CN208953348U - 一种天然气中汞的分离、提纯*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天然气中汞的分离、提纯***，该***包括：分离装置和提纯***，其中分离装置用于分离、富集天然气中的汞，形成一级含汞混合物；提纯***包括：汞还原剂盛载装置、汞蒸气载气装置和吸收装置；汞还原剂盛载装置与分离装置连通，用于将一级含汞混合物中的汞离子还原成汞蒸气；汞蒸气载气装置与分离装置连通，用于将汞蒸气运送至吸收装置形成二级含汞混合物。该***操作简单，无毒害污染，可以快速准确地测量天然气中汞的含量，从而可以针对天然气中汞的含量设计相应配套油气勘探方法，节约了勘探成本，实现了规模效益发展，填补了目前油气行业快速分离、提纯天然气中汞的空白。

Description

一种天然气中汞的分离、提纯***

技术领域

本实用新型属于油气勘探技术与化工领域，具体涉及一种天然气中汞的分离、提纯***。

背景技术

天然气中汞蒸气含量作为一项天然气成因鉴别指标早在1974年由前苏联科学家Н.А.οзроьа研究了大量油气田后提出：石油、天然气中含汞十分普遍且具有较高的汞含量，通常高于大气中汞含量(大气中汞的背景值为1.5-2.0纳克/立方米)2个，甚至更多个数量级以上。我国研究人员在上世纪九十年代初研究了大量油型气和煤型气中汞蒸气含量后总结得出：煤型气中的汞含量一般比油型气的汞含量高，煤型气汞蒸气含量一般大于700纳克/立方米，油型气汞蒸气含量通常小于600纳克/立方米，据此把天然气中汞含量作为天然气成因综合鉴别指标体系的一项辅助鉴别指标，并在我国得到了认可和应用。随着研究的深入和扩大，油型气汞含量一般为4纳克/ 立方米-142000纳克/立方米，煤型气汞含量一般为200纳克/立方米- 3000000纳克/立方米[12,18]，两种成因的天然气汞含量并无明显差异，很难根据天然气中汞含量来准确鉴别两者的成因，说明这一指标存在着不确定和不完善等明显的缺陷与局限性。

随着多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)对汞同位素的精准分析，汞同位素研究取得一系列令人瞩目的研究成果，如对全球煤炭、空气、森林落叶、土壤、苔藓、湖泊沉积物、鱼体等自然介质中汞同位素信息已经精确获得，有必要***研究天然气中汞同位素组成信息。

目前常用的天然气中汞的采集方法有两类：一是***法，二是汞齐法。***法又分为液体氧化法和固体氧化法。液体氧化法是先将天然气通过装有高锰酸钾、硝酸或逆王水的吸收瓶，天然气中的汞就会吸收在上述试剂里，回收吸收液并运回实验室后用氯化亚锡还原吸收液中的二价汞离子为汞蒸气，以高纯氮气为载气用金捕汞管捕获后，用测汞仪测定；固体氧化法是让天然气通过装有碘硅胶或活性炭的管来吸收天然气中的汞，运回实验室用热解法把汞释放至金捕汞管后用测汞仪分析汞含量。汞齐法是将天然气通过装有金/铂丝、银屑或镀金石英砂等的石英管形成汞齐而被富集起来。国家标准采用的天然气汞含量测定采样法为碘化学吸附取样法和金－铂合金汞齐化取样法。而汞稳定同位素的分析进样只能是液体，且液体进样的汞浓度需要高于1.0纳克/立方米才能用MC-ICP-MS精准检测出汞的稳定同位素组成。目前的液体氧化法对低汞含量的天然气由于富集时间较短，吸收液中汞浓度难于分析汞稳定同位素，固体氧化法和汞齐法不适合汞的稳定同位素的分析。本实用新型针对不同类型的天然气汞和汞稳定同位素组成分析的野外三级串联的酸性高锰酸钾吸收富集汞的分离吸收富集装置能完全吸收天然气中的汞，二次汞提纯富集吸收装置消除了天然气中其他基质对汞稳定同位素分析的干扰和影响，分析结果十分理想，为快速高效预测天然气品质、确定天然气成因提供了新方法技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种天然气中汞的分离、提纯***及方法，该***及方法填补了目前油气行业快速分离、提纯天然气中汞的空白，通过快速确定天然气品质和天然气的成因，形成相应配套油气勘探方法，节约了勘探成本，实现了规模效益发展。

