原油组分自动分离设备及其在原油中蜡、胶质分离中的应用

摘要

本发明提供了一种原油组分自动分离设备，能够实现自动注入不同溶剂、自动分离、自动接收样品等功能。本发明提供的原油组分自动分离设备包括：控制装置和至少一个分离模块，所述分离模块包括进样装置、分离装置、收集装置，所述控制装置分别与进样装置、分离装置以及收集装置通讯联接；所述进样装置包括泵机构、溶剂管路和样品管路，所述溶剂管路和样品管路相互独立；所述分离装置包括多路通道选择流通阀和色谱柱，所述色谱柱通过多路通道选择流通阀分别与溶剂管路和样品管路相连；所述收集装置包括收集器。

说明书

技术领域

本发明涉及化学分离领域，特别是涉及一种从原油中分离蜡和胶质的分离设 备。

背景技术

原油是当今社会的重要能源，经过不同的加工方式可以得到不同的成品油， 而分析油的组成，特别是重质油中各组分的含量数据能够使原油开采、炼油工艺 变得简单，因此，原油组成分析对于评价原油的质量及更好地利用原油资源具有 重要意义。原油中蜡、胶质等重质组分无法通过简单的蒸馏和精馏方法测定，为 了测定其中蜡、胶质等重质组分的含量，首先需要从原油中将上述组分分离。目 前对于原油中蜡、胶质的分离主要是采用行业标准SY/T 7550-2012《原油中蜡、 胶质、沥青质含量测定法》进行分离检测，该标准采用层析柱法，即将原油先吸 附在层析柱中的氧化铝吸附剂上，层析柱与恒温水浴相连，层析柱下端塞少许脱 脂棉，溶剂从层析柱上端加入，然后根据吸附性能差异，用不同的溶剂将不同组 分洗脱下来，通过位于层析柱下方的接收器4接收洗脱组分，最后通过加热将溶 剂挥发、称重。然而，常规的分离主要依靠手工操作，其过程繁琐、数据重复性 差、效率低，并且在分离的过程中使用大量有毒有害试剂，会危及人身健康、造 成污染环境。此外，样品和洗脱溶剂使用同一个进样通道，会造成交叉污染，影 响结果准确性，清洗进样通道也浪费大量的时间。随着勘探规模的增大，每个样 品检测周期为5天，严重制约了原油性质评价的效率。

发明内容

为了提高原油组分的分离效率，提高准确性和时效性，本发明提供了一种原 油组分自动分离设备，能够实现自动注入不同溶剂、自动分离、自动接收样品、 自动加压等功能。

本发明通过下述技术方案实现上述目的：一种原油组分自动分离设备，包括 控制装置和至少一个分离模块，所述分离模块包括进样装置、分离装置、收集装 置，所述控制装置分别与进样装置、分离装置以及收集装置通讯联接；所述进样 装置包括泵机构、溶剂管路、样品管路和样品管，所述溶剂管路和样品管路相互 独立，所述样品管接入样品管路中；所述分离装置包括第一多路通道选择流通阀 和色谱柱，所述色谱柱通过第一多路通道选择流通阀分别与溶剂管路和样品通过 管路连接，所述的收集装置包括收集器。

优选的，所述进样装置还包括第二多路通道选择流通阀，所述第二多路通道 选择流通阀与泵机构通过管路连接。

优选的，所述进样装置还包括压力可调的气体动力源，所述压力可调的气体 动力源与第二多路通道选择流通阀通过管路连接。

优选的，所述进样装置还包括第三多路通道选择流通阀，所述第三多路通道 选择流通阀分别与泵机构、样品管路和溶剂管路通过管路连接。

优选的，所述自动分离设备还包括至少一个样品管支架和至少一个色谱柱支 架，所述样品管或色谱柱可分离地安装在所述样品管支架或所述色谱柱支架上。 所述色谱柱支架或所述样品管支架的结构可以相同或不同。优选的，所述样品管 支架数量为1个或2个，所述色谱柱支架数量为1个或2个。

优选的，所述样品管支架和所述色谱柱支架为上下自动可调节式色谱柱支 架。

优选的，所述样品管支架或所述色谱柱支架可放置至少一个样品管或至少一 个色谱柱，通过柱切换器选择连通任一样品管或色谱柱。优选的，所述样品管包 括1-12个，更优选的，样品管的数量可为2-6个(其中2-6具体包括2、3、4、 5、6个)。所述色谱柱包括1-12个，更优选的，色谱柱的数量可为2-6个(其 中2-6具体包括2、3、4、5、6个)。

