CN102608271B - 一种天然气中的汞含量的直接测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天然气中的汞含量的直接测定方法，该测定方法包括以下步骤：(1)测定装置连接，该测定装置包括装有天然气的气袋、第一三通阀、第二三通阀、三通管、汞过滤器和汞检测仪；(2)先将天然气通入汞检测仪检测得到检测值C₁，然后再将天然气中的汞用所述汞过滤器过滤掉后再送入汞检测仪检测得到检测值C₂，两者相减C＝C₁-C₂即为天然气中汞的含量。本发明的测定方法得到的检测结果准确度高，重复性好，适用性强，不受含油、含水的影响，适用于各种类型的天然气，如井口天然气、处理厂原料气和产品气等。

Description

一种天然气中的汞含量的直接测定方法

技术领域

本发明属于天然气地球化学及天然气地面工程领域，具体涉及天然气中的汞含量的直接测定方法。

背景技术

汞是天然气中一种常见的有害重金属元素，不同类型的天然气汞含量往往差异很大。对于气田生产来说，高含汞天然气不仅对生产设备具有很强的腐蚀性，引起气体泄漏、停产甚至是爆炸等灾难性的事故，还可能给作业人员造成极大伤害。因此，有必要对高含汞天然气进行脱汞处理，而天然气汞含量检测结果是开展气田脱汞最为基础的数据。

目前，关于天然气汞含量检测的方法主要是针对产品气，不仅检测方法复杂，而且对于含水、含油较多的原料气不适用，而原料气的检测对于气田脱汞来说更为重要。

发明内容

本发明提供一种天然气中的汞含量的直接测定方法，适用于各种类型天然气，为气田脱汞提供准确的检测结果。

天然气中不仅含汞(主要是0价的元素汞)，而且含有微量的芳香族化合物，汞和芳香族化合物具有相似的共振吸收线，直接将天然气通入汞检测仪进行检测会导致检测结果偏高。为消除芳香族化合物的影响，可先将天然气通入汞检测仪检测得到检测值C₁，然后将天然气中的汞过滤掉后再送入汞检测仪检测得到检测值C₂，两者相减C＝C₁-C₂即为天然气中汞的含量。

本发明提供了一种天然气中的汞含量的直接测定方法，该测定方法包括以下步骤：

(1)测定装置连接，该测定装置包括装有天然气的气袋、第一三通阀、第二三通阀、三通管、汞过滤器和汞检测仪，所述第一三通阀的第一进口和大气连通、第二进口和气袋气嘴连接、出口和所述第二三通阀的进口连接，所述第二三通阀的第一出口和汞过滤器连接、第二出口和三通管的第一进口连接，所述三通管的第二进口和汞过滤器连接、出口和汞检测仪连接；

(2)先将天然气通入汞检测仪检测得到检测值C₁，然后再将天然气中的汞用所述汞过滤器过滤掉后再送入汞检测仪检测得到检测值C₂，两者相减C＝C₁-C₂即为天然气中汞的含量。

所述汞检测仪是现有设备。

根据本发明的具体技术方案，其中，步骤(2)具体为：将第一三通阀置于与大气相连通的位置，将第二三通阀置于与汞检测仪直接相通的位置，启动汞检测仪，打开气袋气嘴阀门，将第一三通阀置于与气袋相通的位置，待汞检测仪读数稳定后记录检测值C₁，然后将第二三通阀置于与汞过滤器相通的位置，待汞检测仪读数稳定后记录检测值C₂。

将第二三通阀置于与汞检测仪直接相通是指天然气不经过汞过滤器、直接到达汞检测仪。

根据本发明的具体技术方案，其中，还包括步骤(3)计算天然气在标准状态下的汞含量，在步骤(2)之前记录环境温度T_e和环境压力P_e，在步骤(2)之后用 $C_{\mathrm{std}}=(C_1-C_2)\×\frac{101.325}{P_e}\×\frac{(273.15+T_e)}{(273.15+20)}$ 计算标准状态下的汞含量。

温度T_e的单位为℃，环境压力P_e的单位为KPa。

根据本发明的具体技术方案，其中，所述气袋选取不易吸汞、不易漏汞的气体采样袋(俗称“气袋”)。气袋的材质决定了气袋对汞的保存性能，研究表明聚氟乙烯气袋对汞具有很好的保存性能，采集的样品保存1周，汞的损失不超过5％。其它材料也是可以采用的，但应在使用之前对气袋的适用性进行评价。具体的评价方法为：首先将气袋中的残余气体抽干净，然后向气袋中注入一定量的清洁空气(先让空气通过活性炭过滤器，再通过灰尘过滤器)，并向气袋中注入一定量的饱和汞蒸气，制成的含汞气体静置5分钟后用测汞仪检测，检测结果应与理论计算的结果一致。

