CN105258983B - 一种捕集co2的简便装置及检测co2中 13c和 14c的测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种捕集CO2的简便装置及检测CO2中13C和14C的测定方法。本发明公开了一种捕集空气中二氧化碳的装置，包括NaOH溶液储液瓶（2）、收集袋（9）以及连接两者的输液管（4），空气通过导管（1）进入NaOH溶液储液瓶（2），调节阀（6）控制储液瓶（2）中NaOH溶液的流速，过滤网（5）用于过滤不溶杂质，滴管（7）监测流经导管（1）的NaOH溶液的流速，排气孔（8）防止气体进入收集袋（9）。本发明采用NaOH溶液对空气中CO2的选择性吸收，达到对空气中CO2的捕集作用，设计恒定体积的NaOH溶液储液罐，可定量控制所采集空气的体积，NaOH溶液重复循环多次吸收CO2，可大大提高捕集CO2的浓度，达到检测限。本发明所设计的CO2捕集装置力求简单易用、快速简便、价格低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线捕集CO2的装置及检测CO2中13C和14C含量的简便测定方法。
背景技术
节能减排是当前我国政府工作目标之一，为了减少二氧化碳的排放，当前国际上最为快速的方法是碳捕集与封存技术（CCS 技术）。即利用二氧化碳的捕集装置，将发电厂、煤化工厂、水泥厂、钢铁厂等排放出的二氧化碳气体捕集和液化之后，运输并注入到开发后期的油田进行驱油（CO2-EOR）并封存，或者注入到废弃的油田进行封存。也可注入地下深部的盐水层中进行地质封存，并确保封存至少 200~1000 年以上不泄露到地表及大气中。为观测、监测和证实深部地下封存二氧化碳的安全性，即证实地质封存的二氧化碳是否泄露，需要对地质封存区及封存区附近地表的二氧化碳气体进行监测。对CO2浓度监测方法很多，最常用的是便携式CO2浓度检测仪、在线检测仪以及气相色谱仪。
上述方法不适于监测CO2是否泄露，主要原因有：（1）空气中含有CO2本底以及植物呼吸释放的CO2干扰，这些方法不能区分自然环境中的CO2以及泄露的CO2；（2）CO2地质封存区一般处于人员稀少的野外地区，空气流动性大。即使CO2泄露于空气中，由于空气对流的影响，其浓度也很快被空气所稀释，致使其浓度很快接近于本底值，这些仪器也很难对泄露进行判定。
为监测泄露的CO2，目前主要采用chamber-based, eddy flux, tracer, andsoil gas methods等，这些方法各有其缺陷。利用封存的CO2与自然界中CO2碳同位素的差异，通过测定CO2中13C和14C就可以判断是否泄露，方法原理简单。以该原理建立的仪器和测定方法有二氧化碳含量检测仪和气体采集结合同位素分析法。但是，二氧化碳含量测定仪价格昂贵，尚难以大规模推广。气体采集结合同位素分析法方法简单，投资小，是一种常用的测定手段。但该方法存在：（1）分析受到空气中油气组分干扰；（2）用气体袋采集气体，不便于长途运输；（3）采集气体量少，则监测灵敏度低，若采集量大，则运输困难。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种捕集CO2的简便装置，以及测定CO2中13C和14C测定方法，适合野外环境下连续、大量收集空气中二氧化碳，样品运输方便，13C和14C的高灵敏度测定，抗干扰性好。
本发明实现过程如下：