优选的，所述柱切换器为第三多路通道选择流通阀。

优选的，所述色谱柱为活化硅胶氧化铝混合色谱柱。

优选的，所述泵机构为无阀计量泵。

优选的，所述至少一个分离模块的个数为1-10个，更优选的，所述至少一 个分离模块的个数为2-5个(其中2-5个包括2、3、4或5个)。

优选的，所述的收集装置中包括1-100个收集器，更优选的包括2-20个收 集器，最优选的包括3、4、5、6、7、8、9、10、12、15或18个收集器。所述 的收集器可以为本领域常用的容器，例如三角瓶、试管、烧瓶等。

优选的，所述自动分离设备还包括电机，通过控制装置控制电机驱动第一、 第二和/或第三多路通道选择流通阀。

优选的，所述自动分离设备还包括温度控制装置。

优选的，所述自动分离设备还包括报警装置，所述报警装置为超压报警装置 和/或泄漏报警装置。

在本发明的一个具体实施方式中，所述的多路通道选择流通阀可理解为本领 域常用的能够实现将不同管路中的溶剂和/或气体相互切换，选择连通某一管路 中的溶剂或气体的阀，例如是三通阀、四通阀、五通阀、六通阀、八通阀、十通 阀、十二通阀等。

此外，本发明还提供一种应用原油组分自动分离设备进行原油中蜡、胶质分 离的方法，其具体步骤如下：

步骤一、用石油醚通过溶剂管路润洗色谱柱，之后用空气吹扫，淋洗液接入 废液瓶中；

步骤二、将样品转移至样品管中，用空气将样品通过样品管路压入色谱柱中， 收集器一收集流出液；将苯注入色谱柱中，用空气将苯通过溶剂管路压入色谱柱 中，收集器一收集流出液；当苯完全流完，收集器一中的收集液为含蜡成分；

具体的，步骤二中，用10ml石油醚溶解样品，用10ml石油醚转移至样品管 中；空气以3-5ml/min流速通过样品管路将样品压入色谱柱中，直至液体全部流 出，流出液收集在150ml三角瓶中；将80ml苯通过溶剂管路注入色谱柱中，流 速2-3ml/min；再用空气以3-5ml/min流速，通过溶剂管路将苯压入色谱柱中， 直至液体全部流出，流出液收集在150ml三角瓶中；当苯完全流完三角瓶中的收 集液为油蜡成分。

步骤三、将体积比为1：1的苯、乙醇混合溶剂通过溶剂管路注入色谱柱， 用空气通过溶剂管路压入色谱柱中，收集器二收集流出液；待苯、乙醇混合溶剂 完全流入色谱柱，再依次通过溶剂管路向色谱柱中加入苯、空气、乙醇、空气， 收集器二收集流出液；收集器二中的收集液为胶质和沥青组分，脱除溶剂，真空 干燥恒重，求得胶质和沥青质的质量；

具体的，步骤三中，将30ml体积比为1:1的苯、乙醇混合溶剂通过溶剂管 路注入色谱柱中，流速3-5ml/min；再用空气以3-5ml/min流速，通过溶剂管路 将体积比为1:1的苯、乙醇混合溶剂压入色谱柱中，直至液体全部流出，流出液 收集在恒重的样品瓶中；待苯、乙醇混合溶剂完全流入色谱柱，再以3-5ml/min 的流速通过溶剂管路依次向色谱柱中通入30ml苯、空气、30ml乙醇、空气，收 集液为胶质和沥青质组分，脱除溶剂，放入真空干燥箱内进行恒重，求得胶质和 沥青质的质量。

