[发明专利]一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及天然气水合物研究的技术领域，具体地涉及一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统及方法。

背景技术

天然气水合物(Natural Gas Hydrate)是在低温高压下由水与小客体气体分子组成的类冰、非化学计量、笼形固体化合物，俗称“可燃冰”，因其中的气体成分主要为甲烷，故又称甲烷水合物(Methane Hydrate)。天然气水合物能量密度高，在理想状况下，1m³的天然气水合物可分解出164m³的甲烷气体和0.8m³的水。而地球上天然气水合物蕴藏量十分丰富，天然气体水合物广泛分布于多年冻土区、大陆架边缘的深海沉积物和深湖泊沉积物中，估计全球天然气水合物中的碳储量为2×10¹⁶m³，相当于全球已探明常规化石燃料总碳量的两倍以上。然而，天然气水合物在给人类带来新的美好能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战，其潜在的灾害和环境效应不容忽视。

天然气水合物对全球变暖的影响，是通过其分解后释放的甲烷气体直接或间接作用气候体系的。从全球范围来看，海平面下降和气候变暖是引发天然气水合物大规模分解的两大主要因素。冰期海平面的下降导致作用在天然气水合物上的静水压力减小，从而使天然气水合物变得不稳定，并且释放出的大量甲烷进入大气层。气候变暖主要通过三个途径来影响天然气水合物分解：(1)全球变暖使气温升高，造成极地冻土带内的天然气水合物分解；(2)全球变暖导致温度较高的海流流向发生变化，进而引发某个蕴藏地点的甲烷气体释放。例如，受冰盖融化的冷水流入海洋的影响，海湾易于改变流向，而当湾流流经天然气水合物层(如巴伦支海)的上方时，下面的天然气水合物就会分解。(3)全球变暖导致海水温度升高，造成海底天然气水合物的分解。但在通常情况下，由于海水热容较大，底层海水的升温不会很显著，同时全球变暖时，海下面上升，导致静水压力增加，相反可增加天然气水合物和稳定性，从而可部分或完全抵消海水温度升高对天然气水合物稳定性造成的影响。

然而，研究者们对从天然气水合物中释放出的温室气体量是否足以导致全球变暖尚有争论。Kvenvolden认为，现在天然气水合物分解产生的甲烷量可能还不够多，并不能显著地影响全球气候变暖。Max和Lowrie则指出，既然从天然气水合物中释放出的气体很大部分可以溶解于海水中或立即被硫酸盐氧化，那么实际到达大气层中的温室气体量并不多。但Paull等研究认为，从天然气水合物释放出的甲烷能在一定时期内达到峰值，并可导致全球气温上升。

迄今，冻土区和海洋水合物中天然气的释放量及天然气水合物分解和释放的动力学过程仍然没有了解清楚，以至于难以确定天然气水合物究竟是气候和环境变化的缓冲剂还是加速剂，或者在何种程度上影响全球的气候和环境。因此，目前天然气水合物与全球气候变化关系的研究已成为全球变化中一个活跃的前沿课题，而通过不同相态中甲烷、二氧化碳含量的动态监测，可研究天然气水合物分解带来的气候响应，为探索天然气水合物分解对环境的影响提供直接证据。故本发明提出了一种水-气界面甲烷/二氧化碳在线监测方法，解决了以往对不同体系中甲烷浓度只能取样回实验室进行检测的弊端，从而实现不同角度下实时监测天然气水合物分解对周边环境带来的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，其解决了以往对不同体系中甲烷浓度只能取样回实验室进行检测的弊端，从而实现不同角度下实时监测天然气水合物分解对周边环境带来的影响。

本发明的技术解决方案是：这种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，其包括：水泵、水气分离装置、干燥装置、激光检测仪；

在含溶解性甲烷、二氧化碳水体中安装水泵，并用密封罐将水泵与地表的水气分离装置进行连接，分离后产生的气体通过干燥装置进行收集，通过激光检测仪进行检测。

还提供了一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测方法，其包括以下步骤：

(1)井下水体安装水泵；

(2)抽取原位水体后，进行水气分离；

(3)分离后产生水和溶解气体；

(4)气体组分、含量分析；

(5)长期进行监测，以便探索规律。