一種氣體進樣裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳氫同位素分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣體進樣裝置及其在天然氣中碳氫同位素分析中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣樣品中各化合物的碳氫同位素是重要的地球化學示蹤指標。然而樣品中的氣體組份(二氧化碳，甲烷，乙烷，丙烷，異丁烷，正丁烷)的相對濃度具有較大差異，尤其目前勘探的天然氣田演化程度高，主要以甲烷為主。客觀上氫和碳同位素比值的測定要求各分離的組份在同位素質(zhì)譜儀的信號響應(yīng)必須滿足其動態(tài)變化范圍，并盡可能與工作標準信號強度相近。為達到此目的分析人員采用小體積進樣(5 μ L)分析甲烷，大體積進樣(500 UL)分析乙烷及其他組份。這樣無疑增加了單個樣品的分析次數(shù)，并耗費雙倍的分析時間，工作效率較低。由于進樣體積差距幾乎達到兩個量級，無疑也不利于采用自動進樣器實現(xiàn)測試工作的自動化。
[0003]因此，目前存在的問題是需要研究開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、高效率，并能夠?qū)崿F(xiàn)不同數(shù)量級樣品的自動進樣的氣體進樣裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氣體進樣裝置，該裝置能夠進行先后兩次或兩次以上不同體積的進樣，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、效率高，可以滿足一張分析圖譜上同時檢測多種氣態(tài)烴組份的分析要求，并方便與檢測裝置連接用于氣體組分分析。尤其方便與色譜-同位素分析系統(tǒng)連接用于天然氣中碳氫同位素分析。
[0005]本發(fā)明還提供了一種氣體進樣裝置在天然氣中碳氫同位素分析中的應(yīng)用。
[0006]為此，本發(fā)明提供了一種氣體進樣裝置，包括采樣組件和進樣組件，其中所述進樣組件設(shè)置有進樣管路、送樣管路和二個或二個以上的定量構(gòu)件。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，所述進樣管路包括二個或二個以上的進樣通道。所述進樣通道與定量構(gòu)件并行設(shè)置。各進樣通道以彼此并聯(lián)的方式通過各自的進口與采樣組件相連接。各進樣通道的出口均與放空構(gòu)件相連，用于在進樣過程中排除多余的樣品氣體。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述送樣管路包括二個或二個以上的送樣通道。所述送樣通道與定量構(gòu)件并行設(shè)置。各送樣通道依次串聯(lián)。并且，通過設(shè)置在送樣管路上游的送樣通道的進口與載氣接口相連接。通過設(shè)置在送樣管路下游的送樣通道的出口與檢測裝置相連接。
[0009]本發(fā)明中所述用語“進樣通道”是指設(shè)置于進樣管路上的由兩個通孔連接構(gòu)成的可以連通或斷開的通道，其可以與并行的定量構(gòu)件之間進行切換以實施進樣操作。
[0010]本發(fā)明中所述用語“送樣通道”是指設(shè)置于送樣管路上的由兩個通孔連接構(gòu)成的可以連通或斷開的通道，其可以與并行的定量構(gòu)件之間進行切換以實施送樣操作。
[0011]本發(fā)明中所述用語“并行設(shè)置”是指進樣通道或送樣通道與定量構(gòu)件之間并列設(shè)置，并可以通過進樣通道或送樣通道的進口和出口分別與定量構(gòu)件的第一端口和第二端口斷開或連通進行互相切換。例如，當進樣裝置處于進樣狀態(tài)時，進樣通道斷開，定量構(gòu)件的第一端口通過進樣通道的進口與采樣構(gòu)件相連通，定量構(gòu)件的第二端口通過進樣通道的出口與放空構(gòu)件相連通，由此實施進樣操作，此時送樣通道處于連通狀態(tài)；當進樣裝置處于送樣狀態(tài)時，進樣通道連通，并且其進口和出口與定量構(gòu)件的兩個端口斷開，而同時，送樣通道斷開，定量構(gòu)件的第一端口和第二端口或者第二端口和第一端口分別與送樣通道的進口與出口相連通，實施送樣操作。據(jù)此可以進行進樣通道與定量構(gòu)件，以及送樣通道與定量構(gòu)件之間的切換。