步骤四、将收集器一中的含蜡组分脱蜡，真空干燥恒重，求得蜡的质量。

优选的，所述色谱柱为无水、活化硅胶、氧化铝混合色谱柱。

本发明的有益效果：

1.独立的管路设计，在避免样品与溶剂及样品之间的交叉污染的同时，节省 管路清洗时间；采用正压上样，通过气体或者溶剂上样，使样品无损失进入色谱 柱，节省试剂消耗。

2.集成式溶剂输送泵，实现连续进样、连续输送液体，缩短进样时间，保证 结果的准确性和重现性。

3.全程在线监控，超压报警、泄漏报警，及时停止堵塞或故障通道。

4.一个控制装置可以组合多个分离模块，且彼此相互独立。

5.自动密封操作系统，避免人员与试剂的直接接触，提高检测精度、效率、 改善检测环境。

6.与传统手动操作相比，本发明提高了样品平行性；降低了有机溶剂挥发对 人体造成的伤害。

7.分离模块搭载活化硅胶氧化铝混合色谱柱，节省了溶剂。

附图说明

图1为本发明分离设备的一具体实施方式的示意图

图2为本发明分离设备包含一个分离模块的具体实施方式的示意图

图3为本发明控制装置的示意图

图4为本发明分离设备一具体实施例的液路图

图5为本发明分离装置的示意图

图6为本发明分离设备一优选实施例的液路图

图7为本发明收集装置的示意图

图8为本发明加热装置的示意图

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施方式进行清楚、完整地描述。

参照附图1，本发明原油组分自动分离设备包括：控制装置10和至少一个 分离模块20(图中分离模块为4个)，其中分离模块20的数量可以根据实际需 求进行调整，具体可为1、2、3、4或5个。分离模块20包括进样装置30、分 离装置40、收集装置50，控制装置10分别与进样装置30、分离装置40以及收 集装置50通讯联接。

控制装置10可为工控机，在一个具体的实施方式中，参照附图2和附图3， 控制装置10包括控制箱主体101，安装于控制箱主体101外侧的控制面板102， 控制面板102上设置有显示屏103、指示灯104、输入按钮105等。控制装置10 中可内置预先设定好的自动分离方法，用于控制分离模块进行自动进样、分离和 收集。

参照附图4，进样装置30包括泵机构301、溶剂管路302、样品管路303和 样品管304，其中，样品管304接入样品管路303中，溶剂管路302和样品管路 303相互独立。具体的，泵机构301可为无阀计量泵，通过控制装置调节无阀计 量泵的流速，实现连续加样，连续输送液体，从而保证实验结果的准确性和重现 性。溶剂管路302和样品管路303相互独立，避免了交叉污染，节省了清洗时间。

在一个优选的实施方式中，参照附图4，进样装置30还包括第二多路通道 选择流通阀305，第二多路通道选择流通阀305与泵机构301通过管路连接。具 体的，第二多路通道选择流通阀305可选用六通阀，其1-5端口为溶剂端口，分 别与溶剂瓶307通过管路相连，端口6为气体端口，通过阀选择连通溶剂或者气 体。本发明中，还包括压力可调的气体动力源，采用正压上样的方式，使样品无 损失的进入色谱柱。本领域技术人员应当知晓，可以根据所需溶剂的种类选择第 二多路通道选择流通阀，其还可为三通阀、四通阀、八通阀、十通阀或其它多路 通道选择流通阀。

在一个优选的实施方式中，参照附图4，进样装置30还包括第三多路通道 选择流通阀306，第三多路通道选择流通阀306分别与泵机构301、溶剂管路302 和样品管路303相连。具体的，第三多路通道选择流通阀306可选择三通阀，通 过切换三通阀，使溶剂或气体分别进入溶剂管路302或样品管路303。本领域技 术人员应当知晓，可以根据实际需求选择第三多路通道选择流通阀，其还可为四 通阀、八通阀、十通阀、十二通阀或其它多路通道选择流通阀。

参照附图2、附图4和附图5，分离装置40包括第一多路通道选择流通阀 401和色谱柱402，其中，色谱柱402通过第一多路通道选择流通阀401分别与 溶剂管路302和样品管路303相连。具体的，第一多路通道选择流通阀401可为 三通阀；本领域技术人员知晓，第一多路通道选择流通阀401也可为其它多路通 道选择流通阀。

