CN113252421B - 一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法 - Google Patents

一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113252421B
CN113252421B CN202110669779.6A CN202110669779A CN113252421B CN 113252421 B CN113252421 B CN 113252421B CN 202110669779 A CN202110669779 A CN 202110669779A CN 113252421 B CN113252421 B CN 113252421B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
intermediate container
natural gas
component
heavy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110669779.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113252421A (zh
Inventor
刘建仪
李杰柯
文果
余凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Petroleum University
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN202110669779.6A priority Critical patent/CN113252421B/zh
Publication of CN113252421A publication Critical patent/CN113252421A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113252421B publication Critical patent/CN113252421B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/42—Low-temperature sample treatment, e.g. cryofixation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N7/00—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N7/00—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour
    • G01N7/14—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour by allowing the material to emit a gas or vapour, e.g. water vapour, and measuring a pressure or volume difference
    • G01N7/16—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour by allowing the material to emit a gas or vapour, e.g. water vapour, and measuring a pressure or volume difference by heating the material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法，解决了现有技术中测量天然气成分时，因为碳同位素含量较低不能测量和重组分检测结果不准确、检测过程复杂的技术问题。所述装置包括顺次通过管道连接的气瓶（1）、中间容器（4）、缓冲装置（14）、计量气体流量的流量计（5）和气相色谱仪；其中，所述中间容器（4）的外侧设有调控中间容器（4）温度的控温装置（3）；所述中间容器（4）上连接有维持其内部压力恒定的控压装置；所述中间容器（4）和缓冲装置（14）上均连接有真空泵（8）。本发明避免了冷凝液体在转移过程中的蒸发损失，简化了操作，并且能够更加准确的测定天然气中微量碳同位素及重组分。