为解决上述问题，本实用新型的第一方面提供了一种天然气中汞的分离、提纯***，包括：分离装置，用于分离、富集天然气中的汞，形成一级含汞混合物；提纯***，包括：汞还原剂盛载装置、汞蒸气载气装置和吸收装置；所述汞还原剂盛载装置与所述分离装置连通，用于将所述一级含汞混合物中的汞离子还原成汞蒸气；所述汞蒸气载气装置与所述分离装置连通，用于将所述汞蒸气运送至所述吸收装置形成二级含汞混合物。

进一步地，所述分离装置至少包括一个撞击瓶。

进一步地，所述分离装置至少包括一个空置撞击瓶、一个装有汞吸收液撞击瓶和一个硅胶撞击瓶，所述空置撞击瓶、装有汞吸收液的撞击瓶和装有硅胶的撞击瓶依次串联连通。

进一步地，所述的天然气中汞的分离、提纯***，还包括：气体流量计，其用于测量通过分离装置天然气的体积。

进一步地，所述分离装置与所述气体流量计通过聚四氟乙烯管、硼硅玻璃管及石英质玻璃管其中的至少一种连通。

进一步地，所述汞蒸气载气装置装有氮气、氦气及氩气其中一种。

进一步地，所述提纯***还包括蠕动泵，该蠕动泵设置于所述汞还原剂盛载装置和所述汞吸收装置之间。

进一步地，所述提纯***还包括除汞装置，该除汞装置设置于所述汞蒸气载气装置和所述分离装置之间。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种天然气中汞的分离、提纯方法，其特征在于，包括：用汞吸收装置将天然气中的汞分离，得到一级含汞混合物；将汞还原剂盛载装置中的汞还原剂加入一级含汞混合物，得到汞蒸气；通过汞蒸气载气装置释放载气将汞蒸气运送到吸收装置中，得到二级含汞混合物。

根据本实用新型的又一个方面，提供一种天然气中汞及汞同位素含量检测方法，包括：用汞检测仪器检测通过天然气中汞的分离、提纯***得到的二级含汞混合物，得到天然气中汞的含量；用汞同位素检测仪器检测汞检测通过天然气中汞的分离、提纯***得到的二级含汞混合物，得到天然气中汞同位素的含量。

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)可以快速、完全地分离出天然气中的汞及汞的同位素，进而可以准确地测量天然气中汞及汞的同位素的含量，从而可以针对天然气中汞及汞的同位素的含量设计相应配套油气勘探方法，节约了勘探成本，实现了规模效益发展。填补了目前油气行业快速分离、提纯天然气中汞及汞的同位素的空白；

(2)无毒害污染，操作简单。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式的示意图；

图2是根据本实用新型另一实施方式的分离装置示意图；

图3是根据本实用新型又一实施方式的提纯***示意图；

图4是根据本实用新型又一实施方式的天然气中汞及汞的同位素的分离、提纯方法流程图。

附图标记：

10：提纯***；11：天然气井口；12：空置撞击瓶；13、14、15：撞击瓶；16：硅胶撞击瓶；17：气体流量计；21：汞蒸气载气装置；22：捕汞金管；23：汞还原装置；24：蠕动泵；25：分离装置；26：吸收装置。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是根据本实用新型第一实施方式的示意图。

本实用新型提供的第一实施例，如图1所示，天然气中汞的分离、提纯***，包括：分离装置，用于分离、富集天然气中的汞及汞的同位素，形成一级含汞混合物；提纯***，包括：汞还原剂盛载装置、汞蒸气载气装置和吸收装置；汞还原剂盛载装置与分离装置连通，用于将一级含汞混合物中的汞离子还原成汞蒸气；汞蒸气载气装置与分离装置连通，用于将汞蒸气运送至吸收装置形成二级含汞混合物。

