[實用新型]一種用于穩定同位素檢測的天然氣中痕量烴類富集裝置

有效

• 申請號: 201520170297.6
• 申請日: 2015-03-25
• 公開（公告）號: CN204630990U
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 李謹;李志生;王東良;李劍;馬成華;王義風;王曉波;王蓉;崔會英;馬衛;郝愛勝;王志宏
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G01N30/08
• 分類號: G01N30/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 張德斌

技術領域

本實用新型涉及一種用于穩定同位素檢測的天然氣中痕量烴類富集裝置，屬于分析化學領域。

背景技術

天然氣的元素組成相對單一，其碳、氫同位素組成研究對其示蹤研究的意義顯得尤為重要，天然氣的穩定同位素研究已經成為氣源對比研究的必要手段。然而，在部分特殊的天然氣樣品中，由于各種地質因素導致烴類氣體組分的含量很低，不能滿足穩定同位素質譜的檢測限要求，難以獲取這些組分的穩定同位素信息，限制了穩定同位素技術在油氣勘探中的應用。要對這種痕量烴類的穩定同位素進行分析，必須首先對其進行有效富集。

目前，國內外對以上幾種類型的低濃度烴類的富集及檢測技術主要有兩種：

1)離線預富集-穩定同位素檢測技術。該技術用來分析單個氣體組分同位素的方法(Craig,1957)。具體步驟為：將天然氣在氣相色譜儀(GC)中分離出CH₄、C₂H₆、C₃H₈等單組分；將甲烷及其同系物逐個在高溫下的過量氧氣中燃燒為CO₂和H₂O；用玻璃管逐個收集各組分產生的CO₂或H₂O；進行碳同位素測試時，將盛CO₂玻璃管與同位素質譜計(IRMS)聯接，進行碳同位素測試。進行氫同位素測試時，將盛H₂O的玻璃管在高溫下用鋅、鈾或者鎘還原法制備成H₂，將盛經過還原后的樣品瓶與同位素質譜計(IRMS)聯接，進行氫同位素測試。該技術自1950年以來，其基本設計沒有顯著改變，其重要的優點是碳同位素測量精度高達0.01‰。然而，這項技術由于操作繁瑣、效率不高，已不用于日常分析，但仍被經常用來作為標準對該類新技術的準確性進行檢驗(McCauley,1999)。

2)在線冷阱富集-穩定同位素檢測技術。這類技術被應用到地質包裹體、大氣、冰心、深海熱液等微量烴類氣體的同位素分析中。這些裝置為低濃度烴類的穩定同位素研究提供基本手段，由于富集對象的不同，使得在線冷阱富集裝置中進樣、富集冷阱等部分存在差異，富集裝置各具特色，但準確性、實用性等方面仍存在一些不足。

Tsunogai等學者(Tsunogai,et?al.,1998,2000)在對大氣中甲烷和深海熱液中甲烷的穩定碳同位素研究時，設計了大致相似的在線甲烷富集系統。該裝置由3個冷阱、2個色譜柱、1個六通閥組成。該裝置手動操作部件多，操作繁瑣，冷阱控制溫度困難；唐俊紅等(2006)借鑒Tsunogai等學者的思路，對其構件進行了簡化，僅采用1個冷阱，但其手動閥門部件仍然較多，操作復雜，且僅有一級冷阱對氣體中的甲烷等烴類進行富集，這將直接導致色譜中的氣樣將會持續進入，造成目標組分的峰拖尾明顯，測得數據的準確性差。

Rice等學者(Rice,et?al.,2001)設計和使用了另一種相似的富集裝置。該裝置由2個六通閥和2個冷阱組成。通過“六通閥”對甲烷預富集，“冷阱”對甲烷再次聚集，多位閥切換技術實現了對大氣中甲烷的碳、氫同位素分析，但該裝置有其缺點：1、由于使用了定量管，限制了進樣量，對其他類似樣品的分析存在局限性；2、該裝置同時有“六通閥”和“冷阱”兩個冷阱端元，分別用作初次富集和再次富集優化峰形，但設計存在缺陷，這是由于從“六通閥”流出的烴類，如果沒有被“冷阱”完全富集住的話，則有微量的、未被凍住的烴類會持續的流進色譜柱，造成色譜柱中會存在高的背景值，直接導致檢測值的準確性變差。

Allen和Stephanie(Allen,Stephanie?2003)使用預富集裝置連接穩定同位素質譜研究大氣中揮發組分的碳同位素組成。該富集裝置由樣品罐、隔膜真空泵、電磁流量控制器、2個除水和CO₂阱、兩級低溫富集單元組成，通過一個氣體六通閥連接至色譜-燃燒爐-穩定同位素質譜進行檢測。其采用隔膜真空泵抽真空的方式促使樣品氣流經預富集冷阱，這會造成富集冷阱中形成一定的負壓，這對于高度揮發性的低分子烴類的富集極為不利。此外，其手動部件雖然相對其他裝置有了大幅精簡，但仍顯得過于繁瑣。上述幾種富集裝置部件多，且多需手動操作，難以實現各個動作的精準控制，由此會造成不同組測試結果的可比性差，這也是上述裝置最大的缺點之一。