Description

一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法
技术领域
本发明属于天然气物性测试技术领域，具体涉及一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法。
背景技术
天然气作为一种重要能源，在我国的经济发展中占据着重要的战略地位。采用天然气作为能源，能减少煤和石油的用量，减少二氧化硫、二氧化碳、粉尘和氮氧化合物的排放量，还能有效防止酸雨形成，减缓温室效应，从根本上改善环境质量。天然气是一种存在于地下岩石储层的混合气体，以甲烷、乙烷等烃类为主。掌握天然气中的烷烃同位素组成，能帮助判断天然气中烷烃含量及埋藏深度、天然气成因和成熟度等；由于天然气组成较为复杂，组分的种类及含量会影响天然气的性质，再考虑天然气的开发、运输和加工过程中的经济和安全问题，天然气的精确计量逐渐成为大家关注的重点，天然气组成分析数据又是计量中的基础数据。因此，需要准确测量天然气中微量碳同位素和重组分，通过组成分析了解天然气的重要物性参数，进一步明确天然气的性质。
现有测量碳同位素的方法是直接将天然气注入同位素质谱仪进行分析，但当天然气中一些组分含量很低时该方法不能测量出来。
现有测量天然气重组分的方法是将天然气冷凝分离，均是利用气相色谱仪测试天然气中气、液相组分，然后根据物质平衡原理计算天然气总组分，但冷凝液易于挥发，难以保证冷凝液在转移和注入色谱过程不会造成损失，导致测量结果不准确，并且整个冷凝液转移和注入的过程非常复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，以解决现有技术中测量天然气成分时，因为碳同位素含量较低不能测量和重组分检测结果不准确、检测过程复杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，包括顺次通过管道连接的气瓶、中间容器、缓冲装置、计量气体流量的流量计和气体成分检测装置；其中，
所述中间容器的外侧设有调控中间容器温度的控温装置；
所述中间容器上连接有维持其内部压力恒定的控压装置；
所述中间容器和缓冲装置上均连接有真空泵。
进一步的，所述控压装置包括控压管道、驱替泵和进液阀，所述驱替泵连接在控压管道的一端，控压管道的另一端与中间容器连接；所述进液阀连接在控压管道上。
进一步的，所述控温装置的控温范围为-100℃～240℃。
进一步的，所述控温装置为高低温交变试验箱或冷热浴。
进一步的，所述气瓶和中间容器间通过进气管连通，所述进气管上沿着进气方向顺次设有减压阀和进气阀。
进一步的，所述流量计为涡轮流量计或体积流量计。
进一步的，所述气体成分检测装置为稳定同位素比值质谱仪和/或气相色谱仪。
进一步的，所述中间容器与气体成分检测装置间的管道均为保温管道。
本发明提供的一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的方法，应用上述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，包括下述步骤：
S1：抽真空，利用真空泵对中间容器和缓冲装置抽真空；
S2：样品进样、冷凝，启动控温装置，设置温度为-89.5～-95℃；待温度稳定后，气瓶中的天然气样品通过管道进入中间容器，同时利用控压装置维持中间容器压力恒定为常压，让天然气样品中轻组分和重组分气液分离，当中间容器内冷凝液达到8-12ml时停止向中间容器注入天然气样品；
S3：轻组分气体组分分析，使用驱替泵恒压进泵，排出中间容器中的气体，该气体进入气体成分检测装置进行检测，记录流量计的读数和气体成分检测装置（6）的结果；
S4：重组分气体组分分析，设置控温装置温度为198～210℃，待温度稳定后，使用驱替泵恒压进泵，排出中间容器中的气体，该气体进入气体成分检测装置进行检测，记录流量计的读数和气体成分检测装置的结果；
S5：样品气总组成计算，利用步骤S3和步骤S4得到的结果，根据物质平衡原理计算天然气样品总组成。
进一步的，所述步骤S5中，天然气样品总组成的计算步骤为：
①按下式（1）计算轻组分气体和重组分气体的密度
Figure 546139DEST_PATH_IMAGE001
式（1）中：
Figure 587913DEST_PATH_IMAGE002
—实验室压力，
Figure 616918DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 71514DEST_PATH_IMAGE004
—实验室温度，
Figure 10520DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 895300DEST_PATH_IMAGE006
—气体偏差因子，无因次；
Figure 224650DEST_PATH_IMAGE007
—摩尔气体常数，取
Figure 485867DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 154746DEST_PATH_IMAGE009
—轻组分气体、重组分气体的分子量，分别记为
Figure 210426DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 92319DEST_PATH_IMAGE011
；
②按下式（2）计算轻组分气体和重组分气体的质量
Figure 891648DEST_PATH_IMAGE012
式（2）中：
Figure 477350DEST_PATH_IMAGE013
—步骤S3、S4中流量计记录的轻组分气体、重组分气体的体积，分别记 为
Figure 969511DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 273454DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 610894DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 316682DEST_PATH_IMAGE017
—步骤①中计算的轻组分气体、重组分气体的密度，分别记为