一种捕集空气中二氧化碳的装置，包括NaOH溶液储液瓶（2）、收集袋（9）以及连接两者的输液管（4），空气通过导管（1）进入NaOH溶液储液瓶（2），调节阀（6）控制储液瓶（2）中NaOH溶液的流速，过滤网（5）用于过滤不溶杂质，滴管（7）监测流经导管（1）的NaOH溶液的流速，排气孔（8）防止气体进入收集袋（9）。
上述装置捕集CO2的方法：空气通过导管（1）进入装满NaOH溶液的储液瓶（2）形成大气压，吸收了CO2的NaOH溶液在空气压力作用下经输液管（4）通过过滤网（5）、调节阀（6）和滴管（7）进入收集袋（9），排净收集袋（9）中空气，将收集的NaOH溶液再转入储液瓶（2）中，再次通入空气，重复循环多次，以提高吸收CO2的浓度。
一种捕集空气中二氧化碳测定CO2中13C和14C的装置：装有吸收CO2的NaOH溶液的收集袋（9）通过输液管（10）与HCl溶液储液瓶(13)相连,止逆阀(12，15)用于抑制气体、液体的逆流，导气管（14）与气体流量调节阀（16）相连，气体收集器（17）、干燥器（18）与冷肼（19）相连后使用同位素质谱分析仪（20）进行测定。
上述装置捕集空气中二氧化碳测定CO2中13C和14C的测定方法：空气通过导管（1）进入装满NaOH溶液的储液瓶（2）形成大气压，吸收了CO2的NaOH溶液在空气压力作用下经输液管（4）通过过滤网（5）、调节阀（6）和滴管（7）进入收集袋（9），排净收集袋（9）中空气，将收集的NaOH溶液再转入储液瓶（2）中，再次通入空气，重复循环多次，以提高吸收CO2的浓度，检测过程中加入HCl溶液，释放出NaOH溶液中吸收的CO2，通过干燥，冷冻处理后，使用同位素质谱分析仪检测13C和14C值。
上述储液瓶（2）体积是已知恒定的，密闭体系；储液瓶（2）与收集袋（9）保持一定高度。
本发明针对地质封存区及封存区附近地表的二氧化碳气体进行监测时，地质封存区一般处于人员稀少的野外地区，空气流动性大。即使CO2泄露于空气中，由于空气对流的影响，浓度很快被空气所稀释，致使其浓度很快接近于本底值，仪器也很难对泄露进行判定而设计。本发明采用NaOH溶液吸收CO2后相对比较稳定，携带运输比较方便，解决了气体采样量大运输困难的难题。检测过程中加入一定浓度的盐酸，即可完全释放其吸收的CO2，通过干燥，冷冻处理后，直接可运用同位素质谱分析仪进行检测13C和14C值，与自然界的CO2标准值进行比较即可判断此采样地区的CO2是否泄露。本发明设计是采用NaOH溶液对空气中CO2的选择性吸收，达到对空气中CO2的捕集作用，设计恒定体积的NaOH溶液储液罐，可定量控制所采集空气的体积，NaOH溶液重复循环多次吸收CO2，可大大提高捕集CO2的浓度，达到检测限。本发明所设计的CO2捕集装置力求简单易用、快速简便、价格低廉。
附图说明
图1为本发明CO2捕集装置示意图；
图2为本发明CO2检测装置示意图；
图中附图标记如下：
1—导管，2—储液瓶，3—针头，4—输液管，5—过滤网，6—调节阀，7—滴管，8—排气孔，9—收集袋，10—输液管，11—调节阀，12—止逆阀，13—HCl溶液储液罐，14—导管，15—止逆阀，16—调节阀，17—气体收集器，18—干燥器，19—冷肼，20—同位素质谱分析仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1，一种捕集空气中CO2的简便装置，包括通过导管（1）将空气导入装有氢氧化钠溶液的储液瓶（2），空气里的CO2逐渐被氢氧化钠吸收，在大气压的作用下，打开调节阀（6），氢氧化钠溶液通过输液管（4），流经过滤网（5），经过滴管（7）、排气孔（8），最终将吸收CO2的氢氧化钠溶液进入收集袋（9）。释放储液瓶（2）中的空气，将收集袋（9）里的氢氧化钠溶液重新放入储液瓶（2）中，再次通入恒定体积的空气，重复上述步骤，再次吸收空气里的CO2，同样方法连续循环5次。