[0012]本發(fā)明中所述用語“送樣管路上游”是指送樣管路靠近載氣接口或采樣組件的部分。
[0013]本發(fā)明中所述用語“送樣管路下游”是指送樣管路靠近檢測裝置的部分。
[0014]在本發(fā)明的上述氣體進樣裝置處于連續(xù)流模式下進行自動進樣時，可以進行先后兩次或兩次以上不同體積的自動進樣，無死體積。
[0015]本發(fā)明中，進樣通道和送樣通道可以獨立存在，也可以存在于多通道進樣構(gòu)件中。所述多通道進樣構(gòu)件可以由定量構(gòu)件與多通道進樣切換閥構(gòu)成，例如四通、六通、八通或十通進樣切換閥等等，也可以是獨立存在的多通道進樣器，例如，例如四通、六通、八通或十通進樣器等等。
[0016]本發(fā)明中，所述定量構(gòu)件的體積可以根據(jù)進樣需要進行調(diào)整，所述定量構(gòu)件的體積為 0.5-500 μ Lo
[0017]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，所述定量構(gòu)件的體積選自0.5yL、lyL、2yL、5 μ L、10 μ L、25 μ L、50 μ L、100 μ L、250 μ L、500 μ L 中至少一種。
[0018]上述定量構(gòu)件可以與多通道進樣切換閥配合使用，針對不同類型樣品選擇最佳的進樣體積組合。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，所述進樣裝置還包括設(shè)置在進樣組件下游的冷阱組件。
[0020]本發(fā)明中所述用語“進樣組件下游”是指進樣組件靠近檢測裝置的部分。
[0021]本發(fā)明中所述用語“進樣組件上游”是指進樣組件靠近采樣組件的部分。
[0022]在本發(fā)明的一個實施方式中，所述冷阱組件包括由U形毛細管和設(shè)置在毛細管外部的套管構(gòu)成的冷阱。所述毛細管的內(nèi)徑為0.32-5_。優(yōu)選毛細管的內(nèi)徑為0.32_。所述套管為不銹鋼套管。U形毛細管的一端與設(shè)置在送樣管路下游的送樣通道的出口相連接，另一端與檢測裝置相連接。本發(fā)明的送樣過程中采用冷阱可以通過冷凍來富集CH4、CO2和C2+烴類氣體，其中CH4通過冷阱富集后進入檢測裝置，而CO2和C2+烴類氣體富集并冷凍滯留在冷講中。
[0023]在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述冷阱組件還包括用作低溫源的液氮杯和用于調(diào)控冷阱位置的滑桿。
[0024]在本發(fā)明的一個具體的實施例中，所述冷阱為內(nèi)徑0.32mm的毛細管，外套1/16英寸不銹鋼管的制成，通過閥門(滑桿)控制上下，其在液氮中可以冷凍并富集CH4、CO2和C2+烴類氣體，其中CH4通過冷阱富集后進入檢測裝置，而CO2和C2+烴類氣體富集并冷凍滯留在冷阱中。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，所述采樣組件包括樣品瓶和設(shè)置在樣品瓶內(nèi)的取樣針。在取樣針內(nèi)部設(shè)置有向樣品瓶內(nèi)供入載氣的載氣管線。在取樣針內(nèi)部側(cè)面設(shè)置有出氣口。在取樣針的針尖處設(shè)置有與進樣組件相連通，并向其供入樣品的供樣管線。
[0026]本發(fā)明中所述載氣包括氮氣、氦氣及其他種類的惰性氣體。優(yōu)選所述載氣為氦氣。
[0027]本發(fā)明中，各主要部件均通過毛細管進行連接。所述毛細管的內(nèi)徑為0.32-5_。優(yōu)選毛細管的內(nèi)徑為0.32_。