Figure 651848DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 443087DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 581289DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure 141583DEST_PATH_IMAGE021
—测试***死体积（即缓冲装置体积和管线体积之和），
Figure 913230DEST_PATH_IMAGE022
；
③按下式（3）计算轻组分气体和重组分气体的分子量
Figure 988502DEST_PATH_IMAGE023
式（3）中：
Figure 933324DEST_PATH_IMAGE024
—由气体成分检测装置（气相色谱仪）检测得到的轻组分气体、重组分 气体
Figure 348125DEST_PATH_IMAGE025
的摩尔分数，分别记为
Figure 290673DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 853242DEST_PATH_IMAGE027
，%；
Figure 339105DEST_PATH_IMAGE028
—轻组分气体、重组分气体的分子量，分别记为
Figure 873992DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 49758DEST_PATH_IMAGE011
；
④按下式（4）计算轻组分气体和重组分气体的摩尔数
Figure 37306DEST_PATH_IMAGE029
式（4）中：
Figure 323931DEST_PATH_IMAGE030
—轻组分气体、重组分气体的摩尔数，分别记为
Figure 447745DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 794412DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 269256DEST_PATH_IMAGE033
；
Figure 380080DEST_PATH_IMAGE034
—步骤②中计算的轻组分气体、重组分气体的质量，分别记为
Figure 686296DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 875969DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 900425DEST_PATH_IMAGE037
；
Figure 466536DEST_PATH_IMAGE038
—步骤③中计算的轻组分气体、重组分气体的分子量，分别记为
Figure 830521DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 253412DEST_PATH_IMAGE040
；
⑤按下式（5）计算天然气样品总组成
Figure 768095DEST_PATH_IMAGE041
式（5）中：
Figure 137896DEST_PATH_IMAGE042
—天然气样品中
Figure 90809DEST_PATH_IMAGE025
组分的摩尔分数，%；
Figure 950180DEST_PATH_IMAGE043
—步骤④计算的轻组分气体的摩尔数；
Figure 683650DEST_PATH_IMAGE044
—步骤④计算的重组分气体的摩尔数；
Figure 857142DEST_PATH_IMAGE045
—由气体成分检测装置（气相色谱仪）检测得到的轻组分气体
Figure 930141DEST_PATH_IMAGE025
的摩尔分数；
Figure 22730DEST_PATH_IMAGE027
—由气体成分检测装置（气相色谱仪）检测得到的重组分气体
Figure 240567DEST_PATH_IMAGE025
的摩尔分数。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
本发明提供的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，在进行天然气微量碳同位素及重组分的测量时，天然气注入中间容器后，利用控温装置控温采用低温冷凝法先对天然气进行冷凝分离，分别获得冷凝后的气体和液体，所得的气体称为轻组分，先将轻组分气体采用气体成分检测装置检测，记录气体体积和气体成分检测装置的检测结果；利用控温装置控温将中间容器内的冷凝液加热蒸发为气体，所得的气体称为重组分，将重组分气体采用同一台气体成分检测装置检测，记录气体体积和气体成分检测装置的检测结果；然后根据物质平衡原理计算天然气总组分，本发明中的测量方法不直接测试冷凝液组分，而是将冷凝液蒸发为气体，测试气体的组分，避免了冷凝液体在转移过程中的蒸发损失，简化了操作，并且能够更加准确的测定天然气中微量碳同位素及重组分。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是对比例中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品A的以比值为纵坐标的结果谱图；
图3是对比例中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品A的以离子强度为纵坐标的结果谱图；
图4是对比例中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品B的以比值为纵坐标的结果谱图；
图5是对比例中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品B的以离子强度为纵坐标的结果谱图；
图6是对比例中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品C的以比值为纵坐标的结果谱图；
图7是对比例中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品C的以离子强度为纵坐标的结果谱图；
