專利名稱：：通過間接重量快速測(cè)定沼氣中甲烷含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于分析化學(xué)領(lǐng)域。具體地說涉及一種通過間接重量快速測(cè)定沼氣中甲垸含量的方法。技術(shù)背景沼氣是厭氧環(huán)境中有機(jī)物生物降解的最終產(chǎn)物，它的主要成分是甲烷(CH4)，占總體積的50%70%，其次是二氧化碳(C02)，占25%45%，還含有少量的氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氧氣(02)、一氧化碳(CO)和硫化氫(H2S)等氣體。這些氣體成分的多少及相對(duì)比例可以反映出沼氣發(fā)酵的過程、發(fā)酵狀況和工藝條件的好壞。一個(gè)有良好的發(fā)酵工藝和正常運(yùn)行的沼氣池，甲烷的產(chǎn)量和產(chǎn)氣率均是高的。因此，測(cè)定沼氣的氣體成分及其含量對(duì)沼氣工程的運(yùn)行管理具有重要的指導(dǎo)意義。目前測(cè)量沼氣成分及含量的方法主要有(1)氣相色譜法氣相色譜可以對(duì)沼氣的各組分進(jìn)行精確的測(cè)量，但是它只適合實(shí)驗(yàn)室研究使用，不適合野外現(xiàn)場(chǎng)分析使用。(2)紅外法紅外沼氣成分分析儀是一種廣泛應(yīng)用于垃圾填埋場(chǎng)，污水處理廠等大型沼氣生產(chǎn)場(chǎng)所使用的、用于檢測(cè)CH4、C02和02的檢測(cè)分析儀器，可以便攜測(cè)量并通過PDA數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)時(shí)保存測(cè)量數(shù)據(jù)。但同樣不適合野外現(xiàn)場(chǎng)使用，而且儀器價(jià)格較高。(3)傳統(tǒng)的奧式氣體分析儀具有價(jià)格便宜，使用方便，但它仍需在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，而且只能對(duì)沼氣的組成逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)分析，效率低。(4)ZS-2型便攜式沼氣成分分析器(農(nóng)業(yè)部成都沼氣科學(xué)研究所研制)是一種適于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定沼氣中CH4、C02、H2S和02等多種成分的便攜式分析儀。但由于采用皂泡流量計(jì)計(jì)量甲烷的含量，為了提高測(cè)量的精度，必須使用細(xì)長的玻璃管作為甲垸體積檢測(cè)管，整個(gè)儀器的體積也達(dá)到76Cm*25cm*10Cm，攜帶起來仍舊感覺不太方便；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)分析采用人工進(jìn)樣，操作需要兩名操作人員配合。因此兩人配合的默契程度決定了分析的成功與否和分析的準(zhǔn)確度，一旦皂泡破裂，必須重新測(cè)試，不但費(fèi)時(shí)，而且氣體檢測(cè)管的消耗較高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種通過間接重量快速測(cè)定沼氣中甲烷含量的方法。該方法簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、成本低。本發(fā)明是根據(jù)化學(xué)吸收原理，采用間接重量法測(cè)定沼氣中甲烷含量的便攜式分析儀。測(cè)定時(shí)待測(cè)氣體進(jìn)入分析儀，待測(cè)氣體成分中H2S、C02和02被相應(yīng)的檢測(cè)管吸收而改變顏色。甲垸不與檢測(cè)管中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，定量地通過各檢測(cè)管后，進(jìn)入裝滿工作液的甲烷收集瓶中，甲垸收集瓶中的等體積的工作液通過平衡管流到干燥的接收瓶(杯)中，進(jìn)樣結(jié)束后，降低平衡管管口的位置，使其與甲烷收集瓶中的工作液的液位等高；用天平稱重排出工作液的量，即可計(jì)算出甲烷的體積。