[发明专利]一种同时分析天然气中H2

说明书

本发明公开了一种同时分析天然气中H₂O和H₂S含量的激光检测方法，本方法选取天然气中H₂O和H₂S吸收光谱重合的光谱波段，通过化学计量学算法实现H₂O和H₂S的同时测量，解决了传统的激光吸收光谱技术往往选取没有干扰的吸收波段只能测量一种气体的问题，也解决了使用多台分析仪表占地面积更大而且增加了分析仪表的投入和维护成本的问题。

技术领域

本发明涉及气体分析领域，具体涉及一种基于激光技术同时分析天然气中H₂O和H₂S含量的激光检测方法。

背景技术

天然气从地底开采出来经过净化之后，往往还含有微量H₂O和H₂S等杂质。天然气中的微量H₂O在高压低温的管道环境中，容易与CH₄形成冰状的天然气水合物，堵塞管道，或者凝析成液态水与天然气中的酸性气体结合腐蚀管道，造成安全事故。H₂S作为一种有毒腐蚀性气体，可能与管道中的水结合成酸，腐蚀管道，导致设备损坏或气体泄露，严重时可能导致人员伤亡。因此，《天然气》国家标准对天然气中的H₂O和H₂S含量有明确规定，要求在交接点压力下，水露点比输送条件下最低环境温度低5℃，一、二类天然气中 H₂S含量分别低于6mg/m³和20mg/m³。

一般在天然气净化过程分析和加压运输过程中，根据H₂O和H₂S的物理和化学特性，需要配备独立的水露点(一定浓度的H₂O在一定压力下结露的温度)分析仪和H₂S分析仪进行测量。

传统的测水露点的方法包括冷镜法、电解法和晶振法，均为接触式测量技术。冷镜法直接将镜面冷却，另H₂O在镜面上结露，这种方法不能分辨烃露点和水露点，而且镜面容易受到杂质的污染，影响测量结果的准确性。电解法是利用P₂O₅电解H₂O分子，在电极间产生电流，但探头参与反应易损耗，而且醇类物质也会被电解，干扰测量。晶振法是利用H₂O吸附在石英晶体上改变晶体振荡的频率的分析方法，同时重烃、醇和油都容易吸附在晶体表面，导致探头损坏。

测H₂S一般采用醋酸铅试纸法和紫外法。醋酸铅试纸法存在耗材，而且纸带易受污染，且故障率较高。而紫外法使用的光源寿命短、价格高，且存在滤光轮等转动部件，损耗率高，设备维护量大。

此外，检测H₂O和H₂S均可以使用激光吸收光谱技术进行测量，根据待测组分的特征吸收光谱，选取窄线宽的半导体激光光源，即可不受干扰地对目标组分进行快速测量，测量精度可以达到10^-6(ppm)甚至是10^-9(ppb)级别。虽然使用激光技术分析H₂O和H₂S技术原理保持一致，但往往为了为了避免干扰，在选取H₂O和H₂S的吸收波段时相隔较远，因此，同一个激光器波段无法覆盖到两种组分的测量，迫使天然气净化厂及门站中往往需要购置两台甚至多台分析仪，不仅占地面积更大，而且增加了分析仪表的投入和维护成本。

发明内容