参见图2，一种捕集空气中二氧化碳测定CO2中13C和14C的装置，包括将收集袋（9）中装有多次循环收集CO2的NaOH溶液通过输液管（10）慢慢滴加到装有HCl溶液的储液瓶（13）中，通过调节阀（11）控制其流速，储液瓶（14）中释放出的CO2通过导管（14），气体流量调节阀（16）控制其流速，流入气体收集器（17），后流经干燥器（18）除水后，流经冷肼（19）冷冻浓缩后运用同位素质谱仪（20）对其进行测定，其测定的CO2中13C和14C与自然界中的标准值比较就可以直接简便的判断是否泄露。
具体来说，首先将5L的储液瓶中装满1mol/L的NaOH溶液，通过排气孔排净导管中的气泡，将储液瓶密闭后将检测区内的空气慢慢通入装有5L，1mol/L的NaOH溶液储液瓶中，打开调节阀，控制液体流速，在大气压的作用下，缓慢将NaOH溶液流入收集袋中。
当储液瓶中的NaOH溶液完全进入收集袋中后，打开止逆阀，取出收集袋。打开储液瓶，释放瓶中的大气，将收集袋中的NaOH溶液重新放入储液瓶中。
密闭储液瓶，继续上述方法，重复三次，最终收集15L大气中的CO2。
打开调节阀，将吸收CO2的NaOH溶液的收集袋缓慢滴加到装有2mol/L HCl溶液的密闭储液瓶中。
待1mol/L的NaOH溶液滴加完毕后，打开气体流量控制阀，释放出的CO2气体进入气体收集器，后气体经干燥器除水，冷肼冷冻。
将上述处理后的样品用同位素质谱仪进行测定，定量出15L大气中CO2含量。
本发明设计对所捕集CO2的检测方法简单易行。利用封存的CO2与自然界中CO2碳同位素的差异，通过检测捕集CO2中13C和14C与自然界中的标准值进行比较直接可以判断是否泄露。
Claims (2)
1.一种捕集空气中二氧化碳的装置，其特征在于包括：NaOH溶液储液瓶（2）、收集袋（9）以及连接两者的输液管（4），空气通过导管（1）进入NaOH溶液储液瓶（2），调节阀（6）控制储液瓶（2）中NaOH溶液的流速，过滤网（5）用于过滤不溶杂质，滴管（7）监测流经导管（1）的NaOH溶液的流速，排气孔（8）防止气体进入收集袋（9）；
上述空气通过导管（1）进入装满NaOH溶液的储液瓶（2）形成大气压，吸收了CO2的NaOH溶液在空气压力作用下经输液管（4）通过过滤网（5）、调节阀（6）和滴管（7）进入收集袋（9），排净收集袋（9）中空气，将收集的NaOH溶液再转入储液瓶（2）中，再次通入空气，重复循环多次，以提高吸收CO2的浓度。
2.一种捕集空气中二氧化碳测定CO2中13C和14C的装置，其特征在于：装有吸收CO2的NaOH溶液的收集袋（9）通过输液管（10）与HCl溶液储液瓶（13）相连，止逆阀(12，15)用于抑制气体、液体的逆流，导气管（14）与气体流量调节阀（16）相连，气体收集器（17）、干燥器（18）与冷肼（19）相连后使用同位素质谱分析仪（20）进行测定；
空气通过导管（1）进入装满NaOH溶液的储液瓶（2）形成大气压，吸收了CO2的NaOH溶液在空气压力作用下经输液管（4）通过过滤网（5）、调节阀（6）和滴管（7）进入收集袋（9），排净收集袋（9）中空气，将收集的NaOH溶液再转入储液瓶（2）中，再次通入空气，重复循环多次，以提高吸收CO2的浓度，检测过程中加入HCl溶液，释放出NaOH溶液中吸收的CO2，通过干燥，冷冻处理后，使用同位素质谱分析仪检测13C和14C值。
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