專利名稱：一種可實現H<sub>2</sub>/CH<sub>4</sub>/CO<sub>2</sub>/H<sub>2</sub>S同時捕集的低溫捕集裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種可實現H2/CH4/C02/H2S同時捕集的低溫捕集裝置及方法。
背景技術：
目前，對海水或河水中的溶解態氣體的分析測試前處理方法主要有靜態頂空法和吹掃 捕集方法。頂空法操作簡便，但是頂空法不能濃縮樣品，對于含量低的氣體測試結果不理 想。吹掃捕集技術的出現，有效地克服了靜態頂空法的缺陷。其原理是利用吹掃氣吹掃樣 品，將待測物從液相轉移進入氣相，并被吹掃氣帶入捕集阱進行吸附捕集。根據分離富集 目標的不同，可選擇不同的吸附劑和吸附條件。吹掃捕集技術具有取樣量少，富集效率高， 受基體干擾小，容易實現在線檢測，以及樣品前處理無需使用試劑，對環境不造成二次污 染等優點。
海水中除含有無機鹽和有機物外，常含有多種氣體組分。海水氣體樣品被采集后，由 于氣體組分復雜，微量氣體的含量很低，如H2、 CH4等微量氣體，含量較低，濃度小于 lnmol/kg因此，常常需要經過復雜的前處理，對氣體進行分離富集后才能進行分析測定。 對海洋中氣體組分的研究對于認識海洋中發生的過程具有重要的指示意義，海底熱液活動 會噴出大量的CH4、 H2S、 C02、 H2等氣體，天然氣水合物的擾動分解、淺層油/氣藏的泄 露也會釋放出大量的CH4等烴類氣體，從而導致海水中出現這類氣體的異常。
目前對于海水中溶解態氣體的吹掃捕集預濃縮方法，大多數通過選擇某種吸附劑，在 一定的吸附條件下，用于吸附1種或2種氣體，由于H2的低濃度及其沸點很低、難以被吸附 的特性，對海水中氫氣進行準確測定非常困難；另外在海洋的眾多研究中，也僅局限于對 海洋中的個別氣體進行研究，很難通過多種氣體的同時測試來解釋海洋中發生的多個過 程，其主要原因即是缺少有效的能對多種示蹤性氣體H2、 CH4、 C02、 H2S進行同時捕集濃 縮的預處理方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可實現H2/CIVC02/H2S同時捕集的低溫捕集裝置及方法。 本發明提出的可實現H2/CH4/C02/H2S同時捕集的低溫捕集裝置，由液氮泵l、套管2、 溫度探頭3、吸附肼4、吸附劑、加熱棒9、吹掃氣入口IO、吹掃氣出口ll、液氮入口12和液 氮出口13組成，吸附肼4插入套管2內，加熱棒9位于吸附肼4兩側，溫度探頭3連接吸附肼4， 吸附肼4內部填有吸附劑，吸附劑分為三層，每層吸附劑之間設有石英棉5，吸附劑自上而下依次為玻璃珠6、 Tenax(聚-2,6-二苯基對苯醚)吸附劑7和活性炭8，吹掃氣入口10位于吸
附肼4頂部，吹掃氣出口11位于吸附肼4上部一側，液氮入口12位于液氮套管底部一側，液
氮出口 13位于液氮套管上部一側。
本發明中，所述液氮泵l為手捏式或腳踏式自增壓液氮泵，流量為2_5升/分鐘。 本發明中，玻璃珠6粒徑為60-80目，Tenax吸附劑7粒徑為80-100目，活性炭8粒徑為
40-80目，其比表面積〉2000m々g。所述活性炭8采用椰殼制成，對H2的吸附能力強。
本發明提出的可實現H2/CH4/C02/H2S同時捕集的低溫捕集方法，具體步驟為