首先，分离装置与天然气井口连接，分离装置中含有酸性高锰酸钾溶液，其中高锰酸钾的含量优选为1％-5％，硫酸的含量优选为1％-20％，具体的，根据天然气中还原性气体的含量来确定酸性高锰酸钾浓度，此优选浓度适合一般天然气井汞及汞同位素的收集，但不限于此浓度，在合理范围内可以有效吸收，即在本实用新型保护范围，当有天然气从井口排出时，分离装置迅速将天然气中的汞成分氧化吸收，形成一级含汞混合物。

然后，将汞还原剂盛载装置中的汞还原剂，目前常使用的还原剂为氯化亚锡溶液，但不限于此溶液，可以将汞离子还原成汞蒸气的试剂都在本实用新型的保护范围，加入分离装置中，将一级含汞混合物中的汞及汞同位素还原成汞蒸气，具体反应方程式为：

Sn²⁺+2Hg⁺＝Sn⁴⁺+2Hg；

Sn²⁺+Hg²⁺＝＝Sn⁴⁺+Hg。

最后，将汞蒸气载气装置中的载气将汞蒸气输送到吸收装置中，形成二级含汞混合物。所述二级含汞混合物中汞及汞同位素纯度高，无其他杂质。便于事后检测汞及汞同位素的含量。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“一级”和“二级”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

可选的，分离装置至少包括一个撞击瓶，撞击瓶可以为硼硅玻璃瓶、石英质瓶及聚四氟乙烯瓶其中的一种，优选为硼硅玻璃瓶，撞击瓶材料的选择应该不与装置中的试剂及天然气中的物质反应即可，撞击瓶为汞吸收液与天然气中的汞反应容器。

可选的，汞吸收装置依次至少包括一个空置撞击瓶、一个装有汞吸收液撞击瓶和一个硅胶撞击瓶，空置撞击瓶、装有汞吸收液撞击瓶和硅胶撞击瓶串联连通。

优选的，分离装置为五个撞击瓶，依次包括一个空置撞击瓶、三个装有汞吸收液撞击瓶和一个硅胶撞击瓶，汞吸收液为酸性高锰酸钾溶液，五个撞击瓶串联连通，通过第一个空置的撞击瓶可以出去天然气中的水蒸气，减少事后测量汞含量的误差，除去水蒸气的天然气先后经过，三个装有汞吸收液撞击瓶可以使天然气中的汞更完全地吸收，硅胶撞击瓶可以除去天然气经过试剂带出的水蒸气，便于气体流量的统计。

可选的，天然气中汞的分离、提纯***，还包括：气体流量计，其用于测量通过分离装置天然气的体积，在分离装置入口端与天然气井口连接，出口端连有气体流量计，适合野外计量通过吸收装置的天然气体积，从而可以进一步计算天然气中汞和汞的同位素的含量。

可选的，分离装置与气体流量计通过聚四氟乙烯管、硼硅玻璃管及石英质玻璃管其中的至少一种连通，所选材质为化学性质稳定，不易与天然气及汞蒸气反应。

优选的，分离装置与所述气体流量计通过聚四氟乙烯管连通，该管有密闭性好、价格低、耐高温、耐低温、耐腐蚀和无毒害等优点。

图2是根据本实用新型另一实施方式的分离装置示意图。

如图2所示，在一可选实施例中，分离装置为高强度聚四氟乙烯管连接的五个串联硼硅玻璃瓶，每个硼硅玻璃瓶容积为500毫升，无需额外电源。通过调节天然气气井阀门开度释放少量天然气到达撞击瓶，流速在0.5升/ 小时-0.7升/小时之间。采样过程中要注意撞击瓶中高锰酸钾溶液的颜色，应保持深紫色，以免高锰酸钾被天然气中还原性物质中和而失去吸收富集汞的能力，若变为无色应立即停止采样。采样结束后应及时记录采样时间，采集天然气流量，并对样品进行编号和回收。