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明通過間接重量快速測(cè)定沼氣中甲垸含量的方法，將沼氣中的甲烷氣體通入裝滿工作液的甲垸收集瓶，甲烷收集瓶排出等體積的工作液到接收瓶中，然后測(cè)定接收瓶中工作液的重量，即可計(jì)算出沼氣中甲烷的含量。上述方法中所述的工作液是指甲烷溶解度小、不易揮發(fā)的液體；如水，飽和鹽溶液等，優(yōu)選為飽和鹽溶液；所述的飽和鹽溶液是指氯化鈉溶液或氯化鈣溶液等。上述通過間接重量快速測(cè)定沼氣中甲烷含量的方法，具體包括如下步驟:(1)、將甲垸分析儀的甲垸收集瓶中加滿工作液，連接好進(jìn)氣管和平衡管，將與甲垸收集瓶連接的平衡管中也充滿工作液；所述的平衡管由排液管、膠管、滴管組成，排液管通過膠管與滴管連接在一起；(2)、將甲烷快速分析儀的采樣口與氣源連接，旋轉(zhuǎn)三通閥使進(jìn)樣器和氣源連通；(3)、用待測(cè)氣體洗進(jìn)樣器25次，然后定容在2550ml;(4)、將干燥的接收瓶放置在平衡管管口的下方，打開出口閥門，然后將三通閥旋轉(zhuǎn)至進(jìn)樣器與氣體檢測(cè)管相通的位置，在.70S0秒內(nèi)緩慢注入待測(cè)氣體；(5)、進(jìn)樣結(jié)束后，降低平衡管管口的位置，使其與甲烷收集瓶中的工作液的液位等高；(6)、用天平稱重接收瓶中工作液的重量，即可換算出甲烷的含量。上述方法中所述的工作液為對(duì)甲垸溶解度小、不易揮發(fā)的液體；如水、和鹽溶液等；優(yōu)選為飽和鹽溶液；所述的飽和鹽溶液為氯化鈉溶液或氯化鈣溶液等；本發(fā)明所述的甲垸快速分析儀是在ZS-2型沼氣成分分析器的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改進(jìn)而完成的，具體如下在ZS-2型沼氣成分分析器的出口閥處通過膠管連接一個(gè)甲垸收集瓶，甲垸收集瓶的塞上有兩個(gè)孔，分別安裝有進(jìn)氣管和排液管；其中進(jìn)氣管的長度和甲垸收集瓶蓋的下端齊平，在排液管的上端通過膠管連接一個(gè)滴管，在滴管的下方放置一接收瓶，再在接收瓶下放置一個(gè)天平，即為本發(fā)明甲烷分析儀。上述甲垸快速分析儀中所述的排液管的長度要保證在分析結(jié)束后，管子的末端浸入工作液中的深度至少卜2cm。上述甲烷快速分析儀中所述的膠管的長度應(yīng)保證滴管在甲垸收集瓶的高度范圍內(nèi)自由移動(dòng)時(shí)管內(nèi)的工作液不會(huì)因管子變形而被擠壓出去。上述方法中所述的甲垸快速分析儀，具體(見圖l)為包括進(jìn)樣器l、采樣口2，進(jìn)樣器1與三通閥3的一端活動(dòng)連接，采樣口2和三通閥3的另一端活動(dòng)連接，三通閥3的第三端與固定組件4活動(dòng)連接，硫化氫檢測(cè)管6的兩端分別裝有固定組件4和可移動(dòng)的固定組件5，二氧化碳檢測(cè)管7的兩端分別裝有固定組件13和可移動(dòng)的固定組件23，固定組件5通過管路9與固定組件23相連接，使硫化氫檢測(cè)管6和二氧化碳檢測(cè)管7相通；氧氣檢測(cè)管8的兩端分別裝有固定組件21和可移動(dòng)的固定組件22，固定組件22通過管路24和固定組件13連接在一起，使二氧化碳檢測(cè)管7和氧氣檢測(cè)管8相通；固定組件21通過螺紋與出口閥18活動(dòng)連接，出口閥18通過膠管IO與進(jìn)氣管11連接，進(jìn)氣管11穿過甲烷收集瓶瓶塞12的一個(gè)孔插入到甲烷收集瓶14中，進(jìn)氣管11的直徑與收集瓶瓶塞12的孔的直徑相應(yīng)；甲垸收集瓶瓶塞12的另一孔插有排液管15，排液管15的直徑與收集瓶瓶塞12的另一孔的直徑相應(yīng)，排液管15通過膠管20與滴管16相連，滴管16下放置接收瓶17;再在接收瓶17下放置一個(gè)天平25;硫化氫檢測(cè)管6、二氧化碳檢測(cè)管7和氧氣檢測(cè)管8固定可固定在組合工作臺(tái)19上。上述甲垸快速分析儀在組裝前要將硫化氫檢測(cè)管用吸附一定量的Pb(Ac)2試劑的硅膠填充；將二氧化碳檢測(cè)管用經(jīng)百里酚酞稀堿溶液處理過的硅膠填充；將氧氣檢測(cè)管用焦性沒食子酸處理過的硅膠填充。通過天平來計(jì)量甲烷的重量，使本發(fā)明甲烷快速分析儀的體積只有ZS-2型沼氣成分分析器的三分之一。