图8是实施例2中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品A重组分的以比值为纵坐标的结果谱图；
图9是实施例2中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品A重组分的以离子强度为纵坐标的结果谱图；
图10是实施例2中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品B重组分的以比值为纵坐标的结果谱图；
图11是实施例2中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品B重组分的以离子强度为纵坐标的结果谱图；
图12是实施例2中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品C重组分的以比值为纵坐标的结果谱图；
图13是实施例2中稳定同位素比值质谱仪检测得到的天然气样品C重组分的以离子强度为纵坐标的结果谱图。
图中：1、气瓶；2、驱替泵；3、控温装置；4、中间容器；5、流量计；6、气体成分检测装置；7、出气阀；8、真空泵；9、减压阀；10、进气阀；11、进液阀；12、三通管；13、真空阀；14、缓冲装置。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示：
本发明提供了一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，包括顺次通过管道连接的气瓶1、中间容器4、缓冲装置14、计量气体流量的流量计5和气体成分检测装置6；其中，
所述中间容器4的外侧设有调控中间容器4温度的控温装置3；
所述中间容器4上连接有维持其内部压力恒定的控压装置；
所述中间容器4和缓冲装置14上均连接有真空泵8。
本发明提供的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，在进行天然气微量碳同位素及重组分的测量时，天然气注入中间容器4后，利用控温装置3控温采用低温冷凝法先对天然气进行冷凝分离，分别获得冷凝后的气体和液体，所得的气体称为轻组分，先将轻组分气体采用气体成分检测装置6检测，记录气体体积和气体成分检测装置6的检测结果；利用控温装置3控温将中间容器4内的冷凝液加热蒸发为气体，所得的气体称为重组分，将重组分气体采用同一台气体成分检测装置6检测，记录气体体积和气体成分检测装置6的检测结果；然后根据物质平衡原理计算天然气总组分，本发明中的测量方法不直接测试冷凝液组分，而是将冷凝液蒸发为气体，测试气体的组分，避免了冷凝液体在转移过程中的蒸发损失，简化了操作，并且能够更加准确的测定天然气中微量碳同位素及重组分。
作为可选的实施方式，所述控压装置包括控压管道、驱替泵2和进液阀11，所述驱替泵2连接在控压管道的一端，控压管道的另一端与中间容器4连接；所述进液阀11连接在控压管道上。
作为可选的实施方式，所述控温装置3的控温范围为-100℃～240℃。
作为可选的实施方式，所述控温装置3为高低温交变试验箱或冷热浴。
作为可选的实施方式，所述气瓶1和中间容器4间通过进气管连通，所述进气管上沿着进气方向顺次设有减压阀9和进气阀10。
作为可选的实施方式，所述流量计5为涡轮流量计或体积流量计。
作为可选的实施方式，所述气体成分检测装置6为稳定同位素比值质谱仪和/或气相色谱仪。
在本实施例中，所述气体成分检测装置6为稳定同位素比值质谱仪和气相色谱仪；在进行检测时分别进行稳定同位素比值质谱仪和气相色谱仪的检测；当需要进行稳定同位素比值质谱仪的检测时，稳定同位素比值质谱仪进样进行检测；当需要进行气相色谱仪的检测时，气相色谱仪进样进行检测。
作为可选的实施方式，所述中间容器4与气体成分检测装置6间的管道均为保温管道；设置成保温管道的目的是从中间容器4排出的气体在进入气体成分检测装置6前尽量减少因为温度的变化引起气体的变化。
在本实施例中，所述中间容器4与缓冲装置14间的保温管道上连接有三通管12，所述三通管12的另一端通过抽气管道与真空泵8连接；所述抽气管道上设有真空阀13；所述缓冲装置14与流量计5间的保温管道上连接有出气阀7。
实施例2：
应用实施例1中的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置对天然气样品A进行微量碳同位素和重组分的测量，包括下述步骤：
S1：抽真空，打开真空阀13，利用真空泵8对中间容器4和缓冲装置14抽真空；待抽真空后，关闭真空阀13，取下真空泵8；
S2：样品进样、冷凝，启动控温装置3，设置温度为-90℃；待温度稳定后，打开减压阀9、进气阀10和进液阀11，气瓶1中的天然气样品A通过进气管进入中间容器4，同时利用驱替泵2维持中间容器4压力恒定，让天然气样品A中轻组分和重组分气液分离；
S3：轻组分气体组分分析，打开出气阀7，使用驱替泵2恒压进泵，排出中间容器4中 的气体，该气体进入气体成分检测装置6（稳定同位素比值质谱仪和气相色谱仪）进行检测， 记录流量计5的读数
Figure 14488DEST_PATH_IMAGE046
和气体成分检测装置6的检测结果；稳定同位素比值质谱仪和气相色 谱仪的检测分开进行；
S4：重组分气体组分分析，设置控温装置3温度为200℃，待温度稳定后，使用驱替 泵2恒压进泵，排出中间容器4中的气体，该气体进入气体成分检测装置6（稳定同位素比值 质谱仪和气相色谱仪）进行检测，记录流量计5的读数
Figure 879675DEST_PATH_IMAGE047
和气体成分检测装置6的检测结果； 稳定同位素比值质谱仪和气相色谱仪的检测分开进行；
S5：样品气总组成计算，利用步骤S3和步骤S4得到的结果，根据物质平衡原理计算天然气样品A总组成，具体的计算步骤为：
①按下式（1）计算轻组分气体和重组分气体的密度
Figure 80850DEST_PATH_IMAGE048
式（1）中：
Figure 726595DEST_PATH_IMAGE049
—实验室压力，
Figure 100944DEST_PATH_IMAGE050
；
Figure 86218DEST_PATH_IMAGE051
—实验室温度，
