通入的芳烴組分在試管中得到更好的吸收。
[0012] 為了使試管中的溶液更好地被保溫罐中的冷卻劑降溫，優選將試管底部設置成圓 錐形。
[0013] 在本發明的一些具體實施方案中，試管和/或圓柱體管上設有刻度。這樣能夠明 確吸收液的加入量以及萃取過程中吸收液的損失量。
[0014] 在上述裝置中，玻璃長管上還可以設有開關。為了更加直觀、準確地判斷和控制 萃取流體流入吸收裝置中的流速，在本發明的一個實施方案中，優選在與萃取釜連通的管 道上設有用於測定萃取流體進入試管中的流速的流量計。或者，上述吸收裝置還設有一端 與外置流量計相連，另一端穿過試管的矽橡膠塞而伸入試管內的第二導管(優選為90°彎 頭)。當測量流速時，關閉玻璃長管上的開關，使氣體從第二導管中進入流量計中，從而獲得 萃取流體流入試管中的速度。在另一個實施方案中，可以在與萃取釜連通的管道上設有用 於測定萃取流體進入試管中的流速的流量計。
[0015] 本發明提供的吸收裝置在用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴類組分時 主要具有以下突出優點：（1)通過二次吸收，可以將隨著吸收液(通常為正己烷)和二氧化碳 氣體揮發的芳烴組分進行再次吸收，減少了芳烴組分的損失；（2)通過在裝置的下遊部分 設置二氧化碳吸收容器，可以將多餘的二氧化碳氣體及微量的吸收液氣體吸收，避免空氣 汙染；（3)通過對第一次吸收容器（即本發明中試管)設置冷卻裝置，使第一次吸收就可以最 大化地吸收在常規吸收系統中通常被揮發損失的輕芳烴組分；（4)試管和圓柱體管上設有 刻度，可保證每次加入的正己烷吸收液是一致的，減少了系統誤差；（5)裝置的每一個部件 均可拆卸，方便清洗。
[0016] 本發明適用於超臨界二氧化碳萃取土壤、巖石、海底沉積物等地質樣品中的芳烴 組分時對芳烴組分的收集。由於對芳烴組分的吸收較為完全，使得所分析的樣品能提供更 真實有效的數據參數，對油氣勘探起到有利的支撐作用，故本發明所提供的吸收裝置具有 良好的應用前景和推廣應用的價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明提供的用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收裝置的 裝配示意圖。該附圖並未按照實際的比例繪製。

【具體實施方式】
[0018] 下面將結合附圖對本發明作進一步地說明，但應該理解，本發明的範圍並不限於 此。
[0019] 如圖1所示，本發明所提供的用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收 裝置20包括矽橡膠塞1的試管2,用於使萃取流體從萃取釜（圖中未示出）中通入試管2的 管道3 (優選為不鏽鋼管道）穿過矽橡膠塞1而伸入試管2中。試管2的上部側壁設有磨 口支口 4。
[0020] 吸收裝置20還包括底部為圓臺形磨口開口5的圓柱體管6。圓柱體管6內裝有砂 芯濾網7和濾膜8,其中砂芯濾網7起到支撐和通道的作用，濾膜8隻允許氣體通過而不允 許液體通過。圓柱體管6上部開口用矽橡膠塞9塞住，第一導管10穿過矽橡膠塞9,其一端 伸入圓柱體管6中，另一端與矽膠管11，連接，矽膠管11通入裝有鹼液的容器12中。
[0021] 如圖1所示，試管2與圓柱體管6通過玻璃長管13來連通。玻璃長管13的一端 與試管2的支口 4相適配連接，另一端與圓柱體管6的底部的開口 5相適配連接。
[0022] 在將吸收裝置20用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴時，首先將砂芯濾 網7和濾膜8裝入圓柱體管6中，將玻璃長管13連接試管2和圓柱體管6。分別在試管2 和圓柱體管6中加入適量正己烷，用矽橡膠塞塞住。將用於引入萃取流體的管道3插入試 管2的矽橡膠塞1中，並且管道口沒入正己烷液面，此時管道3處於關閉狀態。將第一導管 10穿過圓柱體管6的矽橡膠塞9,第一導管10的一端連接矽膠管11，矽膠管11的一頭插入 裝有鹼液的容器12中。
[0023] 打開管道3的開關，使包括二氧化碳和芳烴組分的萃取流體從萃取釜中進入試管 2中。在試管2中，大部分芳烴被正己烷吸收。隨著二氧化碳的不斷通入，正己烷帶著微量 的芳烴組分會隨著二氧化碳揮發出來。這部分二氧化碳物流通過玻璃長管13進入圓柱體 管6中，進而被其中的正己烷再次吸收。由於二氧化碳物流中的芳烴組分含量很少，因此在 第二次吸收階段能夠被完全吸收。多餘的二氧化碳從第一導管10中出來，進入容器12的 鹼液中被吸收。
[0024] 萃取完成後，關閉萃取流體流出的管道3,取下圓柱體管6的矽橡膠塞9,進一步取 下砂芯濾網7和濾膜8,使圓柱體管6內的正己烷通過玻璃長管13流入試管2中。卸下玻 璃長管13、管道3和矽橡膠塞1等，將試管2密封，則所研究的地質樣品中的芳烴組分幾乎 全部集中在試管2中。