液氮通過液氮泵1抽入套管2內，通過溫度探頭3控制吸附肼4的溫度為-145土5'C，吹掃 氣將海水中多種氣體組分由吹掃氣入口10吹入后流經吸附肼4，氣體中H2、 CH4、 C02和H2S 四種組分依次為三種吸附劑分別吸附玻璃珠6捕集CC)2和H2S; Tenax吸附劑7捕集CH4; 活性炭8捕集H2;吹掃結束后，關閉液氮泵l，吸附后的氣體組分經加熱棒9加熱至190士5 。C，四種氣體即可同時解吸，檢測儀器載氣可自吹掃氣出口ll進入，并攜帶解吸后四種氣 體組分進入檢測儀器進行分析，其中吹掃氣的流量為60-80ml/min。
本發明中，所述載氣為后續檢測儀器(如氣相色譜)的載氣，有多種氣體可以選擇， 如高純氦氣、高純氬氣或高純氮氣等中任一種，要視后續檢測儀器而定。
本發明的有益效果在于根據氣體組分的沸點及吸附性能的不同選擇了三種不同的吸 附劑，在一定的條件下，可同時捕集預濃縮四種海洋中示蹤氣體H2、 CH4、 C02、 H2S; 通過加熱，還可實現四種氣體的同時解吸附；本發明簡便，易于制作，為后續在線分析工 作提供了方便。
圖l為本發明結構剖面圖。
圖2為本發明在捕集過程中的示意圖。
圖3為本發明在解吸附過程中的示意圖。
圖中標號l為液氮泵，2為套管，3為溫度探頭，4為吸附肼，5為石英棉，6為玻璃珠， 7為Tenax吸附劑，8為活性炭，9為加熱棒，IO為吹掃氣入口， ll為吹掃氣出口， 12為液氮 入口， 13為液氮出口。
具體實施例方式
下面通過實施例結合附圖進一步說明本發明。
實施例l:如圖1所示，本裝置由液氮泵l、套管2、溫度探頭3、吸附肼4、吸附劑、加 熱棒9和吹掃氣入口10、吹掃氣出口ll、液氮入口12、液氮出口13組成，吸附肼4插入套管2 內，加熱棒9位于吸附肼4兩側，溫度探頭3連接吸附肼4，吸附肼4內部填有吸附劑，吹掃氣入口10位于吸附肼4頂部，吹掃氣出口11位于吸附肼4上部一側，液氮入口12位于液氮套 管底部一側，液氮出口13位于液氮套管上部一側。。所述套管2采用一直徑為6mm的銅管或 不銹鋼管，所述吸附肼4采用外徑為3mm，內徑為2mm，長度為30cm的惰性化不銹鋼管， 內部從上至下依次填有三段吸附劑，其中最上端填有玻璃珠6， 60-80目，長度約為8cm， 中間填有Tenax吸附劑7， 80-100目，長度約為6cm，最下端填有超級活性炭8， 40-80目，其 比表面積〉2000m"g，填充長度約為6cm，所述超級活性炭8由椰殼制成，對H2的吸附能力 強。
海底熱液活動會向海水中釋放出大量的示蹤性氣體一H2、 CH4、 H2S、 C02等，但經過 海水大量稀釋后其濃度大大降低，如H2和CH4的濃度可能僅為幾nmo1/1，需經過捕集預濃縮 后才能準確測定。具體步驟如下
首先利用液氮泵1將液氮抽入套管2，利用溫度探頭3控制吸附肼4溫度降至-145士5'C， 吸附肼內裝有三種吸附劑，分別以石英棉5隔開；由高純氦氣(99.999% )將一定量海水(約 200ml)中H2、 CH4、 H2S、 C02氣體吹掃出來，進入低溫捕集肼，控制吹掃氣流量為 60-80ml/min，吹掃時間為15min，四種氣體由于其沸點和吸附性能的不同依次被三種吸附 肼吸附H2S、 C02的沸點較高，可被玻璃珠6吸附；CH4可被Tenax吸附劑7吸附；而沸點 最低、最難于被吸附的H2在低溫條件下，可被比表面積大于2000m々g的超級活性炭8吸附。 吹掃結束后，關閉液氮泵l，利用吸附肼周圍的加熱棒9將肼溫度快速加熱至190士5'C，四 種氣體即可同時解吸附，并由檢測儀器載氣攜帶進入相應的檢測儀器(氣相色譜儀或氣質 聯用儀等)進行檢測。