Figure 458293DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure 594264DEST_PATH_IMAGE053
—气体偏差因子，无因次；
Figure 772304DEST_PATH_IMAGE054
—摩尔气体常数，取
Figure 612084DEST_PATH_IMAGE055
；
Figure 217378DEST_PATH_IMAGE056
—轻组分气体、重组分气体的分子量，分别记为
Figure 509819DEST_PATH_IMAGE057
和
Figure 429234DEST_PATH_IMAGE058
；
②按下式（2）计算轻组分气体和重组分气体的质量
Figure 185837DEST_PATH_IMAGE059
式（2）中：
Figure 959102DEST_PATH_IMAGE060
—步骤S3、S4中流量计5记录的轻组分气体、重组分气体的体积，分别 记为
Figure 4419DEST_PATH_IMAGE046
和和
Figure 461945DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 73055DEST_PATH_IMAGE061
；
Figure 223413DEST_PATH_IMAGE062
—步骤①中计算的轻组分气体、重组分气体的密度，分别记为
Figure 552764DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 813981DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure 279597DEST_PATH_IMAGE065
；
Figure 600857DEST_PATH_IMAGE066
—测试***死体积，
Figure 420433DEST_PATH_IMAGE061
；
③按下式（3）计算轻组分气体和重组分气体的分子量
Figure 219762DEST_PATH_IMAGE067
式（3）中：
Figure 805464DEST_PATH_IMAGE068
—轻组分气体、重组分气体
Figure 297625DEST_PATH_IMAGE069
的摩尔分数，分别记为
Figure 335988DEST_PATH_IMAGE070
和
Figure 939008DEST_PATH_IMAGE071
，%；
Figure 644796DEST_PATH_IMAGE072
—轻组分气体、重组分气体的分子量，分别记为
Figure 42279DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 830588DEST_PATH_IMAGE058
；
④按下式（4）计算轻组分气体和重组分气体的摩尔数
Figure 971719DEST_PATH_IMAGE074
式（4）中：
Figure 532013DEST_PATH_IMAGE075
—轻组分气体、重组分气体的摩尔数，分别记为
Figure 38081DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure 378933DEST_PATH_IMAGE077
，
Figure 323755DEST_PATH_IMAGE078
；
Figure 738556DEST_PATH_IMAGE079
—步骤②中计算的轻组分气体、重组分气体的质量，分别记为
Figure 743421DEST_PATH_IMAGE080
和
Figure 246602DEST_PATH_IMAGE081
，
Figure 729536DEST_PATH_IMAGE082
；
Figure 264422DEST_PATH_IMAGE083
—步骤③中计算的轻组分气体、重组分气体的分子量，分别记为
Figure 112293DEST_PATH_IMAGE084
和
Figure 162157DEST_PATH_IMAGE085
；
⑤按下式（5）计算天然气样品A总组成
Figure 448782DEST_PATH_IMAGE086
式（5）中：
Figure 838175DEST_PATH_IMAGE087
—天然气样品A中
Figure 184843DEST_PATH_IMAGE069
组分的摩尔分数，%；
Figure 492694DEST_PATH_IMAGE076
—步骤④计算的轻组分气体的摩尔数；
Figure 317431DEST_PATH_IMAGE088
—步骤④计算的重组分气体的摩尔数；
Figure 499013DEST_PATH_IMAGE089
—由气体成分检测装置6（气相色谱仪）检测得到的轻组分气体
Figure 78899DEST_PATH_IMAGE069
的摩尔分数；
Figure 978722DEST_PATH_IMAGE071
—由气体成分检测装置6（气相色谱仪）检测得到的重组分气体
Figure 669466DEST_PATH_IMAGE069
的摩尔分数。
天然气样品A的微量碳同位素和重组分的测量结果，结果如下表1、图8和图9所示。
按上述实施例2的方法分别对天然气样品B和天然气样品C进行微量碳同位素和重组分的测量，结果如下表1、图10、图11、图12、图13所示。
对比例：
1、以现有技术中的方法分别将天然气样品A、天然气样品B和天然气样品C直接注入前述实施例2中应用的同一台稳定同位素比值质谱仪进行分析，结果如下表1、图2-图7所示。
表1 实施例2和对比例微量碳同位素测量结果对比
Figure 705556DEST_PATH_IMAGE091
由表1可知，实施例和对比例的测量方法的天然气碳同位素测试结果对比举例分析。直接将气样注入与气样冷凝分离液蒸发气注入稳定同位素比值质谱仪测试结果见表1，对比测试了3个气样的同位素：对于天然气样品A和天然气样品B，采用对比例中的直接进样法，只能测量出甲烷中的碳同位素，采用本发明中的方法，可以测量出甲烷和乙烷中的碳同位素；对于天然气样品C，采用对比例中的直接进样法，只能测出甲烷和乙烷中的碳同位素，采用本发明中的方法，可以测量出甲烷、乙烷和丙烷中的碳同位素。由此可见，采用直接进样法检测不出微量组分的同位素，采用本发明方法能够测量出微量组分的同位素。