具体回收过程：将3个吸收瓶中的KMnO4v/v+H2SO4w/v的溶液分别转移至1000mL量筒，用浓度10％盐酸羟胺溶液作为洗液，清洗吸收瓶上少量棕色斑点，至棕色斑点完全被去除，然后将清洗后的溶液倒回量筒中，读取刻度并转移至清洗的硼硅玻璃瓶内，盖好瓶盖并编号记录。用铝箔纸遮光，自封袋密封，置于冰箱低温保存，避免汞还原散失。当天用便携式的Lumex RA-915M 及其液体附件初步测试吸收液中汞含量以调整下次采样的时间，使汞含量高于1.0ng/ml,达到汞同位素的分析要求。

可选的，汞蒸气载气装置装有氮气、氦气及氩气其中一种，载气选用化学性能稳定，不与装置中其他试剂及天然气中的物质反应即可，也可选的有氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气等。

优选的，汞蒸气载气装置装有氮气，由于氮气化学性质稳定，不与吸收液及汞蒸气反应，价格低廉等特点，为汞蒸气载气的优选气体。

可选的，提纯***还包括蠕动泵，该蠕动泵设置于汞还原剂盛载装置和汞吸收装置之间，蠕动泵可以更方便地将汞还原剂盛载装置中的汞还原剂输送至分离装置中，进而将一级汞混合物中的汞还原成汞蒸气。

可选的，提纯***还包括除汞装置，该除汞装置设置于汞蒸气载气装置和分离装置之间，优选为，捕汞金管，可以有效除去汞蒸气载气装置中载气可能含有的汞，使用方便，易安装，从而使事后测量汞的含量更为精准。

图3是根据本实用新型又一实施方式的提纯***示意图。

如图3所示，在一可选实施例中，提纯***包括：汞蒸气载气装置、汞还原剂盛载装置和收集装置。汞蒸气载气装置是在装有一定压力的高纯氮气瓶后串联一根去除载气中背景汞空白的捕汞金管，汞还原剂盛载装置为通过蠕动泵把20％质量浓度的氯化亚锡溶液缓慢加入分离装置分离吸收获得的富集了天然气中汞的酸性高锰酸钾吸收液中。吸收装置装有酸性高锰酸钾溶液 (10％H₂SO₄+1％KMnO₄)，氯化亚锡试剂将预一级含汞混合物中的汞离子还原为汞蒸汽后，氮气把汞蒸气输送到吸收装置中，被吸收装置中的酸性高锰酸钾溶液(10％H₂SO₄+1％KMnO₄)提纯富集，为汞和汞稳定同位素分析消除杂质干扰，进而分析天然气中物质组成。

图4是根据本实用新型另一方面提供的天然气中汞的分离、提纯方法示意图。

在一可选实施例中，提供一种天然气中汞的分离、提纯方法，如图4所示，具体包括：S1用分离装置将天然气中的汞分离，得到一级含汞混合物； S2将汞还原剂盛载装置中的汞还原剂加入一级含汞混合物中，得到汞蒸气； S3通过汞蒸气载气装置释放载气将汞蒸气运送到吸收装置中，得到二级含汞混合物。

在一可选实施例中，提供一种天然气中汞及汞稳定同位素含量检测方法，包括：用汞检测仪器检测通过天然气中汞的分离、提纯方法得到的二级含汞混合物，得到天然气中汞的含量；用汞同位素检测仪器检测汞检测通过天然气中汞的分离、提纯方法得到的二级含汞混合物，得到天然气中汞同位素的含量。

优选的，用冷原子荧光Brooks modelⅢ型汞检测仪分析通过天然气中汞的分离、提纯方法得到的二级含汞混合物，得到天然气中汞的含量；取三份通过天然气中汞的分离、提纯方法得到的二级含汞混合物，将汞含量在 0.5-1.0微克/升的样品稀释到0.5微克/升，将汞浓度大于1.0微克/升的样品稀释到1.0微克/升，并确保每份体积大于20毫升，得到待测样品1、待测样品2和待测样品3；分别将1毫升质量浓度为25％的盐酸羟胺溶液加入待测样品1、待测样品2和待测样品3中，得到待测样品11、待测样品22 和待测样品33；将待测样品11、待测样品22和待测样品33分别过滤，得到待测样品111、待测样品222和待测样品333；用Neptune-Plus II型多接收电感耦合等离子质谱仪分析待测样品111、待测样品222和待测样品333，即可测得天然气中汞稳定同位素组成。

