天然气中H2S的光信号检测方法及其检测器技术

本发明专利技术公开一种结构简单、易于操作、以空气为载气、运行成本低、具有良好的稳定性及重现性、检测效率及精度高的天然气中H2S的光信号检测方法及其检测器，是以纳米催化发光检测器进行检测，所用纳米材料为CeO2与Fe2O3的纳米复合材料，CeO2占纳米复合材料总质量的5～20％，检测波长为400～490nm，纳米材料加热温度范围300～450℃，空气作为载气，载气流速为100～200ml/min。所用检测器有石英管，在石英管的轴心线上有进样口和放空口，在石英管内中部置有陶瓷管，在陶瓷管内有加热丝，所述石英管与陶瓷管之间填充有多个小石英管，小石英管外表面涂有纳米复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测天然气中硫化氢含量的方法及其检测器，尤其是一种结构简 单、易于操作、以空气为载气、运行成本低、具有良好的稳定性及重现性、检测效率及精度高 的天然气中的光信号检测方法及其检测器。
技术介绍
原始天然气是碳氢化合物为主的混合气，既有作燃料及原料的有益组分，也有无 用、有毒的组分，如硫化氢( 等组分。商品天然气气质指标则由高位发热量、H2S含量、 总硫含量、(X)2含量和水露点等5项指标构成。H2S是无色具有臭鸡蛋味的可燃性气体，比重 1. 19，易积聚低洼处，为工业生产中剧毒废气。它既是一种神经毒剂，又为窒息性和刺激性 气体，主要伤害中枢神经和呼吸系统、眼睛及心脏等，轻者表现为流泪、眼刺痛、流涕及咽喉 部灼热感等刺激症状，或伴有头痛、头晕、乏力、恶心等；中度中毒者黏膜刺激症状加重，出 现咳嗽、胸闷、视物模糊、眼结膜水肿并有明显头痛、头晕等症状，出现轻度意识障碍；重度 中毒则出现昏迷、肺水肿、呼吸循环衰竭；如吸入浓度到800ppm，2分钟就能致人死亡， 称为“闪电型死亡”。同时，对钻井用具及井口装置的钢材有强烈腐蚀作用；在采气、输 气管线中，腐蚀物与硫磺沉淀易造成管网堵塞和气层损害，因此被视为天然气中的 毒枭。随着天然气被日益广泛使用、环保压力日益增加，人们对天然气中的含量更为关 注，要求在环保标准之内(通常在Ippm以下)。目前测量天然气中的方法是利用气相色谱法或美国材料与试验协会标准 ((ASTM 4810-06用检测管着色长度法测试天然气中硫化氢的标准方法》等进行测定。气相 色谱仪价格昂贵且操作方法繁琐，增加了分析检测的时间；检测管着色长度法的准确性差。现有的纳米材料表面催化发光检测器是将涂有纳米材料的直径为4 7mm电热陶 瓷棒置于直径为12 20mm、长度为100 150mm的石英管内，在石英管上斜对角设置有进 样口、放空口，在石英管外与纳米材料对应设置有滤光片或光栅、光电信号转换装置(近紫 外灵敏光谱测量型微弱发光测量仪、光电倍增管等)。测量时，电热陶瓷棒对纳米材料进行 加热，空气泵等进样系统将样品随载气从进样口进入石英管，流经纳米材料表面从放空口 排出，纳米材料表面催化所发出的光经滤光片或光栅去除杂散光后，再经过光电信号转换 装置变成适应于微机等数据处理单元的电信号，进行检测分析。现有纳米材料表面催化发 光检测器中的纳米材料通常采用三氧化二铝、氧化锌、氧化铁等，用于定量分析乙醇、三甲 胺等及食品中激素类药物残留检测等，具有结构简单、易于操作、制造成本低廉(几万元)、 选择性强、运行费用少、使用寿命长及重现性好等优点。迄今为止还没有关于用纳米材料表 面催化发光检测天然气中硫化氢的方法及检测器的相关报道。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种结构简单、易于操 作、以空气为载气、运行成本低、具有良好的稳定性及重现性、检测效率及精度高的天然气中H2S的光信号检测方法及其检测器。本专利技术的技术解决方案是一种天然气中硫化氢的光信号检测方法，其特征在于 是以纳米催化发光检测器进行检测，所用纳米材料为CeO2与!^e2O3的纳米复合材料，( 占 纳米复合材料总质量的5 20%，检测波长为400 490nm，纳米材料加热温度范围300 450°C，空气作为载气，载气流速为100 200ml/min。—种上述天然气中的光信号检测方法用检测器，有石英管，在石英管的轴心线 上有进样口和放空口，在石英管内中部置有陶瓷管，在陶瓷管内有加热丝，其特征在于所 述石英管与陶瓷管的间隙处填充有多个小石英管，小石英管外表面涂有纳米复合材料。