Claims (10)

1.一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，包括顺次通过管道连接的气瓶（1）、中间容器（4）、缓冲装置（14）、计量气体流量的流量计（5）和气体成分检测装置（6）；其中，
所述中间容器（4）的外侧设有调控中间容器（4）温度的控温装置（3）；
所述中间容器（4）上连接有维持其内部压力恒定的控压装置；
所述中间容器（4）和缓冲装置（14）上均连接有真空泵（8）；
应用所述测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置进行天然气中微量碳同位素和重组分的测量，包括下述步骤：
S1：抽真空，利用真空泵（8）对中间容器（4）和缓冲装置（14）抽真空；
S2：样品进样、冷凝，启动控温装置（3），设置温度为-89.5～-95℃；待温度稳定后，气瓶（1）中的天然气样品通过管道进入中间容器（4），同时利用控压装置维持中间容器（4）压力恒定为常压，让天然气样品中轻组分和重组分气液分离，当中间容器（4）内冷凝液达到8-12ml时停止向中间容器（4）注入天然气样品；
S3：轻组分气体组分分析，使用驱替泵（2）恒压进泵，排出中间容器（4）中的气体，该气体进入气体成分检测装置（6）进行检测，记录流量计（5）的读数和气体成分检测装置（6）的结果；
S4：重组分气体组分分析，设置控温装置（3）温度为198～210℃，待温度稳定后，使用驱替泵（2）恒压进泵，排出中间容器（4）中的气体，该气体进入气体成分检测装置（6）进行检测，记录流量计（5）的读数和气体成分检测装置（6）的结果；
S5：样品气总组成计算，利用步骤S3和步骤S4得到的结果，对样品气总组成进行计算。
2.根据权利要求1所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，所述控压装置包括控压管道、驱替泵（2）和进液阀（11），所述驱替泵（2）连接在控压管道的一端，控压管道的另一端与中间容器（4）连接；所述进液阀（11）连接在控压管道上。
3.根据权利要求1所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，所述控温装置（3）的控温范围为-100℃～240℃。
4.根据权利要求1所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，所述控温装置（3）为高低温交变试验箱或冷热浴。
5.根据权利要求1所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，所述气瓶（1）和中间容器（4）间通过进气管连通，所述进气管上沿着进气方向顺次设有减压阀（9）和进气阀（10）。
6.根据权利要求1所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，所述流量计（5）为涡轮流量计（5）或体积流量计（5）。
7.根据权利要求1所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，气体成分检测装置（6）为稳定同位素比值质谱仪和/或气相色谱仪。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，所述中间容器（4）与气体成分检测装置（6）间的管道均为保温管道。
9.一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的方法，应用权利要求1-8中任意一项所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置，其特征在于，包括下述步骤：
S1：抽真空，利用真空泵（8）对中间容器（4）和缓冲装置（14）抽真空；
S2：样品进样、冷凝，启动控温装置（3），设置温度为-89.5～-95℃；待温度稳定后，气瓶（1）中的天然气样品通过管道进入中间容器（4），同时利用控压装置维持中间容器（4）压力恒定为常压，让天然气样品中轻组分和重组分气液分离，当中间容器（4）内冷凝液达到8-12ml时停止向中间容器（4）注入天然气样品；
S3：轻组分气体组分分析，使用驱替泵（2）恒压进泵，排出中间容器（4）中的气体，该气体进入气体成分检测装置（6）进行检测，记录流量计（5）的读数和气体成分检测装置（6）的结果；
S4：重组分气体组分分析，设置控温装置（3）温度为198～210℃，待温度稳定后，使用驱替泵（2）恒压进泵，排出中间容器（4）中的气体，该气体进入气体成分检测装置（6）进行检测，记录流量计（5）的读数和气体成分检测装置（6）的结果；
S5：样品气总组成计算，利用步骤S3和步骤S4得到的结果，对样品气总组成进行计算。
10.根据权利要求9所述的测量天然气中微量碳同位素和重组分的方法，其特征在于，所述步骤S5中，天然气样品总组成的计算步骤为：
①按下式（1）计算轻组分气体和重组分气体的密度
Figure 355862DEST_PATH_IMAGE001
Figure 86052DEST_PATH_IMAGE002
Figure 865789DEST_PATH_IMAGE003
；
②按下式（2）计算轻组分气体和重组分气体的质量
Figure 323315DEST_PATH_IMAGE004
Figure 950736DEST_PATH_IMAGE005
③按下式（3）计算轻组分气体和重组分气体的分子量
Figure 773199DEST_PATH_IMAGE006
Figure 102549DEST_PATH_IMAGE007
④按下式（4）计算轻组分气体和重组分气体的摩尔数
Figure 114499DEST_PATH_IMAGE008
Figure 845694DEST_PATH_IMAGE010
⑤按下式（5）计算天然气样品总组成
Figure 839058DEST_PATH_IMAGE011
Figure 406437DEST_PATH_IMAGE012
CN202110669779.6A 2021-06-17 2021-06-17 一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法 Active CN113252421B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110669779.6A CN113252421B (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110669779.6A CN113252421B (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113252421A CN113252421A (zh) 2021-08-13
CN113252421B true CN113252421B (zh) 2021-09-21