為了保證分析的精度，甲垸收集瓶的蓋子以及其外圍的連接管路要有良好的氣密性。本發(fā)明所述的甲烷快速分析儀的工作流程沼氣通過進(jìn)樣器進(jìn)入由吸附一定量的Pb(Ac)2試劑的硅膠填充的H2S檢測(cè)管中，沼氣中的H2S和Pb(Ac)2發(fā)生反應(yīng)，生成硫化鉛而變成黑褐色；脫除硫化氫的沼氣繼續(xù)沿著管路進(jìn)入填充了經(jīng)百里酚酞稀堿溶液處理過的硅膠的C02檢測(cè)管，二氧化碳和堿發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鹽而從混合氣中除去；剩余的氣體沿管路進(jìn)入02檢測(cè)管，混合氣體中可能存在的氧氣與02檢測(cè)管中的焦性沒食子酸發(fā)生反應(yīng)而被吸收；剩余的氣體進(jìn)入裝滿工作液的甲烷收集瓶，將等體積的工作液排出到接收瓶中，稱重接收瓶中工作液的重量，即可計(jì)算出甲垸的含量。根據(jù)氧氣的含量，計(jì)算出氮?dú)獾暮??？梢詫?duì)分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)利用本發(fā)明的儀器體積小、操作簡(jiǎn)單、測(cè)定速度快、分析成本低、特別適合現(xiàn)場(chǎng)分析。圖1為本發(fā)明甲垸快速分析儀剖視圖。其中1進(jìn)樣器，2采樣口，3三通閥，4固定組件，5可移動(dòng)的固定組件，6硫化氫檢測(cè)管，7二氧化碳檢測(cè)管，8氧氣檢測(cè)管，9管路，IO膠管，11進(jìn)氣管，12收集瓶瓶塞，13固定組件，14甲烷收集瓶，15排液管，16滴管，17接收瓶，18出口閥，19組合工作臺(tái)，20膠管，21固定組件，21固定組件，22可移動(dòng)的固定組件，23可移動(dòng)的固定組件，24管路，25天平。圖2為本發(fā)明甲垸快速分析儀工作流程示意圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1本發(fā)明甲烷快速分析儀(1)結(jié)合甲垸快速分析儀作進(jìn)一步的說明本發(fā)明甲烷快速分析儀(見圖1)包括進(jìn)樣器1、采樣口2，進(jìn)樣器1與三通閥3的一端活動(dòng)連接，采樣口2和三通閥3的另一端活動(dòng)連接、三通閥3的第三端與固定組件4活動(dòng)連接，硫化氫檢測(cè)管6的兩端分別裝有固定組件4和可移動(dòng)的固定組件5，二氧化碳檢測(cè)管7的兩端分別裝有固定組件13和可移動(dòng)的固定組件23，固定組件5通過管路9與固定組件23相連接，使硫化氫檢測(cè)管6和二氧化碳檢測(cè)管7相通;氧氣檢測(cè)管8的兩端分別裝有固定組件21和可移動(dòng)的固定組件22，固定組件22通過管路24和固定組件13連接在一起，使二氧化碳檢測(cè)管7和氧氣檢測(cè)管8相通；固定組件21通過螺紋與出口閥18活動(dòng)連接，出口閥18通過膠管10與進(jìn)氣管11連接，進(jìn)氣管ll穿過甲烷收集瓶瓶塞12的一個(gè)孔插入到甲烷收集瓶14中，進(jìn)氣管11的直徑與收集瓶瓶塞12的孔的直徑相應(yīng)；甲垸收集瓶瓶塞12的另一孔插有排液管15，排液管15的直徑與收集瓶瓶塞12的另一孔的直徑相應(yīng)，排液管15通過膠管20與滴管16相連，滴管16下放置接收瓶17;再在接收瓶下放置一個(gè)天平25;硫化氫檢測(cè)管6、二氧化碳檢測(cè)管7和氧氣檢測(cè)管8固定可固定在組合工作臺(tái)19上；在組裝前要將硫化氫檢測(cè)管用吸附一定量的Pb(Ac)2試劑的硅膠填充；將二氧化碳檢測(cè)管用經(jīng)百里酚酞稀堿溶液處理過的硅膠填充；將氧氣檢測(cè)管用焦性沒食子酸處理過的硅膠填充。