CN105675706A - 一种天然气中砷元素的快速检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气中砷元素的快速检测装置，包括：气体承载装置，其用于承载待检测的天然气；吸收液承载装置，其包括一个或多个吸附装置，所述吸附装置具有进气口和出气口，所述多个吸附装置通过串联连接，所述吸附装置内填充有吸附剂；以及动力装置，其连接于所述气体承载装置和所述吸收液承载装置的进气口之间，所述动力装置将所述气体承载装置内的天然气泵入所述吸收液承载装置内供所述吸附剂吸附。本发明的天然气中砷元素的快速检测装置简单，使用的吸附剂价格低廉，能够满足天然气现场快速的处理与检测，且便于携带，较低的成本可大规模投入使用。

Description

一种天然气中砷元素的快速检测装置
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，特别涉及一种天然气中砷元素的快速检测装置。
背景技术
天然气中挥发性砷化物能明显缩短天然气处理过程循环催化剂的使用寿命，引起天然气管道堵塞，利用时对环境和人体健康构成威胁。作为天然气产品质量检测的重要关注部分，天然气含砷量检测技术亟待突破。理清天然气中砷元素的赋存状态，综合考虑天然气中砷的微量性及毒性是本项技术需要重点攻破的难关。同时，被选择的吸附剂的成本、实验装置的简易程度及实验测试仪器的选择也是本项技术能否应用于工业生产的重要考量。
目前，国内外关于天然气中砷的检测技术研究甚少，国内采用地气测量法针对土壤中的砷元素研究较多，1995年谢学锦院士提出地球气法认为可采用低密度的地球气测量发现大规模的异常用于大范围的战略性勘察活动，王学求、谢学锦在中国胶东圈定大面积地气Au、As、Hg等元素异常，刘应汉等对捕集地气物质的吸附材料进行了研究发现含活性炭的泡沫塑料可以较好地捕获来自地下矿源的痕量物质，卢荫麻等指出地气的集气材料纯度和分析测试中使用的试剂纯度以及在野外采气作业与室内分析时可能引起的污染是影响这一技术推广的关键因素。
国外学者E.M.Krupp在2007年使用硅胶浸泡硝酸银的方法脱除天然气中的砷，实验使用的吸附管长7厘米，外部直径6毫米，里面填充硅胶浸渍2％水银和硝酸盐溶液在蒸馏水中制备的固体AgNO3。采样后，使用塑料塞密封吸附管的两端。进行溶液吸收，捕集液是一瓶200毫升2％的硝酸银溶液，连接到采样气路当中，气体以2升/分钟的速度在采样通路中通过。
综合上述，国内天然气中砷的检测空白，地气测量技术测量范围小，是一种静止的检测，不能针对动态流动的天然气进行测量。国外的方法结果较好，但实验仪器过于复杂，不利于天然气现场简易的检测流程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种天然气中砷元素的快速检测装置，其克服了现有技术的上述缺点。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种天然气中砷元素的快速检测装置，包括：气体承载装置，其用于承载待检测的天然气；吸收液承载装置，其包括一个或多个吸附装置，所述吸附装置具有进气口和出气口，所述多个吸附装置通过串联连接，所述吸附装置内填充有吸附剂；以及动力装置，其连接于所述气体承载装置和所述吸收液承载装置的进气口之间，所述动力装置将所述气体承载装置内的天然气泵入所述吸收液承载装置内供所述吸附剂吸附。
优选地，上述技术方案中，所述快速检测装置还包括：回收装置，所述回收装置与所述出气口相连接。
优选地，上述技术方案中，所述快速检测装置还包括：中和液承载装置，所述中和液承载装置具有入气端和出气端，所述入气端与所述吸收液承载装置的出气口相连，所述出气端与所述气体承载装置相连，所述中和液承载装置内填充有中和液。
优选地，上述技术方案中，所述吸收液承载装置内设置有石英滤膜。
优选地，上述技术方案中，所述气体承载装置为气袋，所述回收装置为气袋。
优选地，上述技术方案中，所述气体承载装置为集气瓶。
优选地，上述技术方案中，所述气体承载装置的底部设置有加热装置。
优选地，上述技术方案中，所述加热装置为水浴加热。
优选地，上述技术方案中，所述吸附剂为硝酸银。
优选地，上述技术方案中，所述吸附剂为浓硝酸，所述中和液为NaOH。
本发明上述技术方案，具有如下有益效果：
本次检测选取硝酸银溶液和浓硝酸溶液作为天然气中砷元素的捕集剂(吸附剂)。硝酸银溶液含有大量银离子，因而具有强氧化性，同时，其可与配位化合物三甲基胂进行配位反应，最终可以将三甲基胂氧化成AsO4 3-的形式；硝酸的氧化性虽较硝酸银弱，但也可达到同样的效果。