根据本发明的具体技术方案，其中，所述第一三通阀、第二三通阀、三通管为塑料材料制成。

根据本发明的具体技术方案，其中，所述气袋、第一三通阀、第二三通阀、三通管、汞过滤器和汞检测仪之间用软管连接。

根据本发明的具体技术方案，其中，所述软管是硅胶管、聚醋酸乙烯酯管、聚四氟乙烯管或聚酰胺管。

根据本发明的具体技术方案，其中，直接测定方法的关键在于选择合适的汞过滤器，此种汞过滤器的特点是只对天然气中的汞有吸附作用，而对天然气中的芳香族化合物没有影响。汞过滤器可以采用金丝、银屑等汞齐化方法吸收，但吸附量不大，需要经常再生，使用不便。为确保汞过滤器具有较长的使用寿命，可采用碘吸附的方法，即天然气在经过浸碘的海绵或纤维棉过滤器时会与碘发生反应，生成碘化汞(HgI₂)并滞留在海绵或纤维棉内。但应防止碘挥发进入测汞仪，避免对仪器造成伤害，故在天然气流出浸碘的海绵或纤维棉后应将其中的碘过滤掉。碘化钾对碘具有很强的吸附能力，天然气通过浸碘的海绵或纤维棉之后再通过浸碘化钾的海绵或纤维棉，就可将挥发出的碘去除掉。所以汞过滤器的结构为：汞过滤器的中部为浸碘的海绵或纤维棉、两侧为浸碘化钾的海绵或纤维棉。

根据本发明的具体技术方案，其中，汞检测仪为自吸式汞检测仪，即汞检测仪内部自带吸气泵；对于非自吸式汞检测仪，须加外置气泵吸气。

所述自吸式汞检测仪是现有设备，例如可以采用德国Mercury Instruments公司生产的Tracker 3000型汞检测仪或俄罗斯Lumex公司生产的RA-915型汞检测仪。

本发明的测定方法得到的检测结果准确度高，重复性好，适用性强，不受含油、含水的影响，适用于各种类型的天然气，如井口天然气、处理厂原料气和产品气等。该测定方法操作简便，易于掌握，非常适合现场检测，便于在油气田生产单位推广使用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为汞过滤器结构示意图；

图2为直接测定装置示意图。

附图标号说明：

1浸碘化钾的海绵或纤维棉；2浸碘的海绵或纤维棉；3气袋；4第一三通阀；5第二三通阀；6汞过滤器；7三通管；8汞检测仪；9大气。

具体实施方式

一种天然气中的汞含量的直接测定方法，该测定方法包括以下步骤：

(1)测定装置连接，如图2所示，该测定装置包括装有天然气的气袋3、第一三通阀4、第二三通阀5、三通管7、汞过滤器6和汞检测仪8，所述第一三通阀4的第一进口和大气9连通、第二进口和气袋气嘴连接、出口和所述第二三通阀5的进口连接，所述第二三通阀5的第一出口和汞过滤器6连接、第二出口和三通管7的第一进口连接，所述三通管7的第二进口和汞过滤器6连接、出口和汞检测仪8连接；

(2)先将天然气通入汞检测仪8检测得到检测值C₁，然后再将天然气中的汞用所述汞过滤器6过滤掉后再送入汞检测仪8检测得到检测值C₂，两者相减C＝C₁-C₂即为天然气中汞的含量。

步骤(2)具体为：将第一三通阀4置于与大气9相连通的位置，将第二三通阀5置于与汞检测仪8直接相通的位置，启动汞检测仪8，打开气袋气嘴阀门，将第一三通阀4置于与气袋3相通的位置，待汞检测仪8读数稳定后记录检测值C₁，然后将第二三通阀5置于与汞过滤器6相通的位置，待汞检测仪8读数稳定后记录检测值C₂。

还包括步骤(3)计算天然气在标准状态下的汞含量，在步骤(2)之前记录环境温度T_e和环境压力P_e，在步骤(2)之后用 $C_{\mathrm{std}}=(C_1-C_2)\×\frac{101.325}{P_e}\×\frac{(273.15+T_e)}{(273.15+20)}$ 计算标准状态下的汞含量。