權利要求
1、一種可實現H2/CH4/CO2/H2S同時捕集的低溫捕集裝置，由液氮泵(1)、套管(2)、溫度探頭(3)、吸附肼(4)、吸附劑、加熱棒(9)、吹掃氣入口(10)、吹掃氣出口(11)、液氮入口(12)和液氮出口(13)組成，其特征在于吸附肼(4)插入套管(2)內，加熱棒(9)位于吸附肼(4)兩側，溫度探頭(3)連接吸附肼(4)，吸附肼(4)內部填有吸附劑，吸附劑分為三層，每層吸附劑之間設有石英棉(5)，吸附劑自上而下依次為玻璃珠(6)、Tenax吸附劑(7)和活性炭(8)，吹掃氣入口(10)位于吸附肼(4)頂部，吹掃氣出口(11)位于吸附肼(4)上部一側，液氮入口(12)位于套管(2)底部一側，液氮出口(13)位于套管(2)上部一側。
2、 根據權利要求1所述的可實現H2/CH4/C02/H2S同時捕集的低溫捕集裝置，其特征在 于所述液氮泵(l)為手捏式或腳踏式自增壓液氮泵，流量為2—5升/分鐘。
3、 根據權利要求1所述的可實現H2/CH4/CCVH2S同時捕集的低溫捕集裝置，其特征在 于玻璃珠(6)粒徑為60-80目，Tenax吸附劑(7)粒徑為80-100目，活性炭(8)粒徑為40-80目，其 比表面積〉2000m々g，所述活性炭(8)采用椰殼制成。
4、 一種如權利要求1所述的可實現H2/CH4/C02/H2S同時捕集的低溫捕集方法，其特征 在于具體步驟為液氮通過液氮泵(1)抽入套管(2)內，通過溫度探頭(3)控制吸附肼(4)的溫度為-145士5 °C,吹掃氣將海水中多種氣體組分由吹掃氣入口(10)吹入后流經吸附肼(4),氣體中H2、CH4、 C02和H2S四種組分依次為三種吸附劑分別吸附玻璃珠(6)捕集C02和H2S; Tenax吸附劑(7)捕集CH4;活性炭(8)捕集H2;吹掃結束后，關閉液氮泵(l)，吸附后的氣體組分經加熱棒(9)加熱至190土5。C，四種氣體即可同時解吸，檢測儀器載氣自吹掃氣出口(ll)進入，并攜帶 解吸后四種氣體組分進入檢測儀器進行分析，其中吹掃氣的流量為60-80ml/min。
5、 根據權利要求4所述的可實現H2/CH4/C02/H2S同時捕集的低溫捕集方法，其特征在 于所述載氣為高純氦氣、高純氬氣或高純氮氣中任一種。
全文摘要
本發明涉及一種可實現H<sub>2</sub>/CH<sub>4</sub>/CO<sub>2</sub>/H<sub>2</sub>S同時捕集的低溫捕集裝置及方法。該裝置由液氮泵、套管、溫度探頭、加熱棒、吸附肼和吸附劑組成。液氮泵可將液氮抽入套管，吸附肼插入套管內，加熱棒位于吸附肼兩側，溫度探頭連接吸附肼，吸附肼內部填有吸附劑，吸附劑分為三層，每層吸附劑之間設有石英棉，吸附劑自上而下依次為玻璃珠、Tenax吸附劑和活性炭。通過液氮泵使吸附肼溫度降至-145±5℃，可實現四種氣體分別被三種吸附劑同時吸附，將吸附肼溫度升至190±5℃，可實現四種氣體的同時解吸附。本發明結構簡單，易于實現，可對海洋中四種示蹤性氣體進行同時捕集及預濃縮，為后續在線分析工作提供了方便。
文檔編號B01D15/00GK101648082SQ200910056350
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月13日 優先權日2009年8月13日
發明者周懷陽, 季福武, 楊群慧, 虎 王 申請人:同濟大學