Family

ID=77188329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110669779.6A Active CN113252421B (zh) 2021-06-17 2021-06-17 一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113252421B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114062550B (zh) * 2021-11-16 2024-02-02 西南石油大学 一种天然气全组分分析装置及方法
CN116296671B (zh) * 2023-03-10 2023-10-17 中国科学院西北生态环境资源研究院 与天然气中稀有气体同位素分析装置配套的缓冲件及方法

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0272861A2 (en) * 1986-12-22 1988-06-29 E.I. Du Pont De Nemours And Company Analyzer for dissolved gas in liquids
CA2116706A1 (en) * 1993-03-04 1995-09-02 David B. Layzell Gas analyzer
US5929442A (en) * 1996-05-01 1999-07-27 Japan Radio Co., Ltd. Apparatus for and method of analyzing carbon isotopes
CA2246564A1 (en) * 1998-09-02 2000-03-03 Tekran Inc. Apparatus for and method of collecting gaseous mercury and differentiating between different mercury components
WO2012125675A1 (en) * 2011-03-14 2012-09-20 Weatherford Switzerland Trading And Development Gmbh Sampling container for collection of fluids
CN105987947A (zh) * 2016-07-07 2016-10-05 南京师范大学 一种基于元素分析仪—稳定同位素质谱仪联用装置测定n2或co2气体的氮或碳同位素比值的方法
CN205656091U (zh) * 2016-04-08 2016-10-19 中国石油大学(北京) 一种容量法页岩等温吸附实验装置
CN106970000A (zh) * 2017-04-21 2017-07-21 西南石油大学 煤/页岩超高压气体吸附和渗流实验评价页岩气吸附方法
CN107421864A (zh) * 2016-05-23 2017-12-01 中国石油化工股份有限公司 微介孔固体材料总比表面积和微孔比表面积的测定方法
CN110196264A (zh) * 2019-06-05 2019-09-03 西南石油大学 一种高温高压凝析气析蜡量测试装置及方法
CN110940613A (zh) * 2019-11-05 2020-03-31 苏州冠德能源科技有限公司 一种用于页岩气释放过程碳同位素分析的模拟实验装置
CN112240186A (zh) * 2019-07-18 2021-01-19 中国石油天然气股份有限公司 一种天然气水合物注热-置换联合模拟开采装置及方法
CN112255369A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 核工业北京地质研究院 气体中甲烷碳同位素组成在线连续流分析提取装置及方法
CN112345667A (zh) * 2020-11-06 2021-02-09 中国石油化工股份有限公司 一种气态烃制备和在线碳同位素分析装置及方法
CN112505209A (zh) * 2020-11-05 2021-03-16 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 用于录井现场测量碳同位素的气相色谱—同位素分析联用装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7011154B2 (en) * 2000-04-24 2006-03-14 Shell Oil Company In situ recovery from a kerogen and liquid hydrocarbon containing formation
CA2462971C (en) * 2001-10-24 2015-06-09 Shell Canada Limited Installation and use of removable heaters in a hydrocarbon containing formation
US6807874B2 (en) * 2002-01-21 2004-10-26 Shimadzu Corporation Collecting apparatus of floating dusts in atmosphere
NZ543753A (en) * 2003-04-24 2008-11-28 Shell Int Research Thermal processes for subsurface formations
US7028478B2 (en) * 2003-12-16 2006-04-18 Advanced Combustion Energy Systems, Inc. Method and apparatus for the production of energy
EP2010754A4 (en) * 2006-04-21 2016-02-24 Shell Int Research ADJUSTING ALLOY COMPOSITIONS FOR SELECTED CHARACTERISTICS IN TEMPERATURE-LIMITED HEATERS
CN103063575B (zh) * 2011-10-19 2015-05-20 中国石油化工股份有限公司 一种流体包裹体激光剥蚀样品池
KR101461064B1 (ko) * 2014-06-09 2014-11-13 한국지질자원연구원 해수 내 용존메탄 측정방법
CN105259080A (zh) * 2015-11-12 2016-01-20 西南石油大学 一种页岩气藏气体扩散系数实验测试方法
CN110402384A (zh) * 2017-01-20 2019-11-01 积水医疗株式会社 碳同位素分析装置和碳同位素分析方法