(2)甲烷快速分析儀的工作流程(見圖1和圖2):a、將出口閥18關(guān)閉，然后打開收集瓶瓶塞12，向甲烷收集瓶14中加滿工作液；再蓋上收集瓶瓶塞12，蓋蓋時(shí)要保證排液管15、膠管20、滴管16中充滿工作液；b、旋轉(zhuǎn)三通閥3使進(jìn)樣器1和采樣口2之間導(dǎo)通，將待測(cè)的樣品吸入進(jìn)樣器l中；打開出口閥18，旋轉(zhuǎn)三通閥3使進(jìn)樣器1和檢測(cè)管固定組件4之間導(dǎo)通，緩慢將沼氣注入；c、沼氣首先進(jìn)入由吸附一定量的Pb(Ac)2試劑的硅膠填充的H2S檢測(cè)管6中，在此H2S和Pb(Ac)2發(fā)生反應(yīng)，生成硫化鉛而變成黑褐色；脫除硫化氫的沼氣繼續(xù)沿著管路9進(jìn)入填充了經(jīng)百里酚酞稀堿溶液處理過的硅膠的C02檢測(cè)管7，在C02檢測(cè)管7中，二氧化碳和堿發(fā)生反應(yīng)而生成碳酸鹽而從混合氣中除去；剩余的氣體沿管路24進(jìn)入02檢測(cè)管8，混合氣體中可能存在的氧氣與02檢測(cè)管8中的焦性沒食子酸發(fā)生反應(yīng)而被吸收；d、剩余的氣體通過進(jìn)氣管10、進(jìn)氣管11進(jìn)入甲烷收集瓶14，將甲烷收集瓶14中等體積的工作液經(jīng)過排液管15、膠管20、滴管16排到接收瓶17中；再用天平稱重接收瓶中工作液的重量，即可計(jì)算出甲垸的含量。實(shí)施例2沼氣中甲烷含量的測(cè)定試驗(yàn)一、本試驗(yàn)于2007年7月30日在河北省青縣秸稈發(fā)酵沼氣工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。方法如下(1)將甲烷快速分析儀的甲烷收集瓶14中加滿飽和氯化鈣溶液，連接好進(jìn)氣管IO、11和排液管15、膠管20、滴管16，并使甲烷收集瓶的排液管15、膠管20和滴管16中充滿飽和氯化鈣溶液；(2)、將采樣口2與氣源連接，旋轉(zhuǎn)三通閥3使進(jìn)樣器1和氣源連通；(3)、用待測(cè)沼氣將進(jìn)樣器1洗3次，然后定容在50ml;(4)、將干燥的接收瓶17放置在滴管16的下方，打開出口閥門18，然后將三通閥3旋轉(zhuǎn)至進(jìn)樣器1與硫化氫檢測(cè)管6相通的位置，緩慢注入氣樣，進(jìn)樣時(shí)間為7080秒；(5)、進(jìn)完樣后，將滴管16的下端管口向下移到和甲烷收集瓶14內(nèi)液位等高的位置；(6)、用天平25稱重接收瓶中工作液的重量，結(jié)果為30.03克，氯化鈣溶液的密度為1.1908，即可換算出甲垸的含量50.39%二、氣相色譜驗(yàn)證分析試驗(yàn)2007年7月30日在河北省青縣秸稈發(fā)酵沼氣工程現(xiàn)場(chǎng)取樣，2007年7月31日在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)氣體分析實(shí)驗(yàn)室對(duì)所取的沼氣樣品用安捷倫1490氣相色譜進(jìn)行氣相色譜分析，結(jié)果(見表l)其所測(cè)得的甲烷含量51%與利用本發(fā)明甲烷快速分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的甲烷含量50.39%基本相同，說明本發(fā)明方法準(zhǔn)確、可靠、快速。表1沼氣氣相色譜分析結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>9權(quán)利要求1、通過間接重量快速測(cè)定沼氣中甲烷含量的方法，其特征在于將沼氣中的甲烷氣體通入裝滿工作液的甲烷收集瓶，甲烷收集瓶排出等體積的工作液到接收瓶中，然后測(cè)定接收瓶中工作液的重量，即可計(jì)算出沼氣中甲烷的含量。2、按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的工作液是指甲烷溶解度小、不易揮發(fā)的液體。3、按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的工作液是水或飽和鹽溶液。4、按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的飽和鹽溶液是氯化鈉溶液或氯化鈣溶液。5、權(quán)利要求l所述的通過間接重量快速測(cè)定沼氣中甲烷含量的方法，具體包括如下步驟(1)、將甲烷分析儀的甲烷收集瓶中加滿工作液，連接好進(jìn)氣管和平衡管，將與甲烷收集瓶連接的平衡管中也充滿工作液；所述的平衡管由排液管、膠管、滴管組成，排液管通過膠管與滴管連接在一起；(2)、將甲垸快速分析儀的采樣口與氣源連接，旋轉(zhuǎn)三通閥使進(jìn)樣器和氣源連通；(3)、用待測(cè)氣體洗進(jìn)樣器25次，然后定容在2550ml;(4)、將干燥的接收瓶放置在平衡管管口的下方，打開出口閥門，然后將三通閥旋轉(zhuǎn)至進(jìn)樣器與氣體檢測(cè)管相通的位置，在7080秒內(nèi)緩慢注入待測(cè)氣體；(5)、進(jìn)樣結(jié)束后，降低平衡管管口的位置，使其與甲烷收集瓶中的工作液的液位等高；(6)、用天平稱重接收瓶中工作液的重量，即可換算出甲烷的含量。