温度T_e的单位为℃，环境压力P_e的单位为KPa。

所述气袋3是不易吸汞、不易漏汞的气袋。

所述气袋3是聚氟乙烯气袋。

所述第一三通阀4、第二三通阀5、三通管7为塑料材料制成。

所述气袋3、第一三通阀4、第二三通阀5、三通管7、汞过滤器6和汞检测仪8之间用软管连接。

所述软管是硅胶管、聚醋酸乙烯酯管、聚四氟乙烯管或聚酰胺管。

如图1所示，所述汞过滤器6的中部为浸碘的海绵或纤维棉2、两侧为浸碘化钾的海绵或纤维棉1。

所述汞检测仪8是自吸式汞检测仪，所述自吸式汞检测仪是现有设备，例如可以采用德国Mercury Instruments公司生产的Tracker 3000型汞检测仪或俄罗斯Lumex公司生产的RA-915型汞检测仪。

一种天然气中的汞含量的直接测定方法是这样实施的：

(1)样品的准备

直接测定的对象为气体采样袋采集的样品，对于含油、含水及固体颗粒较多的井口天然气和处理厂原料气来说，采集的气袋样品须至少静置5分钟后方可检测，以确保气体中的油、水和固体颗粒杂质沉降下来，检测时应避免气袋气嘴朝下，以防止液体进入检测管路。对于含油、含水及固体颗粒较少的产品气来说，可直接进行测定。采样袋选取不易吸汞、不易漏汞的气体采样袋(俗称“气袋”)。气袋的材质决定了气袋对汞的保存性能，研究表明聚氟乙烯袋对汞具有很好的保存性能，采集的样品保存1周，汞的损失不超过5％。其它材料也是可以采用的，但应在使用之前对气袋的适用性进行评价。具体的评价方法为：首先将气袋中的残余气体抽干净，然后向气袋中注入一定量的清洁空气(先让空气通过活性炭过滤器，再通过灰尘过滤器)，并向气袋中注入一定量的饱和汞蒸气，制成的含汞气体静置5分钟后用测汞仪检测，检测结果应与理论计算的结果一致。

(2)汞过滤器的设计

直接测定方法的关键在于选择合适的汞过滤器，此种汞过滤器的特点是只对天然气中的汞有吸附作用，而对天然气中的芳香族化合物没有影响。汞过滤器可以采用金丝、银屑等汞齐化方法吸收，但吸附量不大，需要经常再生，使用不便。为确保汞过滤器具有较长的使用寿命，可采用碘吸附的方法，即天然气在经过浸碘的海绵或纤维棉过滤器时会与碘发生反应，生成碘化汞(HgI₂)并滞留在海绵或纤维棉内。但应防止碘挥发进入汞检测仪，避免对汞检测仪造成伤害，故在天然气流出浸碘的海绵或纤维棉后应将其中的碘过滤掉。碘化钾对碘具有很强的吸附能力，天然气通过浸碘的海绵或纤维棉之后再通过浸碘化钾的海绵或纤维棉，就可将挥发出的碘去除掉。汞过滤器的结构如图1所示，汞过滤器6的中部为浸碘的海绵或纤维棉2、两侧为浸碘化钾的海绵或纤维棉1。

(3)直接测定装置的构成

直接测定装置包括装有天然气的气袋3、第一三通阀4、第二三通阀5、三通管7、汞过滤器6和汞检测仪8，直接测定装置中的第一三通阀4、第二三通阀5、三通管7均为塑料材料制成，各部分之间用软管连接，软管材质可以是硅胶管，也可以是聚醋酸乙烯酯(PVA)管、聚四氟乙烯(PTFE)管或者聚酰胺(PA)管等。汞检测仪8为自吸式汞检测仪，即汞检测仪内部自带吸气泵，对于非自吸式汞检测仪，须加外置气泵吸气。

(4)直接测定的步骤

直接测定时分两次进样，具体步骤为：

a.按图2所示将气袋3、第一三通阀4、第二三通阀5、三通管7、汞过滤器6和汞检测仪8依次连接起来，具体为：所述第一三通阀4的第一进口和大气9连通、第二进口和气袋气嘴连接、出口和所述第二三通阀5的进口连接，所述第二三通阀5的第一出口和汞过滤器6连接、第二出口和三通管7的第一进口连接，所述三通管7的第二进口和汞过滤器6连接、出口和汞检测仪8；

b.记录环境温度T_e(℃)和环境压力P_e(KPa)，将第一三通阀4置于与大气9相连通的位置，将第二三通阀5置于与汞检测仪8直接相通的位置，启动汞检测仪8，打开气袋气嘴阀门，将第一三通阀4置于与气袋3相通的位置，待汞检测仪8读数稳定后记录检测值C₁，然后将第二三通阀5置于与汞过滤器6相通的位置，待汞检测仪8读数稳定后记录检测值C₂，将第一三通阀4置于与大气相通的位置，关闭气袋气嘴，关闭汞检测仪8。

c.拆卸各组成部件，仪器、样品等归位；

d.计算天然气在标准状态下(101.325KPa，20℃)的汞含量：

$C_{\mathrm{std}}=(C_1-C_2)\×\frac{101.325}{P_e}\×\frac{(273.15+T_e)}{(273.15+20)}\·$

