[發明專利]微量甲烷天然氣同位素制樣系統及其制樣方法

在審

• 申請號: 201610403825.7
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN107478473A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 翟正;李鉅源;李祥臣;徐興友;劉慶;李政;張學軍;綦艷麗;韓冬梅;吳連波
• 申請（專利權）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勝利油田分公司勘探開發研究院
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所37224
• 代理人: 崔曉艷

技術領域

本發明涉及同位素質譜樣品制備和測試的技術領域，特別是涉及到一種微量甲烷天然氣同位素制樣系統及其制樣方法。

背景技術

天然氣的烴類組成主要包括甲烷及其同系物，天然氣同位素已經廣泛應用于無機成因天然氣和有機成因天然氣的重要判識依據。此外，氣體碳同位素在生物成因氣的鑒定，生物-熱催化過渡帶氣的鑒定，油型氣和煤型氣的鑒定等方面做了大量的研究。通常甲烷占絕對優勢，并有數量不等的重烴氣(C₂₊)，準確測定甲烷碳同位素的數值，具有重要的理論和實際意義。

為了準確測定甲烷碳同位素的數值，人們開發了在線甲烷測定方法，然而，當天然氣中甲烷濃度較低時，在線甲烷測定方法往往無法檢測到同位素信號；如何將微量甲烷與重烴氣(C₂₊)分離，并將甲烷進行有效的富集和檢測，目前尚缺乏有效的手段，因此，開發新型準確測定天然氣中微量甲烷的碳同位素數值的儀器和方法，已經引起了人們的廣泛關注。為此我們發明了一種新的微量甲烷天然氣同位素制樣系統及其制樣方法，解決了以上技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種實現了低濃度微量甲烷氣體的有效分離和富集，確保了樣品制備的準確度的微量甲烷天然氣同位素制樣系統及其制樣方法。

本發明的目的可通過如下技術措施來實現：微量甲烷天然氣同位素制樣系統，該微量甲烷天然氣同位素制樣系統包括甲烷分離裝置，原始樣品反應裝置和成品樣品提取裝置，該甲烷分離裝置接收天然氣樣品，將甲烷與天然氣中的其它組分分離，該原始樣品反應裝置連接于該甲烷分離裝置，分離得到的甲烷在該原始樣品反應裝置中進行氧化反應得到CO₂，該成品樣品提取裝置連接于該原始樣品反應裝置，將氧化反應得到CO₂氣體進行提純，脫去同時生成的H₂O雜質氣體，并在取樣口得到的純凈的CO₂氣體。

本發明的目的還可通過如下技術措施來實現：

該甲烷分離裝置包括自動進樣器、第一液氮冷肼、第一載氣裝置和第一氣泡計，天 然氣樣品通過該自動進樣器推入該甲烷分離裝置，該第一液氮冷肼的一端連接至該自動進樣器，另一端連接至該原始樣品反應裝置，該第一載氣裝置連接于該第一液氮冷肼的一端，天然氣樣品通過該第一液氮冷阱時，天然氣中的其余組分凝固在該第一液氮冷阱中，而甲烷在該第一載氣裝置中的載氣的吹掃下進入該原始樣品反應裝置，該第一氣泡計連接于該第一液氮冷肼的另一端，通過該第一氣泡計監測載氣的流速。

該原始樣品反應裝置包括氧氣輸送器，石英反應管，散熱器和流量計，該石英反應管的第一入口連接該甲烷分離裝置，第二入口通過該流量計連接于該氧氣輸送器，高溫時，該甲烷分離裝置分離得到的甲烷在載氣的帶動下進入該石英反應管中，通過該流量計控制該氧氣輸送器輸送的氧氣的流量，確保甲烷充分反應，碳原子全部反應生成CO₂，該散熱器的入口端連接于該石英反應管的出口，出口端連接于該成品樣品提取裝置，將該石英反應管中生成的CO₂氣體降溫。

該成品樣品提取裝置包括酒精冷肼、第二液氮冷肼和取樣口，該酒精冷肼連接于該原始樣品反應裝置，樣品在該原始樣品反應裝置中生成的H₂O保存在該酒精冷肼，該第二液氮冷肼連接于該酒精冷肼，樣品在該原始樣品反應裝置中生成的CO₂保存在該第二液氮冷肼中，該取樣口連接于該第二液氮冷肼，保存甲烷反應后在該第二液氮冷肼中得到的純的CO₂氣體。

該成品樣品提取裝置還包括第二氣泡計和輔助氣裝置，該第二氣泡計連接于該酒精冷肼，并監測管路中載氣，當向該原始樣品反應裝置中注入氦氣時，通過該第二氣泡計觀測氦氣是否已經完全充滿整個該原始樣品反應裝置，該輔助氣裝置連接于該第二液氮冷肼，當系統在樣品制備過程中出現空氣倒吸現象時，啟動該輔助氣裝置，保證系統中氣體的純度。

該微量甲烷天然氣同位素制樣系統還包括系統真空度控制裝置，該系統真空度控制裝置包括真空泵和第三液氮冷肼，該第三液氮冷肼連接于該成品樣品提取裝置，該真空泵連接于該第三液氮冷阱，當該第三液氮冷肼中存有雜質氣體時，通過該真空泵抽出其中存有的雜質氣體；當該第三液氮冷阱中不含有雜質氣體時，通過該真空泵對該甲烷分離裝置，該原始樣品反應裝置和該成品樣品提取裝置進行抽真空。