所述石英管的长度为100 150mm，内径为10 25mm ；所述陶瓷管长度为6 12mm，外径为3 5mm ；所述小石英管的长度为2 10mm，外径为1 3mm。本专利技术是将纳米催化发光检测器中的纳米材料设定为氧化铈和氧化铁纳米复合 材料，同时在石英管内又填充有外表面涂有纳米材料的多个小石英管，增加了纳米材料涂 层的表面积，进一步提高了发光效率；同时样品载气的流径死体积大大减小，天然气中硫化 氢组分与纳米材料表面接触更加充分，在纳米材料上的响应时间大大缩短，信号响应时间 迅速、信噪比增强，信号谱带变窄(类似尖锐的色谱流出曲线)，检测效率、分辨率及检测灵 敏度均大大提高。所检测的光信号与天然气中硫化氢的浓度成相关性，可实现对天然气中 硫化氢的含量进行快速、准确检测，克服了用气相色谱仪进行分析所存在的仪器设备价格 昂贵、分析时间长的缺点。具有结构简单、成本低廉(几万元)、易于操作、选择性强、运行费 用少、具有良好的稳定性及重现性、检测效率及精度高等优点。附图说明图1是本专利技术实施例检测器的结构示意图。 具体实施例方式本专利技术实施例所用检测器有与现有技术相同的石英管1，在石英管1的轴心线上 加工有进样口 2和放空口 3，在石英管1上接有连接架7及电极8，连接处密封处理，连接架 7与内置石英管1中部沿轴心设置的陶瓷管4相接，在陶瓷管4内有加热丝5，加热丝5与电 极8相接。所述石英管1与陶瓷管4之间留有空间，在空间处填充有多个小石英管6，小石 英管6外表面涂有纳米复合材料。石英管1的长度为100 150mm，内径为10 25mm ；所 述陶瓷管4长度为6 12mm，外径为3 5mm ；所述小石英管6的长度为2 10mm，外径为 1 3mm。纳米复合材料为由氧化铈和三氧化二铁构成的，其中氧化铈占纳米复合材料总质 量百分比为5%，检测波长为460nm，检测温度为常温下，纳米材料的加热温度范围350°C， 载气流速lOOml/min，光电倍增管的工作电压为lOOOkv，进样量为10ml，硫化氢检测的线性 范围 0. 01 IOOOppmo实验例1 以澳大利亚进口天然气为实验样品，用实施例1的方法测定的硫化氢的 含量为0. 715ppm，《ASTM 4810-06用检测管着色长度法测试天然气中硫化氢的标准方法》的 检测值为0. 7ppm。实验例2 以卡达尔进口天然气为实验样品，用实施例1的方法测定的硫化氢的含 量为0. 822ppm, ((ASTM 4810-06用检测管着色长度法测试天然气中硫化氢的标准方法》的4检测值为0. 8ppm。权利要求1.一种天然气中的光信号检测方法，其特征在于是以纳米催化发光检测器进行检 测，所用纳米材料为CeA与!^e2O3的纳米复合材料，CeO2占纳米复合材料总质量的5 20%， 检测波长为400 490nm，纳米材料加热温度范围300 450°C，空气作为载气，载气流速为 100 200ml/min。2.一种如权利要求1所述天然气中的光信号检测方法用检测器，其特征在于有石 英管(1)，在石英管(1)的轴心线上有进样口( 和放空口(3)，在石英管(1)内中部置有 陶瓷管G)，在陶瓷管内有加热丝(5)，所述石英管(1)与陶瓷管(4)之间填充有多个 小石英管(6)，小石英管(6)外表面涂有纳米复合材料。3.根据权利要求2所述的天然气中H2S的光信号检测方法用检测器，其特征在于所述 石英管(1)的长度为100 150mm，内径为10 25mm ；所述陶瓷管⑷长度为6 12mm， 外径为3 5mm ；所述小石英管(6)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种天然气中Ｈ２Ｓ的光信号检测方法，其特征在于是以纳米催化发光检测器进行检测，所用纳米材料为ＣｅＯ２与Ｆｅ２Ｏ３的纳米复合材料，ＣｅＯ２占纳米复合材料总质量的５～２０％，检测波长为４００～４９０ｎｍ，纳米材料加热温度范围３００～４５０℃，空气作为载气，载气流速为１００～２００ｍｌ／ｍｉｎ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘名扬，田成，张其芳，周忠信，王谦，
申请(专利权)人：中华人民共和国辽宁出入境检验检疫局，
类型：发明
国别省市：91