具体的，采用冷原子荧光Brooks modelⅢ型汞检测仪分析吸收装置中的总汞。为了确保样品分析精度，主要的富集吸收汞的试剂必需选用汞空白较低的化学试剂。根据天然气汞含量量值，确定天然气的品质，对未钻探区块进行天然气品质预测，为油气勘探提供依据。进一步，采用Neptune-Plus II型多接收电感耦合等离子质谱仪分析吸收装置中汞稳定同位素组成。分析样品汞同位素之前，需要根据样品总汞浓度分别稀释到1.0微克/升、1.5微克/升、2.0微克/升。所有样品保持或稀释后体积应大于20毫升，以便二次分析。样品待分析前加入1毫升质量浓度25％的盐酸羟胺溶液以还原过量的高锰酸钾，之后所有待测溶液分别用一次性注射器和微孔滤膜(PVDF，D33 毫米，0.45微克)过滤至新的45毫升离心管内，全部样品均采用铝箔纸避光保存。通过上述步骤即可测得天然气中汞的含量及汞稳定同位素组成。

本实用新型旨在保护一种天然气中汞的分离、提纯***，其特征在于，包括：分离装置，用于分离、富集天然气中的汞，形成一级含汞混合物；提纯***，包括：汞还原剂盛载装置、汞蒸气载气装置和吸收装置；所述汞还原剂盛载装置与所述分离装置连通，用于将所述一级含汞混合物中的汞离子还原成汞蒸气；所述汞蒸气载气装置与所述分离装置连通，用于将所述汞蒸气运送至所述吸收装置形成二级含汞混合物。该***可以快速、完全地分离出天然气中的汞及汞的同位素，进而可以准确地测量天然气中汞的含量，从而可以针对天然气中汞的含量设计相应配套油气勘探方法，节约了勘探成本，实现了规模效益发展。填补了目前油气行业快速分离、提纯天然气中汞的空白；且无毒害污染，操作简单。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种天然气中汞的分离、提纯***，其特征在于，包括：

分离装置，用于分离、富集天然气中的汞，形成一级含汞混合物；

提纯***，包括：汞还原剂盛载装置、汞蒸气载气装置和吸收装置；

所述汞还原剂盛载装置与所述分离装置连通，用于将所述一级含汞混合物中的汞离子还原成汞蒸气；

所述汞蒸气载气装置与所述分离装置连通，用于将所述汞蒸气运送至所述吸收装置形成二级含汞混合物。

2.根据权利要求1所述的天然气中汞的分离、提纯***，其中所述分离装置至少包括一个撞击瓶。

3.根据权利要求1所述的天然气中汞的分离、提纯***，其中所述分离装置至少包括一个空置撞击瓶、一个装有汞吸收液的撞击瓶和一个装有硅胶的撞击瓶；

所述空置撞击瓶、所述装有汞吸收液的撞击瓶和所述装有硅胶的撞击瓶依次串联连通。

4.根据权利要求1所述的天然气中汞的分离、提纯***，还包括：气体流量计，用于测量通过分离装置的天然气的体积。

5.根据权利要求4所述的天然气中汞的分离、提纯***，其中所述分离装置与所述气体流量计通过聚四氟乙烯管、硼硅玻璃管及石英质玻璃管其中的至少一种连通。

6.根据权利要求1所述的天然气中汞的分离、提纯***，其中所述汞蒸气载气装置至少装有氮气、氦气及氩气其中一种。

7.根据权利要求1所述的天然气中汞的分离、提纯***，其中所述提纯***还包括蠕动泵，所述蠕动泵设置于所述汞还原剂盛载装置和汞吸收装置之间。

8.根据权利要求1所述的天然气中汞的分离、提纯***，其中所述提纯***还包括除汞装置，所述除汞装置设置于所述汞蒸气载气装置和所述分离装置之间。