[发明专利]沼气中甲烷以及氢气同时检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沼气中甲烷以及氢气同时检测的方法，属于沼气分析监测领域，主要实现沼气中微量组份（氢气，相对浓度范围在10ppm~1500ppm）和常量组份（甲烷，相对浓度范围在10⁴ppm~10⁶ppm）同时在单一高灵敏度检测器上分析。

背景技术

沼气中甲烷和氢气的分析是判断厌氧发酵系统工作状态的最直接指标之一，分析甲烷及氢气这两种气体的含量是对沼气生产调控有重要意义。

目前最为常用的方法有气相色谱分析法和现场快速设备诊断。

气相色谱分析气体成分主要使用的是热导检测器（TCD），是一种利用不同物质对热的传导性不同来对除参比气以外的其他气体成分进行检测，特点是对大部分气体都可以检出，而缺点则是对和参比气导热系数接近的气体则不敏感。由于热导型检测器的工作原理，如使用氮气或氩气分析氢气的情况下，甲烷的信号弱，在使用氦气分析时，则氢气的信号极弱。

现场设备通常使用两种类型的检测器，一是红外检测器（IR），二是电化学型检测器（ECD）。对甲烷使用IR检测，对氢气则用ECD。现场快速设备诊断结果一般只做常量分析，主流设备一般检测范围在0~100%，精度±0.1%，其优点是便于携带，检测速度快，但是检出限高，并不能满足在分析常量甲烷的同时又分析微量的氢气。目前已有厂家的称其所生产的现场设备对氢气的检出限可达到1ppm，但是同时对甲烷等气体的检测上限仅有5%，也不满足对沼气中成分的分析。另外在需要检测多种气体时，需要携带不同的探头。

另外还有一些检测方法，如质谱检测器、以金属钯为基础的光折射或透射检测方式，也有专用液（气）体氢电极（张兴磊，花榕等，分析仪器，2009[5]：6-12；陶成，刘文汇等，分析化学，2012[3]：482-486）。这些检测方法不能用于分析甲烷。

目前用于检测常量气体或可气化样品中微量组份的检测器主要是氧化锆检测器或氦离子化检测器等通用高灵敏度检测器（赵诚，王成端，四川化工，2006[4]：34-38）。该类检测器由于结构相对简单，环境要求低，造价也更为低廉，适合在环境多变的现场使用。由于该类检测器灵敏度极高，当进样量达到足够分析其中微量氢气的时候，样品中甲烷则会导致检测器严重饱和，不能有效分析得出结果，同时也有可能影响其他组份的检测分析，故不具备同时分析常量甲烷和微量氢气的条件。

故目前使用的针对沼气组份的分析方法均无法满足对其中微量的氢气和常量甲烷实施同机不更换检测器或是探头的分析要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术沼气中气体成分的分析存在的上述不足，提供一种沼气中甲烷以及氢气同时检测的方法，本发明能够在单一检测器上实现对微量氢气和常量甲烷的同机分析，并且不需要额外的信号放大和稳定电路，增加可靠性和准确性。

为实现上述目的，本发明采用的硬件配置方案如下：

一种沼气中甲烷以及氢气同时检测的方法，其特征在于：利用流路切换阀切换分析流路和分流流路，在单一检测器上对沼气中的氢气和甲烷同机分析，得出甲烷以及氢气的相对浓度。

所述方法中，采用基于氧化锆检测器的气相色谱仪，进样口串接一个二位十通阀，二位十通阀上设置有用于对进样气体进行定量的定量环；二位十通阀并联连接分流流路和分析流路；分流流路连接有分流阀组，分析流路串联色谱柱，两组流路出口通过二位十通阀连接到氧化锆检测器上。

所述色谱柱包括分离柱和浓缩柱，分离柱和浓缩柱串联连接。

所述分流阀组由一个或者多个具有将气体按比例分割为两路的阀体。

所述方法具体包括如下步骤：

a、联通载气源与气相色谱仪，打开载气，设定氧化锆检测器及柱温箱温度；

b、待测气体从二位十通阀上的样品气进口注入，先将待测气体中的氢气和甲烷分离，分离出的氢气进入氧化锆检测器产生电信号；

c、分离出的甲烷进入氧化锆检测器产生电信号；

d、信号采集器分别采集氢气产生的电信号和甲烷产生的电信号并发送到色谱工作站，通过色谱工作站分别得出待测气体中甲烷和氢气的相对浓度。

所述步骤a中，氧化锆检测器温度设定在600~1000℃之间，柱温箱温度为室温+5℃~105℃。

所述步骤a中，载气源可以为压缩气体或是气体发生器，载气为经净化器净化后除去二氧化碳和水等的气体，输出压力为0.1MPa~0.4MPa。