在一个优选的实施方式中，自动分离设备还包括至少一个样品管支架308 和至少一个色谱柱支架403，样品管304或色谱柱402可活动地安装在所述样品 管支架308或色谱柱支架403上，具体的，样品管支架308或色谱柱支架403 结构可以相同(附图5中，样品管支架308位于前方，色谱柱支架403位于后方， 本领域技术人员应当理解，两者交换位置也是允许的)，可为上下可调节式支架， 用于适应不同规格的样品管或色谱柱，样品管的规格可谓1-60mL,色谱柱的规格 可为1-60mL，可以依据样品量选择。在一个优选的实施方式中，参照附图2和 附图5，样品管支架308或色谱柱支架403包括底座404、可上下伸缩的杆405 以及顶座406，其中杆405的两端分别与底座404和顶座406连接，底座404上 设置有至少一个用于安装样品管304或色谱柱402的安装孔407，本领域技术人 员知晓，安装孔407的个数可以依据实际需求进行选取，具体的，每个样品管支 架308或色谱柱支架403中的安装孔407数量可为1-12个，具体的可为1-6个， 样品管支架308和色谱管支架403的安装孔407的数量可以相同也不可以不同。 在一个具体的实施方式中，样品管支架308和色谱柱支架403的安装孔407的数 量相同，均为6个。

在一个优选的实施方式中，所述自动分离设备还包括柱切换器408，具体的 柱切换器408可为多路通道选择流通阀，多路通道选择流通阀可以依据安装孔的 数量进行选取，例如，当色谱柱支架403的安装孔407数量为6个时，可选择六 通选择阀作为柱切换器，通过柱切换器选择连通任一色谱柱。本领域技术人员知 晓，柱切换器还可以选择三通阀、四通阀、八通阀、十通阀、十二通阀等其它多 路通道选择流通阀。本发明中，多个色谱柱通道相互独立，避免了试剂污染和干 扰，此外，还可以同时处理多个样品，极大的缩短了样品分离的时间。

在一个优选的实施方式中，参照附图2、附图5和附图6，柱切换器408与 第三多路通道选择流通阀306可为同一个阀，同时实现柱切换以及溶剂、气体的 切换，以减少管路中阀的数量，简化管路设计，便于仪器维护。本领域技术人员 知晓，当柱切换器408与第三多路通道选择流通阀306为同一个阀时，该多路通 道选择流通阀的可切换通道数为2n个，n为整数。例如，当色谱柱支架安装孔 的数量为6个时，柱切换器408(第三多路通道选择阀306)为十二通阀，通过 切换十二通阀档位，可以连接任一色谱柱，于此同时，选择连通溶剂管路或样品 管路。

在一个优选的实施方式中，分离设备还包括电机(图上未示出)，控制装置 控制电机驱动多路通道选择流通阀进行通道切换。

参照附图2和附图7，在一个优选的实施方式中，收集装置50包括用于安 装导流管501的导流管支架502，导流管支架502上设置有与导流管501数量对 应的孔503。具体的，导流管501可为四分之一英寸PTFE管，本领域技术人员 知晓，导流管501的形状和尺寸可以依据实际需求进行选取，导流管501可由其 它耐溶剂腐蚀、化学稳定性强的材料制备，尺寸可以依据实际需求进行选取。收 集装置还包括X/Y轴二维移动装置504，导流管支架502设置在X/Y轴二维移 动装置504上，通过导流管支架502的移动，导流管501可自动对应经分离后的 不同组分以及废液。具体的，X/Y轴二维移动装置504可以为可沿X/Y轴移动的 机械臂。

进一步的，收集装置还包括收集器505和收集器支架506，导流管501通过 管路与收集器505连接，收集器505置于收集器支架506上，收集器505上设置 有与收集器505数量对应的孔507，孔507用于使管路通过。收集器505用于接 收分离后的不同组分以及废液，其数量可以依据实际需求进行选择，例如为 1-100个，优选的包括2-20个收集器，最优选的包括3、4、5、6、7、8、9、10、 12、15、18个收集器。收集器505的形状和尺寸可以依据实际需求进行选取， 可为锥形瓶、试管、磨口烧瓶等；收集器支架506的规格也可根据实际需求进行 选取。

参照附图2、附图6和附图8，在一个优选的实施方式中，本发明分离设备 还包括温度控制装置60，当溶剂温度低于试验要求时，温度控制装置60可用于 在试验过程中加热溶剂；此外，温度控制装置60也可用于加热气体。

