[发明专利]一种天然气中硫化氢含量及硫同位素直接测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于地球化学分析领域，进一步的说，是涉及一种天然气中硫化氢含量及硫同位素直接测量装置及测量方法。

背景技术

天然气中硫化氢含量的分析方法很多，有碘量法、亚甲蓝法、醋酸铅法、分光光度法、紫外吸收法、气相色谱法等，这些方法中只有气相色谱法是直接分析法，其它都是间接分析法。间接分析法是在现场用化学试剂吸收天然气中的硫化氢，再用化学方法分析其含量，如碘量法(GB/T 11060.1-1998天然气中硫化氢含量的测定碘量法)、亚甲蓝法(GB/T 11060.2-1998天然气中硫化氢含量的测定亚甲蓝法)、醋酸铅法；或在实验室将硫化氢转化为仪器可分析的形式，分析其含量，如分光光度法、紫外吸收法。间接分析方法步骤较多，容易产生误差，气相色谱线性范围较窄，需要配制不同含量的标准样品。

天然气中硫化氢的硫同位素分析方法，一般采用化学方法在现场将天然气中的H₂S转化为硫化物，再在室内将硫化物转化为二氧化硫，用稳定同位素质谱计分析其硫同位素组成(Chunfang Cai et al.，2003)，也可以将硫化物转化为六氟化硫分析其硫同位素组成(S.Ono et al.，2006)。这些方法都包含两步或两步以上的化学反应，为了防止发生同位素分馏，化学反应要求进行的很彻底，因此对操作的要求也比较严格，相应产生误差的因素也较多。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种天然气中硫化氢含量及硫同位素直接测量装置及测量方法，可采用质谱仪直接进行测量，具有数据准确、操作简便、用样量少、分析速度快等特点。

本发明的目的之一是提供一种天然气中硫化氢含量及硫同位素直接测量装置。

所述装置包括：U型冷阱和质谱仪，U型冷阱一端连接进样口，另一端连接质谱仪；

进样口和U型冷阱之间的管线上设置有真空阀A，U型冷阱与质谱仪之间的管线上设置有真空阀B，真空泵通过管线与U型冷阱和真空阀B之间的管线连通，其上设置有真空阀C；

所述装置为密封装置；

所述管线为真空密封管线，管线材料可优选不锈钢材料制得；

以上所述的各部件之间的连接以保证密封为宜，可采用现有技术中所有的可保证密封性的连接，本发明中，可优选卡套连接；进样口与管线可优选卡套连接，进样口与管线之间设置有密封垫，优选为硅橡胶密封垫。

所述U型冷阱与管线可采用相同材料制得。

本发明的目的之二是提供一种天然气中硫化氢含量及硫同位素直接测量方法。

包括：

天然气经U型冷阱富集后直接送入质谱计测定硫化氢含量及硫同位素。

具体包括以下步骤：

(1)开真空泵，关闭真空阀B，打开真空阀A和C，对冷阱和进样口抽真空，抽至≤5Pa；

(2)将液氮杯套在“U”型冷阱上，冷阱温度低于-80℃，关闭真空阀C，将采集的天然气快速注入冷阱中富集，硫化氢和二氧化碳被富集在冷阱中，冷冻3min～5min；

(3)打开真空阀C，抽去干扰气体，5min～7min后，关闭真空阀A和C，移开液氮杯；

(4)移开液氮杯后的冷阱自然升温至20～25℃，打开真空阀B靠压差将冷阱中富集的硫化氢和二氧化碳送入质谱仪；

(5)用质谱仪直接测定硫化氢含量和硫同位素。

测量硫化氢含量时，先利用硫化氢含量≥10％的天然气，测定硫化氢灵敏度数据：利用“U”型冷阱，富集硫化氢和二氧化碳，而其它气体成分含量很低(0～0.1％)，由于CO₂的灵敏度已知，通过测定CO₂的质谱峰高，即可计算CO₂的量(μl)，H₂S的量(μl)＝样品总量(μl)-CO₂的量(μl)，将硫化氢质谱峰高比上硫化氢的量(μl)，即得到硫化氢的灵敏度数据。在硫化氢灵敏度已知的情况下，对于任意硫化氢含量(0-100％)的天然气样品，则不再需要通过“U”型冷阱进行富集，而是可以直接进入质谱仪，通过测定硫化氢的质谱峰高，然后比上H₂S的灵敏度数据，即可计算出天然气中硫化氢的量(μl)，硫化氢的量与样品总量相比可以得到天然气中硫化氢的体积百分含量。

而传统方法中，质谱仪硫化氢灵敏度测定的传统方法需要使用标准样品，传统方法必须定制硫化氢标准气体，其有效期较短，保存条件要求严格。