[发明专利]一种天然气氦含量的冷冻压力测量法

说明书

本发明涉及一种天然气氦含量的冷冻压力测量法，该方法是指：将定量的天然气样品导入到一个密封系统中，在密封系统中通过液氮冷冻的活性炭，吸附氦气以外的其它气体，用压力计测量氦气的压强，从而计算氦含量。本发明成本低、易操作，能够满足氦资源探测过程中天然气样品氦含量测量的要求，也可以用来验证用于氦含量测试的参考气体的参考值是否合理。

技术领域

本发明涉及天然气化学组成分析技术领域，尤其涉及一种天然气氦含量的冷冻压力测量法。

背景技术

氦气是用途广泛、不可替代的战略稀缺资源，是发展航天、国防军工、潜艇、核能、电子工业和高科技不可缺少的重要气体。近年来，世界范围对于氦的需求不断增长，其驱动力主要来自氦气在航空航天、核反应堆、粒子加速器、尖端设备运维等工程中的应用。

氦气成藏与分布规律的基础研究、氦气藏的勘探和开发以及低成本低丰度氦气提取技术的研究，均离不开氦含量的准确测量。根据目前的研究，氦气主要存在于天然气中，而以往对天然气中氦气含量关注不够。天然气组分通常用气相色谱仪分析，而氦气往往作为气相色谱仪的载气，如果不关注氦含量，也可能忽略了其数据。而且，一些已发表的天然气中氦含量的数据存在较大误差，其原因有：①采样或分析过程中的空气污染；②样品在运输和储存过程中的泄漏；③参考气体氦含量的准确性；④仪器响应的线性，等等。

近年来，国内氦资源的研究成为了热点课题，天然气氦含量的准确测量显得尤为重要。除了气相色谱法外，通常还可以采用四极质谱法、磁质谱法以及磁质谱峰高比法来测量天然气中氦的含量，这些方法各有优缺点，使用的仪器设备较为昂贵。气相色谱法和质谱法都需要带参考值的参考气体，通过与参考气体的参考值的比较计算气体中氦的含量。

天然气的化学组成主要为甲烷等烃类气体，其次为氮、二氧化碳等非烃类气体，氦在天然气中体积浓度在0.0001%~1%之间，多数在0.01%~0.5%之间。随着技术的进步和氦气价格的上涨，目前有人认为，天然气中氦的体积浓度达到0.05%以上，就具有工业开采价值。

除氦和氖不能被液氮温度下的活性炭吸附以外，天然气中的其它化学成分都能被液氮温度下的活性炭吸附或冷冻，而常规天然气的氖含量极低，氦氖比在1000以上，通常高于10000。氦含量测量误差通常要求在10%以下，所以氖对氦含量测量的影响可忽略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、易操作的天然气氦含量的冷冻压力测量法。

为解决上述问题，本发明所述的一种天然气氦含量的冷冻压力测量法，其特征在于：将定量的天然气样品导入到一个密封系统中，在密封系统中通过液氮冷冻的活性炭，吸附氦气以外的其它气体，用压力计测量氦气的压强，从而计算氦含量。

所述密封系统包括与真空泵、活性炭冷指和压力计相连的管线Ⅰ；所述管线Ⅰ的一端设有进样口，另一端与所述真空泵相连；所述进样口与所述活性炭冷指之间的所述管线Ⅰ上设有真空阀Ⅰ；所述压力计与所述真空泵之间的所述管线Ⅰ上设有真空阀Ⅱ，该真空阀Ⅱ与所述活性炭冷指之间设有所述压力计。

所述密封系统包括相互垂直连接的管线Ⅱ和管线Ⅲ；所述管线Ⅱ的一端设有进气口，另一端设有出气口；所述管线Ⅲ的一侧设有活性炭冷指，另一侧设有压力计；靠近所述进气口的所述管线Ⅱ上设有真空阀Ⅰ；靠近所述出气口的所述管线Ⅱ上设有真空阀Ⅱ；靠近所述活性炭冷指的所述管线Ⅲ上设有真空阀Ⅲ。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明针对天然气高氦氖比的特点，通过液氮温度下的活性炭冷阱吸附或冷冻天然气中的烃类气体和氦以外的非烃类气体，得到纯净氦，而该纯净氦中仅含极微量的氖，从而通过测量该纯净氦的压强，计算天然气氦含量。

2、本发明根据气体状态方程的基本原理，采用绝对压力法，原理不同于已有的气相色谱法和质谱法，无需参考气体，可以用于检查其它方法参考气体的参考值是否合理。