在一个具体的实施方式中，温度控制装置60为独立的模块，具体的，温度 控制装置60可放置在进样装置30中的溶剂瓶下方，通过电热模块对溶剂进行加 热(图上未示出)；或者温度控制装置60可放置于进样装置30和分离装置40 之间，通过气体加热的方式，对流经管路的溶剂或气体进行加热(参照附图2 和附图6)。

在一个优选的实施方式中，参照附图8，温度控制装置60可采用PID控制 器进行温度控制，包括温度控制装置箱体601，位于箱体601外侧的显示屏602、 可伸缩的支杆603以及气体加热筒604，其中，支杆603的一端固定在箱体601 外侧，另一端与气体加热筒604连接。

在一个优选的实施方式中，本发明分离设备还包括报警装置(图上未示出)， 所述报警装置为超压报警装置和/或泄漏报警装置。由于设备在运行的过程中， 可能存在堵塞或者压力波动情况，影响试验的进展，可在在样品管路和溶剂管路 中安装压力传感器，检测流经管路的压力，若其超过设定阈值，则通知控制装置 报警。此外，由于设备内部存在电气部件，漏液会造成试验时间和试剂的浪费， 严重的甚至会危机人身安全以及导致设备损坏，因此，在设备中安装泄漏报警装 置，当检测到漏液时，通知控制装置报警。

下面为使用本发明自动分离设备对原油中蜡、胶质进行自动分离的一具体实 施方式。

1.使用本发明自动分离设备对原油中蜡、胶质进行自动分离

1.1准备工作

1.1.1打开自动分离设备，溶剂润洗，排死体积；

1.1.2安装填充好的色谱柱，色谱柱为填充200-300目，无水、活化的氧化 铝；

1.1.3用20mL石油醚润湿柱子，流速5-10ml/min；再吹空气10ml/min，淋 洗液接入废液瓶中。

1.2蜡组分淋洗

1.2.1将用10ml石油醚溶解好的样品，用10ml石油醚转移至样品管中；再 用空气以3-5ml/min流速，通过样品管路将样品压入色谱柱中，直至液体全部流 出，流出液收集在150ml三角瓶中；

1.2.2将苯通过溶剂管路注入色谱柱中，2-3ml/min，共80ml；再用空气以 3-5ml/min流速，通过溶剂管路将苯压入色谱柱中，直至液体全部流出，流出液 收集在150ml三角瓶中；

1.2.3当苯完全流完三角瓶中的收集液为油蜡成分。

1.3胶质+沥青质组分淋洗

1.3.1将体积比为1:1(苯、乙醇)通过溶剂管路注入色谱柱中，3-5ml/min， 共30ml；用空气以3-5ml/min流速，通过溶剂管路将将体积比为1:1(苯、乙醇) 压入色谱柱中，直至液体全部流出，流出液收集在恒重的样品瓶中；

1.3.2待1:1(苯、乙醇)混合溶剂完全流入色谱柱，再通过溶剂管路依次 加入30mL苯，流速3-5ml/min；再用吹空气3-5ml/min，通过溶剂管路将苯压入 色谱柱中，直至液体全部流出；再加入30mL乙醇，流速3-5ml/min；再用吹空 气3-5ml/min，通过溶剂管路将乙醇压入色谱柱中，直至液体全部流出；收集液 为胶质+沥青质组分，脱除溶剂，放入真空干燥箱内进行恒重，求得胶质+沥青质 的质量。

2实验结果及分析

2.1自动分离设备和原标准方法结果分析

采用原标准方法(SY/T 7550-2012)对6种不同的原油样品进行分离，具体 数据参见表1。

表1

采用原标准方法和自动分离设备进行对比，具体数据参见表2。

表2

由上述表1和表2的数据可知，标准数据与自动分离设备检测的蜡含量与沥 青+胶质含量基本符合标准关于再现性20％的要求。

2.2自动分离设备检测重复性结果分析

采用自动分离设备检测蜡含量与沥青+胶质含量的重现性实验，具体数据参 见表3。

表3

由上述表3的数据可知，采用本发明自动分离设备进行蜡、沥青分离检测， 其样品检测重现性好。由于自动分离设备通过控制装置自动控制进样、分离收集， 相对于传统方法，减少了人工误差。

2.3工作效率

原标准方法实现原油中蜡、胶质分离需用时9-11小时；采用自动分离设备 进行蜡、胶质分离用时2.5-3.5小时，提高效率3倍。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的 保护范围之内。