專利名稱：：通過間接重量快速測定沼氣中甲烷含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于分析化學領(lǐng)域。具體地說涉及一種通過間接重量快速測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%，還含有少量的氮氣(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。一個有良好的發(fā)酵工藝和正常運行的沼氣池，甲烷的產(chǎn)量和產(chǎn)氣率均是高的。因此，測定沼氣的氣體成分及其含量對沼氣工程的運行管理具有重要的指導(dǎo)意義。目前測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沼氣的各組分進行精確的測量，但是它只適合實驗室研究使用，不適合野外現(xiàn)場分析使用。(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，污水處理廠等大型沼氣生產(chǎn)場所使用的、用于檢測CH4、C02和02的檢測分析儀器，可以便攜測量并通過PDA數(shù)據(jù)采集軟件實時保存測量數(shù)據(jù)。但同樣不適合野外現(xiàn)場使用，而且儀器價格較高。(3)傳統(tǒng)的奧式氣體分析儀具有價格便宜，使用方便，但它仍需在實驗室進行分析，而且只能對沼氣的組成逐個進行檢測分析，效率低。(4)ZS-2型便攜式沼氣成分分析器(農(nóng)業(yè)部成都沼氣科學研究所研制)是一種適于現(xiàn)場測定沼氣中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計量甲烷的含量，為了提高測量的精度，必須使用細長的玻璃管作為甲垸體積檢測管，整個儀器的體積也達到76Cm*25cm*10Cm，攜帶起來仍舊感覺不太方便；同時現(xiàn)場分析采用人工進樣，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確度，一旦皂泡破裂，必須重新測試，不但費時，而且氣體檢測管的消耗較高。
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定沼氣中甲烷含量的方法。該方法簡單、檢測速度快、成本低。本發(fā)明是根據(jù)化學吸收原理，采用間接重量法測定沼氣中甲烷含量的便攜式分析儀。測定時待測氣體進入分析儀，待測氣體成分中H2S、C02和02被相應(yīng)的檢測管吸收而改變顏色。甲垸不與檢測管中的化學物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，定量地通過各檢測管后，進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，即可計算出甲烷的體積。實現(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，然后測定接收瓶中工作液的重量，即可計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)三通閥使進樣器和氣源連通；(3)、用待測氣體洗進樣器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)至進樣器與氣體檢測管相通的位置，在.70S0秒內(nèi)緩慢注入待測氣體；(5)、進樣結(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甲垸收集瓶，甲垸收集瓶的塞上有兩個孔，分別安裝有進氣管和排液管；其中進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滴管，在滴管的下方放置一接收瓶，再在接收瓶下放置一個天平，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)自由移動時管內(nèi)的工作液不會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)為包括進樣器l、采樣口2，進樣器1與三通閥3的一端活動連接，采樣口2和三通閥3的另一端活動連接，三通閥3的第三端與固定組件4活動連接，硫化氫檢測管6的兩端分別裝有固定組件4和可移動的固定組件5，二氧化碳檢測管7的兩端分別裝有固定組件13和可移動的固定組件23，固定組件5通過管路9與固定組件23相連接，使硫化氫檢測管6和二氧化碳檢測管7相通；氧氣檢測管8的兩端分別裝有固定組件21和可移動的固定組件22，固定組件22通過管路24和固定組件13連接在一起，使二氧化碳檢測管7和氧氣檢測管8相通；固定組件21通過螺紋與出口閥18活動連接，出口閥18通過膠管IO與進氣管11連接，進氣管11穿過甲烷收集瓶瓶塞12的一個孔插入到甲烷收集瓶14中，進氣管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下放置一個天平25;硫化氫檢測管6、二氧化碳檢測管7和氧氣檢測管8固定可固定在組合工作臺19上。上述甲垸快速分析儀在組裝前要將硫化氫檢測管用吸附一定量的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；將氧氣檢測管用焦性沒食子酸處理過的硅膠填充。通過天平來計量甲烷的重量，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樣器進入由吸附一定量的Pb(Ac)2試劑的硅膠填充的H2S檢測管中，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)沿著管路進入填充了經(jīng)百里酚酞稀堿溶液處理過的硅膠的C02檢測管，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入02檢測管，混合氣體中可能存在的氧氣與02檢測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，即可計算出甲垸的含量。根據(jù)氧氣的含量，計算出氮氣的含量?？梢詫Ψ治龅臄?shù)據(jù)進行校正。本發(fā)明具有的優(yōu)點利用本發(fā)明的儀器體積小、操作簡單、測定速度快、分析成本低、特別適合現(xiàn)場分析。圖1為本發(fā)明甲垸快速分析儀剖視圖。其中1進樣器，2采樣口，3三通閥，4固定組件，5可移動的固定組件，6硫化氫檢測管，7二氧化碳檢測管，8氧氣檢測管，9管路，IO膠管，11進氣管，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，20膠管，21固定組件，21固定組件，22可移動的固定組件，23可移動的固定組件，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。