[0028]在本發(fā)明的一個實施方式中，在色譜檢測裝置下游設(shè)置有反吹閥，其控制一路載氣，其可以將大量的甲烷氣體帶出放空，避免大量CH4超出儀器檢測范圍，并造成同位素質(zhì)譜離子源污染。
[0029]本發(fā)明還提供了一種上述進樣裝置在天然氣中碳氫同位素分析中的應(yīng)用。
[0030]本發(fā)明還另外提供了一種上述進樣裝置在氣相色譜分析中的應(yīng)用。
[0031]在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述進樣組件包括一個含有I μ L樣品定量狹縫的四通進樣器和一個含有100 μ L樣品定量環(huán)的六通進樣器。其中，四通進樣器和六通進樣器的進樣通道與各自的定量構(gòu)件并行設(shè)置，并且各進樣通道以彼此并聯(lián)的方式通過各自的進口與采樣組件相連接，各進樣通道的出口均與放空構(gòu)件相連，用于在進樣過程中排除多余的樣品氣體。四通進樣器和六通進樣器的送樣通道樣通道與各自的定量構(gòu)件并行設(shè)置，并且各送樣通道依次串聯(lián)形成送樣管路，設(shè)置在送樣管路上游部分的四通進樣器的進口與載氣接口相連接，而設(shè)置在送樣管路下游部分的六通進樣器的出口與冷阱的一端相連接，冷阱的另一端與色譜儀相連接。
[0032]在本發(fā)明的另一個具體實施例中，在取樣的時候，將四通進樣器和六通進樣器旋轉(zhuǎn)至取樣狀態(tài)，使四通進樣器和六通進樣器的進樣通道斷開，并使使定量狹縫和定量環(huán)的第一端口分別通過四通進樣器和六通進樣器的進樣通道的進口與采樣組件相連通，第二端口分別通過四通進樣器和六通進樣器的進樣通道的出口與放空構(gòu)件相連通，樣品氣體在載氣的作用下進入進樣針，并通過進樣管線進入樣品定量構(gòu)件中，多余的樣品氣體從四通進樣器和六通進樣器的進樣通道的出口放空。此時四通進樣器和六通進樣器的送樣通道處于連通狀態(tài)。
[0033]在本發(fā)明的又一具體實施例中，在送樣的時候，通過滑桿上的控制閥將冷阱置入液氮杯中，將四通進樣器轉(zhuǎn)換至送樣狀態(tài)，使四通進樣器的進樣通道連通，并且使其進口和出口與樣品狹縫的兩個端口斷開，而同時將四通進樣器的送樣通道斷開，使四通進樣器的送樣通道的進口和出口分別與樣品狹縫的第一端口和第二端口相連通，打開載氣接口的控制閥，樣品狹縫中的樣品氣體在載氣的作用下自動進入冷阱，樣品氣體中甲烷通過冷阱富集后，進入色譜-同位素質(zhì)譜分析系統(tǒng)，檢測其碳/氫同位素；而CO2和C2+烴類氣體富集并冷凍滯留在冷阱中。此時六通進樣器仍處于取樣狀態(tài)。
[0034]在本發(fā)明的一個進一步的具體實施例中，在送樣的時候，將六通進樣器轉(zhuǎn)換至送樣狀態(tài)，使六通進樣器的進樣通道連通，并且使其進口和出口與樣品環(huán)的兩個端口斷開，而同時將六通進樣器的送樣通道斷開，使六通進樣器的送樣通道的進口和出口分別與樣品環(huán)的第二端口和第一端口相連通；打開反吹閥，同時打開載氣接口的控制閥，樣品環(huán)中的樣品氣體在載氣的作用下自動進入冷阱，此時樣品氣體中低含量的CO2和C2+烴類組份富集并冷凍滯留在冷阱中，而大量的甲烷氣體通過反吹閥放空。此時四通進樣器返回到取樣狀態(tài)。
[0035]在本發(fā)明的一個更進一步的具體實施例中，通過滑桿上的控制閥將冷阱升起，室溫下釋放CO2和C2+烴類氣體組份進入色譜-同位素質(zhì)譜分析系統(tǒng)，依次檢測各組份碳/氫同位素組成。
[0036]天然氣中各氣體組份(二氧化碳，甲燒，乙烷，丙烷，異丁烷，正丁烷)的濃度具有較大差異，由此進行氣體樣品中單體組份碳氫的同位素分析時，需要多次調(diào)整進樣量，進行多次檢測。本發(fā)明針對此技術(shù)難點，通過連續(xù)流模式，應(yīng)用進樣針、變體積進樣組件以及冷阱組件的組合設(shè)計，解決了天然氣樣品同位素分析的變體積進樣問題。
[0037]將本發(fā)明的氣體進樣裝置用于色譜-同位素質(zhì)譜分析系統(tǒng)，在系統(tǒng)處于連續(xù)流模式下時，本發(fā)明的氣體進樣裝置可以進行先后兩次或兩