国内天然气中砷的检测空白，地气测量技术测量范围小，是一种静止的检测，不能针对动态流动的天然气进行测量。而国外的方法实验仪器过于复杂，不利于天然气现场简易的检测流程。
本发明的装置简单，使用的捕集剂(吸附剂)价格低廉，能够满足天然气现场快速的处理与检测，且便于携带，较低的成本可大规模投入使用。
本发明通过天然气中砷吸收液选配、砷的多级和循环吸收及后续仪器测试方法，选取浓硝酸溶液和硝酸银溶液作为吸收溶液，运用等离子质谱仪进行检测，证实了浓硝酸溶液和硝酸银两种溶液对砷吸附的可行性，得到硝酸银溶液的最高吸收效率可达到98.7％，平均值为80.31％，浓硝酸溶液的吸收效率可达到45％。
附图说明
图1为本发明的多级吸收液承载装置示意图。
图2为本发明的循环装置示意图。
图3为本发明的气袋多级循环装置示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例进行详细描述，以便于进一步理解本发明。
实施例1
图1为本发明的多级吸收液承载装置示意图。如图所示：
一种天然气中砷元素的快速检测装置，包括：气体承载装置1、吸收液承载装置2、动力装置4和回收装置(未图示)。
气体承载装置1用于承载待检测的天然气。该气体承载装置1优选为气袋，然而本发明并不以此为限。
吸收液承载装置2包括一个或多个吸附装置。本实施例优选为两个，然而其个数并不以本实施例为限，任何本领域技术人员所能想到的个数均落在本发明的保护范围内。该吸附装置具有进气口21和出气口22，本实施例的两个吸附装置通过串联首尾连接。吸附装置内填充有吸附剂，用于吸附来自于气体承载装置1的天然气中的砷元素。吸附液优选为硝酸银或浓硝酸。吸附装置优选为带有石英滤膜的吸附瓶。
动力装置4连接于上述气体承载装置1和吸收液承载装置2之间，具体的说是连在气体承载装置1和吸收液承载装置2的进气口21之间。从而提供动力，将气体承载装置1内的天然气泵入吸收液承载装置2内供吸附剂吸附。该动力装置优选为气泵。
回收装置，其与上述吸收液承载装置2的出气口22相连接，用于接收尾气。该回收装置优选为气袋，然而本发明并非以此为限。
本实施例是用液体来吸附气体中的砷元素，综合考虑气体的承载装置、动力装置、和吸收溶液的承载装置，设计了上述实施例，为了提高吸收液对气体标样的吸收效率，避免气体标样的浪费，选取带有石英滤膜的吸附瓶代替容量瓶，对气体标样进行二级吸附，必要时本领域技术人员可进行三级吸附或更多级的吸附。
实施例2
图2为本发明的循环装置示意图。如图所示：
一种天然气中砷元素的快速检测装置，包括：气体承载装置1、吸收液承载装置2、动力装置4和中和液承载装置5。
气体承载装置1用于承载待检测的天然气。该气体承载装置1优选为集气瓶，然而本发明并不以此为限。更优选地，本发明的实施例2采用水浴对集气瓶进行加热。
吸收液承载装置2包括一个或多个吸附装置。该吸附装置具有进气口21和出气口22，本实施例2的吸附装置仅示意一个吸附装置，然而本发明并不以此为限，本领域技术人员可以根据需要选择多个吸附装置，并通过串联首尾连接从而进行多级吸附。吸附装置内填充有吸附剂，用于吸附来自于气体承载装置1的天然气中的砷元素。吸附液优选为硝酸银或浓硝酸。吸附装置优选为带有石英滤膜的吸附瓶。
动力装置4连接于上述气体承载装置1和吸收液承载装置2之间，具体的说是连在气体承载装置1和吸收液承载装置2的进气口21之间。从而提供动力，将气体承载装置1内的天然气泵入吸收液承载装置2内供吸附剂吸附。该动力装置优选为气泵。
中和液承载装置5，其具有入气端和出气端，该中和液承载装置5内填充有中和液。入气端与吸收液承载装置2的出气口22相连，用于接收吸附后的天然气。出气端与气体承载装置1相连，用于将中和液中和吸附后的天然气再次导入至气体承载装置1从而进行循环吸附。上述吸附液优选为硝酸银或浓硝酸。上述的中和液承载装置5优选为带木塞的三角瓶。中和液优选为碱性溶液，更优选地为NaOH。
本发明的上述实施例2是在实施例1的基础上，再次对装置进行优化：将实施例1中的出气口所连接的尾气排放导管连回到集气瓶中，使装置变成循环装置，从而提高对标准气样的重复利用；用大体积透明集气瓶替换气袋，避免漏气现象，并方便观察三甲基胂的挥发程度；另外，在实验过程中对集气瓶进行加热，使三甲基胂在瓶中快速充分挥发。
实施例3
一种天然气中砷元素的快速检测装置，包括：气体承载装置1、吸收液承载装置2、动力装置4和回收装置3。
气体承载装置1用于承载待检测的天然气。该气体承载装置1优选为气袋，然而本发明并不以此为限。