具體實施方式實施例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一步的說明本發(fā)明甲烷快速分析儀(見圖1)包括進樣器1、采樣口2，進樣器1與三通閥3的一端活動連接，采樣口2和三通閥3的另一端活動連接、三通閥3的第三端與固定組件4活動連接，硫化氫檢測管6的兩端分別裝有固定組件4和可移動的固定組件5，二氧化碳檢測管7的兩端分別裝有固定組件13和可移動的固定組件23，固定組件5通過管路9與固定組件23相連接，使硫化氫檢測管6和二氧化碳檢測管7相通;氧氣檢測管8的兩端分別裝有固定組件21和可移動的固定組件22，固定組件22通過管路24和固定組件13連接在一起，使二氧化碳檢測管7和氧氣檢測管8相通；固定組件21通過螺紋與出口閥18活動連接，出口閥18通過膠管10與進氣管11連接，進氣管ll穿過甲烷收集瓶瓶塞12的一個孔插入到甲烷收集瓶14中，進氣管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天平25;硫化氫檢測管6、二氧化碳檢測管7和氧氣檢測管8固定可固定在組合工作臺19上；在組裝前要將硫化氫檢測管用吸附一定量的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使進樣器1和采樣口2之間導(dǎo)通，將待測的樣品吸入進樣器l中；打開出口閥18，旋轉(zhuǎn)三通閥3使進樣器1和檢測管固定組件4之間導(dǎo)通，緩慢將沼氣注入；c、沼氣首先進入由吸附一定量的Pb(Ac)2試劑的硅膠填充的H2S檢測管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進入填充了經(jīng)百里酚酞稀堿溶液處理過的硅膠的C02檢測管7，在C02檢測管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進入02檢測管8，混合氣體中可能存在的氧氣與02檢測管8中的焦性沒食子酸發(fā)生反應(yīng)而被吸收；d、剩余的氣體通過進氣管10、進氣管11進入甲烷收集瓶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，即可計算出甲垸的含量。實施例2沼氣中甲烷含量的測定試驗一、本試驗于2007年7月30日在河北省青縣秸稈發(fā)酵沼氣工程現(xiàn)場進行。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使進樣器1和氣源連通；(3)、用待測沼氣將進樣器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)至進樣器1與硫化氫檢測管6相通的位置，緩慢注入氣樣，進樣時間為7080秒；(5)、進完樣后，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、氣相色譜驗證分析試驗2007年7月30日在河北省青縣秸稈發(fā)酵沼氣工程現(xiàn)場取樣，2007年7月31日在中國農(nóng)業(yè)大學氣體分析實驗室對所取的沼氣樣品用安捷倫1490氣相色譜進行氣相色譜分析，結(jié)果(見表l)其所測得的甲烷含量51%與利用本發(fā)明甲烷快速分析儀現(xiàn)場測得的甲烷含量50.39%基本相同，說明本發(fā)明方法準確、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，然后測定接收瓶中工作液的重量，即可計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)三通閥使進樣器和氣源連通；(3)、用待測氣體洗進樣器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)至進樣器與氣體檢測管相通的位置，在7080秒內(nèi)緩慢注入待測氣體；(5)、進樣結(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甲烷收集瓶，甲烷收集瓶的塞上有兩個孔，分別安裝有進氣管和排液管；其中進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滴管，在滴管的下方放置一接收瓶，再在接收瓶下放置一個天平，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，包括進樣器(l)、采樣口(2)，進樣器(1)與三通閥(3)的一端活動連接，采樣口(2)和三通閥(3)的另一端活動連接，三通閥(3)的第三端與固定組件(4)活動連接；硫化氫檢測管(6)的兩端分別裝有固定組件(4)和可移動的固定組件(5)，二氧化碳檢測管(7)的兩端分別裝有固定組件(13)和可移動的固定組件(23)，固定組件(5)通過管路(9)與固定組件(23)相連接，使硫化氫檢測管(6)和二氧化碳檢測管(7)相通；氧氣檢測管(8)的兩端分別裝有固定組件(21)和可移動的固定組件(22)，固定組件(22)通過管路(24)和固定組件(13)連接在一起，使二氧化碳檢測管(7)和氧氣檢測管(8)相通；固定組件(21)通過螺紋與出口閥(18)活動連接；其特征在于出口閥(18)通過膠管(10)與進氣管(11)連接，進氣管(11)穿過甲垸收集瓶瓶塞(12)的一個孔插入到甲烷收集瓶(14)中，進氣管(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下放置一個天平(25);硫化氫檢測管(6)、二氧化碳檢測管(7)和氧氣檢測管(8)固定可固定在組合工作臺(19)上。全文摘要本發(fā)明公開了一種通過間接重量快速測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，然后測定接收瓶中工作液的重量，即可計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甲烷收集瓶連接，甲烷收集瓶瓶蓋上有兩孔，分別安裝有進氣管和排液管，排液管通過膠管連接一個滴管，在滴管的下方放置接收瓶，再在接收瓶下放置一個天平即可。本發(fā)明儀器體積小，操作簡單，測定速度快，分析成本低，特別適合做現(xiàn)場分析。文檔編號G01N21/78GK101403673SQ200810226169公開日2009年4月8日申請日期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,瑩黃申請人:中國農(nóng)業(yè)大學