本发明专利技术涉及一种海水中甲烷浓度原位探测系统，将测线中的底层海水，经过滤器进入减压阀，降为常压；常压样品水再经流量阀调节后流入气液分离装置；该装置将海水样品分为样品水、和样品气两部分；其中，样品水通过样品水采集器，采集；多余样品水流入废水耐压舱；样品气，通过自动进样阀采集；并将样品气送入气态烃检测装置测试；多余的样品气放空后，经化学吸附设备吸附；样品气进入气态烃检测装置；其中的目标气，经高灵敏度气体元件，发生还原氧化反应，产生电信号，经相应的色谱软件采集后，利用模数转换装置，转化为数字信号，通过光缆，传输至船上的PC机上，实现数据显示。本发明专利技术可以实现海底原位直接探测甲烷浓度；精度高、干扰少，数据准确。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种海水中甲烷浓度原位探测系统，属于海洋天然气水合物和石油天然气资源地球化学探测领域。
技术介绍
天然气水合物被誉为未来世界的替代能源，大量针对海洋天然气水合物的区域地质调查工作，已经在全世界范围内相继展开，主要应用的调查技术，包括地球物理勘探、地球化学勘探、钻探取样分析等，另外海底原位摄像、大地电磁、卫星遥感以及光学探测等技术，也正处于研发、试验阶段；天然气水合物的勘探技术正在朝着多样化方向发展。海洋天然气水合物地球化学勘探方法是20世纪80年代中期应用的一种勘探方法技术，主要通过对调查区水体、沉积物、空气等样品中含有的痕量地球化学指标成分，进行定性或定量检测，达到发现与水合物有关的地球化学异常的目的。海洋水合物流体地球化学勘探，是指利用钻探、CTD (温盐探测量技术)或真空活塞取样的设备，对勘探区开展以采取分层海水、孔隙水等流体状样品为目的，并将样品送至测试仪器进行相关指标分析测试，或利用相关设备在采样点进行未扰动水体采样，并实时对指标进行测试的方法技术。该技术一直得到国内外的高度重视，相继研制出一系列的海水采样装置、和测试技术。在国外，流体地球化学方面主要通过现场采集海水样品或孔隙水样品，然后提取海水样品中溶解的气体后采用气相色谱仪等测试设备，在船上直接检测烃类气体(主要包括 CH4、C2H6等)和阳离子和阴离子等元素组分，剩余样品则携带到相应的实验室进行测试。具有操作简便、快速、的特点。缺点是这种取样检测的方法技术，不属于流体地球化学指标的原位检测，相对检测干扰因素较多，会造成指示元素的逸散、浓度的降低而得不到准确的数值。关于海水样品中溶轻烃的分离分析技术，是指通过顶空技术或其他技术，将溶解在样品水中的轻烃类气体提取出来，再通过气相色谱仪、质谱仪等设备，对该气体进行浓度、同位素等指标分析测试的方法技术。目前，顶空法是分离海水中气体的最成熟的方法。 其原理是利用气体在气液两相中的分配平衡，使液相中的气体转移到气相，具体可分为静态与动态两种(孙春岩等· 2004.)。静态顶空法是最常用的顶空法，虽可直接抽取样品顶空气体进行分析，操作简便， 但是不能浓缩样品，对于含量低的气体测试结果不准确。同时，采用静态顶空法中的真空抽提技术时，很难实现气体在线原位进样测试。通常采用传统的注射器进样，容易造成空气污染和定量误差，具有干扰因素多，测试精度不高的缺点。动态顶空法，即吹扫捕集技术，是利用载气吹扫样品，将待测物从液相转移进入气相，并被载气带入捕集阱吸附捕集。吹扫捕集技术适用于从液体或固体样品中，萃取沸点低于200°C、溶解度小于2%的挥发性，或半挥发性物质。但由于这些气体浓度指标分析测试，都以色谱法为主，色谱仪设备体积庞大，自取样、制样、进样，均需人工操作，干扰因素较多，很难将其作为海水中原位测试的仪器设备。早在20世纪70年代初，美国德克萨斯农工大学的嗅测系统(Sniffer)，能在船只航行时，利用装在拖体上的泵，连续抽取海底的水体，通过真空或惰性气体(如氦气)提取其中的轻烃，用气相色谱仪进行现场测定，灵敏度对C1-C4为10-1°升气/升水，对C5-C8 为5X10—13升气/升水。用这种装置在海上检测渗漏区，获得较好效果(王维熙、孙春岩， 2003)。上述这些现场采测对象测试分析程序复杂、体积大、拖体笨重、成本高、效果不理想。如Sniffer系统，售价40万美元以上，而且采测成本高。挪威研制的MEDUSA系统，重量有2. 6吨，长細，直径0. 8m,功耗4kff(孙春岩2003)。近期以来德国在海水甲烷指标原位测试方面仪器设备发展的比较快，向着小型和快速在线测试的方向发展，甲烷测试是以德国C0NTR0S公司研制的海洋CH4通量在线监测传感器HydroC/CH4和Franatech公司研制的K_METS(快速型)海底甲烷测试仪为代表。 (上述外文名称均为该行业习惯称号，暂无相应中文译名)其中K-METS工作原理是从液体中扩散出来的烃类/甲烷气体，通过一种特别设计的硅树脂膜(专利设计)到达检测室，METS的半导体传感器活跃层经过对碳水化合物的吸收会引起电子与氧的交换，因此使得活跃层的电导率发生变化，电子转换为电压，经过标定和计算(计算中需要CTD数据)得到甲烷单一指标的浓度变化。这种仪器最大的问题是不能够定量的得出通过过滤膜进入装置的气体的体积，因此只能够定性的得出海水中甲烷的浓度变化。虽然仪器具体指标为其检测灵敏度测量范围在SOnmol/L-lOOOOnmol/L之间，满足不了我国南海海水中甲烷的背景0. Ι-lOnmol/L，多在4nmol/L左右分布的高精度观测的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种海水中甲烷浓度原位探测系统；利用该探测系统，可以实现将测线中的底层原位海水样品，直接送入测试装置，对甲烷、乙烷、丙烷、氢气等地球化学指标进行定量高精度高灵敏度检测，而且探测系统本身具有方便、快速、准确、重量轻，成本低的特点。本专利技术的一种海水中甲烷浓度原位探测系统的技术方案是一种海水中甲烷浓度原位探测系统，该系统由海水过滤器、减压阀、流量调节阀、 气液分离装置、自动进样六通阀、气态烃检测装置、模数转换器、样品水采集器、化学吸附设备通过管路连接组装而成；并且共同装在一个耐压舱中，耐压舱外接一个废水耐压舱；该探测系统将测线中的原位底层海水，经海水过滤器进入耐压舱内的减压阀后， 降为常压；常压状态海水样品水再经流量调节阀调节后，流入气液分离装置；气液分离装置将海水样品水分为脱气后的海水样品、和分离出来的气体样品两部分；脱气后的样品水，通过样品水采集器，实现采集；多余样品水流入装废样品水的耐压舱；从气液分离装置中分离出来的样品气，通过自动进样六通阀进行采集；并将样品气体送入气态烃检测装置进行检测；多余的样品气体由六通阀放空后，直接经化学吸附设备吸附；样品气进入气态烃检测装置，其中的目标气，经过高灵敏度气体元件，发生还原氧化反应，产生电压信号；经相应的色谱软件采集后，利用模数转换器，将其转化为数字信号； 再将该数字信号送入光端机，通过光缆，传输至船上的PC机上，实现数据实时显示和存储。所述的气液分离装置，包括进液口、出液口、出气口、气液分离盒、微型真空泵、压力传感器和自动调速器；其中，所述的气液分离盒内有两个呈并联状态的中空纤维管；海水样品水从流量调节阀出来后，由所述的气液分离装置的进液口进入气液分离盒，并通过所述中空纤维管，实现气液分离；脱气后的样品水经过二位三通电磁阀，进入样品水采集器，实现样品水采集；多余样品水流入承装废样水的耐压舱；分离出来的样品气体，经微型真空泵，由出气口排出，进入自动进样六通阀。所述的气液分离盒内的中空纤维管是用Teflon材料制成。所述的气态烃检测装置，包括高灵敏度气体敏感元件、干扰气体吸附器I、干扰气体吸附器II、载气循环泵、色谱填充柱；该装置采用载气吸附往复循环；载气是空气；载气进入色谱填充柱之前，经净化， 除去其中的微量有机物质，成为流速严格控制的纯净而无反应的气体；载气从载气循环泵出发，依次经过干扰气体净化器I、干扰气体净化器II、色谱填充柱，到达用于检测的高灵敏气体敏感元件，实现循环流通；待测样品气从进样口进入，载气载着样品气依次通过色谱填充柱、本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种海水中甲烷浓度原位探测系统，其特征在于，该系统由海水过滤器、减压阀、流量调节阀、气液分离装置、自动进样六通阀、气态烃检测装置、模数转换器、样品水采集器，化学吸附设备，通过管路连接组装而成；并且共同装在一个耐压舱中，耐压舱外接一个废水耐压舱；该探测系统将测线上的原位海水，经海水过滤器进入耐压舱内，通过减压阀后，降为常压；常压状态海水样品水，再经流量调节阀调节后，流入气液分离装置；气液分离装置，将海水样品水分为脱气后的样品水、和分离出来的气体样品气两部分；脱气后的样品水通过样品水采集器，实现采集；多余样品水流入装废样品水的耐压舱；从气液分离装置中分离出来的样品气，通过六通阀，进行样品采集后；并将样品气送入气态烃检测装置，进行检测；多余的样品气由六通阀放空后，直接经化学吸附设备吸附；样品气进入气态烃检测装置，其中的气敏原件与气体样品中敏感气体发生还原氧化反应，产生电压信号；经相应的色谱软件采集该电压信号后，利用模数转换器，将其转化为数字电信号；再将该数字信号送入光端机，通过光缆，传输至船上的ＰＣ机上，实现数据实时显示和存储。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙春岩，张志冰，庞云天，孙逊，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11
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