吸收液承载装置2包括一个或多个吸附装置。本实施例优选为三个，然而其个数并不以本实施例为限，任何本领域技术人员所能想到的个数均落在本发明的保护范围内。该吸附装置具有进气口21和出气口22，本实施例的三个吸附装置通过串联首尾连接。吸附装置内填充有吸附剂，用于吸附来自于气体承载装置1的天然气中的砷元素。吸附液优选为硝酸银或浓硝酸。吸附装置优选为带有石英滤膜的吸附瓶。
动力装置4连接于上述气体承载装置1和吸收液承载装置2之间，具体的说是连在气体承载装置1和吸收液承载装置2的进气口21之间。从而提供动力，将气体承载装置1内的天然气泵入吸收液承载装置2内供吸附剂吸附。该动力装置优选为气泵。
回收装置3，其与上述吸收液承载装置2的出气口22相连接，用于接收尾气。该回收装置优选为气袋，然而本发明并非以此为限。
本发明的实施例3集合和实施例1和实施例2的优点，在此基础上，采用两个气袋串联的方式设计成一种多级循环装置，左侧为装满标样的气袋，右侧气袋收集吸收后的残余气，实验结束后，调换气袋位置，循环往复。这种方式降低了体系的整体压力，做到了将多级吸附与循环方法的结合。
上述的实施例1-3中，具体操如下：
配置浓硝酸和浓度为2％的硝酸银溶液适量，连接如图1、2或3所示装置进行操作，调整流速为100ml/min，吸附时间约为2.5小时。吸附结束后，将吸收溶液和空白对照组稀释，通入等离子质谱仪进行砷含量的检测，计算检测值与理论值的商值作为吸收液的吸收效率。
实际操作过程中，研究了不同功率和不同载流气量对测定灵敏度的影响，最终对仪器操作参数的选择如表1(ICP-MS的操作参数)所示：
表1
本发明上述实施例通过天然气中砷吸收液选配、砷的多级和循环吸收及后续仪器测试方法，选取浓硝酸溶液和硝酸银溶液作为吸收溶液，运用等离子质谱仪进行检测，证实了浓硝酸溶液和硝酸银两种溶液对砷吸附的可行性，得到硝酸银溶液的最高吸收效率可达到98.7％，平均值为80.31％，浓硝酸溶液的吸收效率可达到45％。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种不同的选择和修改，因此本发明的保护范围由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述快速检测装置包括：
气体承载装置(1)，其用于承载待检测的天然气；
吸收液承载装置(2)，其包括一个或多个吸附装置，所述吸附装置具有进气口(21)和出气口(22)，所述多个吸附装置通过串联连接，所述吸附装置内填充有吸附剂；以及
动力装置(4)，其连接于所述气体承载装置(1)和所述吸收液承载装置(2)的进气口(21)之间，所述动力装置(4)将所述气体承载装置(1)内的天然气泵入所述吸收液承载装置(2)内供所述吸附剂吸附。
2.根据权利要求1所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述快速检测装置还包括：回收装置(3)，所述回收装置(3)与所述出气口(22)相连接。
3.根据权利要求1所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述快速检测装置还包括：中和液承载装置(5)，所述中和液承载装置(5)具有入气端和出气端，所述入气端与所述吸收液承载装置(2)的出气口(22)相连，所述出气端与所述气体承载装置(1)相连，所述中和液承载装置(5)内填充有中和液。
4.根据权利要求1、2或3所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述吸收液承载装置(2)内设置有石英滤膜。
5.根据权利要求1或2所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述气体承载装置(1)为气袋，所述回收装置(3)为气袋。
6.根据权利要求1、2或3所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述气体承载装置(1)为集气瓶。
7.根据权利要求6所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述气体承载装置(1)的底部设置有加热装置(6)。
8.根据权利要求9所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述加热装置(6)为水浴加热。
9.根据权利要求1所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述吸附剂为硝酸银或浓硝酸。
10.根据权利要求3所述的天然气中砷元素的快速检测装置，其特征在于，所述中和液为NaOH。
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