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0272861A2 (en) * 1986-12-22 1988-06-29 E.I. Du Pont De Nemours And Company Analyzer for dissolved gas in liquids
CA2116706A1 (en) * 1993-03-04 1995-09-02 David B. Layzell Gas analyzer
US5929442A (en) * 1996-05-01 1999-07-27 Japan Radio Co., Ltd. Apparatus for and method of analyzing carbon isotopes
CA2246564A1 (en) * 1998-09-02 2000-03-03 Tekran Inc. Apparatus for and method of collecting gaseous mercury and differentiating between different mercury components
WO2012125675A1 (en) * 2011-03-14 2012-09-20 Weatherford Switzerland Trading And Development Gmbh Sampling container for collection of fluids
CN205656091U (zh) * 2016-04-08 2016-10-19 中国石油大学(北京) 一种容量法页岩等温吸附实验装置
CN107421864A (zh) * 2016-05-23 2017-12-01 中国石油化工股份有限公司 微介孔固体材料总比表面积和微孔比表面积的测定方法
CN105987947A (zh) * 2016-07-07 2016-10-05 南京师范大学 一种基于元素分析仪—稳定同位素质谱仪联用装置测定n2或co2气体的氮或碳同位素比值的方法
CN106970000A (zh) * 2017-04-21 2017-07-21 西南石油大学 煤/页岩超高压气体吸附和渗流实验评价页岩气吸附方法
CN110196264A (zh) * 2019-06-05 2019-09-03 西南石油大学 一种高温高压凝析气析蜡量测试装置及方法
CN112240186A (zh) * 2019-07-18 2021-01-19 中国石油天然气股份有限公司 一种天然气水合物注热-置换联合模拟开采装置及方法
CN110940613A (zh) * 2019-11-05 2020-03-31 苏州冠德能源科技有限公司 一种用于页岩气释放过程碳同位素分析的模拟实验装置
CN112255369A (zh) * 2020-10-21 2021-01-22 核工业北京地质研究院 气体中甲烷碳同位素组成在线连续流分析提取装置及方法
CN112505209A (zh) * 2020-11-05 2021-03-16 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 用于录井现场测量碳同位素的气相色谱—同位素分析联用装置
CN112345667A (zh) * 2020-11-06 2021-02-09 中国石油化工股份有限公司 一种气态烃制备和在线碳同位素分析装置及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CO_2分子置换法开采页岩气实验;张广东等;《成都理工大学学报. 自然科学版》;20150331;第42卷(第3期);第366-371页 *
Device for measuring wobble in cylindrical components and rings;Larichev K K;《Measurement Techniques》;19640531;第7卷(第5期);第373页 *
应用显微激光拉曼光谱测定CO_2气体碳同位素值δ~(13)C的定量方法研究;李佳佳等;《光谱学与光谱分析》;20170415(第04期);第1139-1144页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113252421A (zh) 2021-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113252421B (zh) 一种测量天然气中微量碳同位素和重组分的装置及方法
US20110046896A1 (en) alcohol thermal dehydratation chamber, apparatus and method for determination of isotopic composition of non-exchangeable hydrogen and deuterium atoms in ethanol samples
CN110308216A (zh) 一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析***及其使用方法
WO2022000891A1 (zh) 一种水合物评价实验***及方法
CN105092350A (zh) 用于水中溶解氦氖的测定的前处理装置及其方法
CN110780015A (zh) 一种非甲烷总烃的检测装置以及检测方法
CN102998408B (zh) 一种水中挥发性有机物的检测装置及其检测方法
US9207227B2 (en) Composition of multiphase flow
CN206627464U (zh) 气体露点的检测装置
CN105954416B (zh) 一种测定水体中溶解异戊二烯的装置和方法
CN207007641U (zh) 基于吸收法的高浓度氨气含量检测装置
CN114062517B (zh) 页岩气和煤层气的混合气体吸附测试装置及方法
CN202942115U (zh) 检测开放式动物呼吸测热***中气体回收率测定装置
CN117405551A (zh) 检测岩石中油、气和水含量的装置及其应用
CN102081038B (zh) 一种水中挥发性物质的检测装置及其用于检测的方法
CN104390831A (zh) 一种高温下甲基丙烯酸气态标准样品的制备方法与装置
CN100552451C (zh) 一种低沸点烃类中微量含氧化合物的测定方法及设备
CN104155207A (zh) 含气量解吸测定装置
CN209784284U (zh) 一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置
CN114034776A (zh) 测定绝缘油中溶解气体分配系数的装置及方法
CN113804807A (zh) 天然气中烃类气体组分碳同位素分离富集装置及制样方法
CN107315079A (zh) 用于低温天然气浓度检测的***集成方法
CN219104842U (zh) 一种液化气体水分测试装置
CN220795139U (zh) 一种用于收集同步热分析仪热分解气体的气体进样装置
CN114544906B (zh) 一种天然气中液态烃含量的检测装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Liu Jianyi

Inventor after: Li Jieke

Inventor after: Wen Guo

Inventor after: Yu Fan

Inventor before: Liu Jianyi

Inventor before: Li Jieke

Inventor before: Wen Guo

Inventor before: Yu Fan

CB03 Change of inventor or designer information