用该测定方法得到的检测结果准确度高，重复性好，适用性强，不受含油、含水的影响，适用于各种类型的天然气，如井口天然气、处理厂原料气和产品气等。该测定方法操作简便，易于掌握，非常适合现场检测，便于在油气田生产单位推广使用。

下面以具体实施例的方式说明本发明，但是本发明决不仅限于下列实施例。

实施例1

处理厂原料天然气中的汞含量的直接测定

(1)将采集的气袋样品气嘴朝上，静置至少5min；

(2)按照图2所示将各部件连接起来；

(3)记录环境温度为24.5℃，环境压力为97.2KPa，将第一三通阀4置于与大气9相连通的位置，将第二三通阀5置于与汞检测仪8直接相通的位置，启动汞检测仪8，打开气袋气嘴阀门，将第一三通阀4置于与气袋3相通的位置，待汞检测仪8读数稳定后记录检测值8569ng/m³，然后将第二三通阀5置于与汞过滤器6相通的位置，待汞检测仪8读数稳定后记录检测值1231ng/m³，将第一三通阀4置于与大气相通的位置，关闭气袋气嘴，关闭汞检测仪8，拆卸各组成部件，仪器、样品等归位；

(4)计算标准状态下(101.325KPa，20℃)的汞含量，ng/m³：

$C_{\mathrm{std}}=(8569-1231)\×\frac{101.325}{97.2}\×\frac{(273.15+24.5)}{(273.15+20)}=7767\·$

Claims (7)

1.一种天然气中的汞含量的直接测定方法，该测定方法包括以下步骤：

(1)测定装置连接，该测定装置包括装有天然气的气袋、第一三通阀、第二三通阀、三通管、汞过滤器和汞检测仪，所述第一三通阀的第一进口和大气连通、第二进口和气袋气嘴连接、出口和所述第二三通阀的进口连接，所述第二三通阀的第一出口和汞过滤器连接、第二出口和三通管的第一进口连接，所述三通管的第二进口和汞过滤器连接、出口和汞检测仪连接；其中，所述汞过滤器的中部为浸碘的海绵或纤维棉、两侧为浸碘化钾的海绵或纤维棉；

(2)先将第一三通阀置于与大气相连通的位置，将第二三通阀置于与汞检测仪直接相通的位置，启动汞检测仪，打开气袋气嘴阀门，将第一三通阀置于与气袋相通的位置，从而将天然气通入汞检测仪检测，待汞检测仪读数稳定后记录得到检测值C₁，然后将第二三通阀置于与汞过滤器相通的位置，从而将天然气中的汞用所述汞过滤器过滤掉后再送入汞检测仪检测，待汞检测仪读数稳定后记录得到检测值C₂，两者相减C＝C₁-C₂即为天然气中汞的含量。

2.根据权利要求1所述的测定方法，还包括步骤(3)计算天然气在标准状态下的汞含量，在步骤(2)之前记录环境温度T_e和环境压力P_e，在步骤(2)之后用 $C_{\mathrm{std}}=(C_1-C_2)\×\frac{101.325}{P_e}\×\frac{(273.15+T_e)}{(273.15+20)}$ 计算标准状态下的汞含量，其中，温度T_e的单位为℃，环境压力P_e的单位为KPa。

3.根据权利要求1所述的测定方法，所述气袋是不易吸汞、不易漏汞的气袋。

4.根据权利要求3所述的测定方法，所述气袋是聚氟乙烯气袋。

5.根据权利要求1所述的测定方法，所述第一三通阀、第二三通阀、三通管为塑料材料制成。

6.根据权利要求1所述的测定方法，所述气袋、第一三通阀、第二三通阀、三通管、汞过滤器和汞检测仪之间用软管连接。

7.根据权利要求6所述的测定方法，所述软管是硅胶管、聚醋酸乙烯酯管、聚四氟乙烯管或聚酰胺管。