6、按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的工作液為對(duì)甲烷溶解度小、不易揮發(fā)的液體。7、按照權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于所述的工作液是水或飽和鹽溶液。8、按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的飽和鹽溶液為氯化鈉溶液或氯化轉(zhuǎn)溶液。9、權(quán)利要求5中所述的甲垸快速分析儀，其特征在于在ZS-2型沼氣成分分析器的出口閥處通過膠管連接一個(gè)甲烷收集瓶，甲烷收集瓶的塞上有兩個(gè)孔，分別安裝有進(jìn)氣管和排液管；其中進(jìn)氣管的長度和甲垸收集瓶蓋的下端齊平，在排液管的上端通過膠管連接一個(gè)滴管，在滴管的下方放置一接收瓶，再在接收瓶下放置一個(gè)天平，即為本發(fā)明甲烷分析儀。10、按照權(quán)利要求9所述的甲烷快速分析儀，包括進(jìn)樣器(l)、采樣口(2)，進(jìn)樣器(1)與三通閥(3)的一端活動(dòng)連接，采樣口(2)和三通閥(3)的另一端活動(dòng)連接，三通閥(3)的第三端與固定組件(4)活動(dòng)連接；硫化氫檢測(cè)管(6)的兩端分別裝有固定組件(4)和可移動(dòng)的固定組件(5)，二氧化碳檢測(cè)管(7)的兩端分別裝有固定組件(13)和可移動(dòng)的固定組件(23)，固定組件(5)通過管路(9)與固定組件(23)相連接，使硫化氫檢測(cè)管(6)和二氧化碳檢測(cè)管(7)相通；氧氣檢測(cè)管(8)的兩端分別裝有固定組件(21)和可移動(dòng)的固定組件(22)，固定組件(22)通過管路(24)和固定組件(13)連接在一起，使二氧化碳檢測(cè)管(7)和氧氣檢測(cè)管(8)相通；固定組件(21)通過螺紋與出口閥(18)活動(dòng)連接；其特征在于出口閥(18)通過膠管(10)與進(jìn)氣管(11)連接，進(jìn)氣管(11)穿過甲垸收集瓶瓶塞(12)的一個(gè)孔插入到甲烷收集瓶(14)中，進(jìn)氣管(11)的直徑與甲垸收集瓶瓶塞(12)的孔的直徑相應(yīng)；甲烷收集瓶瓶塞(12)的另一孔插有排液管(15)，排液管(15)的直徑與收集瓶瓶塞(12)的孔的直徑相應(yīng)，排液管(15)通過膠管(20)與滴管(16)相連，滴管(16)下放置接收瓶(17);再在接收瓶17下放置一個(gè)天平(25);硫化氫檢測(cè)管(6)、二氧化碳檢測(cè)管(7)和氧氣檢測(cè)管(8)固定可固定在組合工作臺(tái)(19)上。全文摘要本發(fā)明公開了一種通過間接重量快速測(cè)定沼氣中甲烷含量的方法，將沼氣中的甲烷氣體通入裝滿工作液的甲烷收集瓶，甲烷收集瓶排出等體積的工作液到接收瓶中，然后測(cè)定接收瓶中工作液的重量，即可計(jì)算出沼氣中甲烷的含量。本發(fā)明還公開了一種甲烷快速分析儀，是在ZS-2型沼氣成分分析器的出口閥處通過膠管與一個(gè)甲烷收集瓶連接，甲烷收集瓶瓶蓋上有兩孔，分別安裝有進(jìn)氣管和排液管，排液管通過膠管連接一個(gè)滴管，在滴管的下方放置接收瓶，再在接收瓶下放置一個(gè)天平即可。本發(fā)明儀器體積小，操作簡(jiǎn)單，測(cè)定速度快，分析成本低，特別適合做現(xiàn)場(chǎng)分析。文檔編號(hào)G01N21/78GK101403673SQ200810226169公開日2009年4月8日申請(qǐng)日期2008年11月14日優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日發(fā)明者姜文騰,張紅蓮,雪李,李明磊,聰林,娜段,王平智,高茹英,魏曉明,瑩黃申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)