[0025] 在本發明的優選實施方案中，將試管2的至少一部分置於裝有冷凍劑的保溫罐14 中，使在吸收過程中試管2中的吸收液得到冷卻，以減少吸收液本身以及其中的芳烴組分 的揮發，使芳烴組分在試管2的第一次吸收中得到更好的吸收。優選如圖1所示的底部為 圓錐形的試管2,這樣能獲得更好的降溫作用。冷卻劑例如可選用液氮與乙醇的混合物，其 中將液氮與乙醇的用量比例調節為-30°C?-55°C。
[0026] 為了保證每次加入的正己烷吸收液是一致的，減少系統誤差，優選所使用的試管2 和/或圓柱體管6上設有刻度。
[0027] 如圖1所示，玻璃長管13上還可以設有開關15。在本發明的一個實施方案中，在 試管2的矽橡膠塞1中插入第二導管16,其一端伸入試管2中，另一端與流量計（圖中未示 出）連通，用以測定萃取流體的流速。當進行流速測定時，關閉玻璃長管13上的開關15,使 從萃取釜中流入的物流經過試管2中的吸收液吸收其中的含量較少的芳烴之後逸出的氣 體通過上述流量計，從而獲知萃取物流進入吸收裝置的流速。
[0028] 在另一個優選實施方案中，在用於引入萃取流體的管道3上設置流量計（圖中未 示出），用於測定並控制萃取流體的流速。
[0029] 如上所述的吸收裝置可用於超臨界二氧化碳萃取土壤、巖石、海底沉積物等地質 樣品中的芳烴組分的工藝中，經過二次吸收，樣品中的芳烴組分能夠得到較完全的吸收，並 且不會造成環境汙染。
[0030] 實施例1
[0031] 將如圖1所示的吸收裝置連接於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴工藝的 萃取裝置中作為萃取工序之後的芳烴吸收裝置。對六個油氣化探樣品（Υ-1、Υ_2、Υ-3、Υ-4、 Υ-5、Υ-6)進行超臨界二氧化碳萃取，回收其中的芳烴(主要是菲、萘和蒽)，用色質聯用儀檢 測吸收液，從而獲得樣品中的芳烴的萃取量（即從每千克樣品中萃取並回收得到的芳烴的 量)。
[0032] 對比例1
[0033] 採用與實施例1相同的萃取裝置，只是未採用本發明的吸收裝置，而是採用常規 的吸收裝置，即所使用的吸收裝置不包括用於進行二次吸收的圓柱體管，並且不設置有保 溫罐，萃取物流僅經過常規的一次吸收。同樣對與實施例1相同的六個油氣化探樣品（Y-1、 Y-2、Y-3、Y-4、Y-5、Y-6)進行超臨界二氧化碳萃取，回收其中的芳烴(主要是菲、萘和蒽)，用 色質聯用儀檢測吸收液，從而獲得樣品中的芳烴的萃取量。
[0034] 將實施例1與對比例1的結果進行對比，見表1。
[0035] 表 1

【權利要求】
1. 一種用於超臨界二氧化碳萃取地質樣品中的芳烴的吸收裝置，其特徵在於，所述吸 收裝置包括： 帶矽橡膠塞的試管，與萃取釜連通的管道穿過矽橡膠塞而伸入試管內，萃取流體能通 過所述管道進入試管中，所述試管還設有磨口支口； 帶矽橡膠塞的圓柱體管，第一導管的第一端穿過矽橡膠塞而伸入圓柱體管內，第二端 與通入裝有鹼液的容器的娃膠管連接； 其中，所述圓柱體管底部為圓臺形磨口開口，圓柱體管內放置砂芯濾網和氣體能通過 而液體不能通過的濾膜； 所述試管與圓柱體管通過玻璃長管連接，其中玻璃長管的第一端部與試管的支口相適 配連接，第二端部與圓柱體管的底部開口相適配連接。
2. 根據權利要求1所述的吸收裝置，其特徵在於，在所述試管和圓柱體管中分別裝有 吸收液，所述吸收液優選為正己烷；其中試管和圓柱體管中的吸收液的比例為2?4:1，並 優選為3:1。
3. 根據權利要求1所述的吸收裝置，其特徵在於，所述吸收裝置還包括裝有冷卻劑的 保溫罐，所述試管至少部分地置於所述保溫罐中。
4. 根據權利要求3所述的吸收裝置，其特徵在於，所述冷卻劑為液氮與乙醇的混合物。
5. 根據權利要求3或4所述的吸收裝置，其特徵在於，所述保溫罐內的溫度 為-30°C?_55°C，還優選為-35°C?_50°C。
6. 根據權利要求3-5中任一項所述的吸收裝置，其特徵在於，所述試管底部為圓錐形。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的吸收裝置，其特徵在於，所述試管和/或圓柱體管 上設有刻度。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的吸收裝置，其特徵在於，所述玻璃長管上設有開 關。
9. 根據權利要求8所述的吸收裝置，其特徵在於，所述吸收裝置還設有一端與外置流 量計相連，另一端穿過試管的矽橡膠塞而伸入試管內的第二導管。
10. 根據權利要求1-8中任一項所述的吸收裝置，其特徵在於，與萃取釜連通的管道上 設有用於測定萃取流體進入試管中的流速的流量計。
【文檔編號】B01D53/18GK104225953SQ201310250115
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月21日 優先權日:2013年6月21日
【發明者】寧麗榮, 湯玉平, 馬亮幫, 孫長青, 李吉鵬, 榮發準, 王國建, 楊俊
申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院