用于温室气体本底在线观测的样气处理装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于温室气体本底在线观测的样气处理装置。

背景技术：

温室气体浓度持续增长是导致全球气候变化的主要原因，同时为了能更好的解决全球气候变化的问题，需要对温室气体进行观测，以实现更好的治理。而对温室气体进行观测的过程中首先需要对进行观测的温室气体进行采样，目前用于温室气体观测的样气采样方法有离线采样(包括气袋采样、瓶采样，罐采样等)、在线观测和大气遥感等，其中：

气袋采样/瓶采样，是一种以特殊材质的气袋/硬质玻璃为容器，采集特定时间段的大气样品，并在一定储运时间内，能保持样品中原有二氧化碳、甲烷等温室气体成分和浓度不变的采样方法。该方法适用于采集本底大气样品，以进行二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、六氟化硫等温室气体组分的高精度观测分析。

罐采样，是一种经内壁经过惰性化处理的不锈钢罐为容器，采集特定时间段的大气样品、并在一定储运时间内保持样品中氢氟碳化物、全氟化碳等温室气体成分和浓度不变的采样方法。该方法适用于采集本底大气样品，以进行氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫等卤代温室气体、氧化亚氮等温室气体组分的高精度观测分析。

在线观测，是一种将观测装置直接安装在野外台站现场，样品通过管路直接导入观测仪器，对大气成分及其他要素进行实时、连续观测的方法。

大气遥感，是将观测仪器感觉与大气直接接触，而在一定距离之外通过电、光、声等信号在大气中的传播特性来确定大气的化学组成，物理状态及其时空分布的探测方法。

但根据世界气象组织/全球大气观测网(WMO/GAW)对本底在线观测的要求，要求本底大气中CO2的精度优于0.1ppm(百万分之一)，CH4和 CO的精度要求优于±2ppb(十亿分之一)，N2O的精度要求优于±0.1ppb(十亿分之一)，SF6的精度要求优于±0.02ppt(万亿分之一)。而目前在线观测的方法无法达到如此高的观测精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于温室气体本底在线观测的样气处理装置，利用该样气处理装置为在线观测装置的进气装置作了新的设计，保证对目标气体的污染尽量小，且输出的气体样气能够满足观测仪器主机分析条件要求(包括样品气体的压力、流量、温度、颗粒物等)，从而可以达到世界气象组织/全球大气观测网(WMO/GAW)对本底在线观测的各种精度要求。

本实用新型中用于温室气体本底在线观测的样气处理装置与在线观测分析仪器的样气进口连接，包括有通过进气管道连通的位于野外台站现场室外的室外部分，和位于野外台站现场室内且与在线观测分析仪器的样气进口连接的室内部分；所述室外部分包括有进气装置，初级除水装置，进气口与初级除水装置之间由进气管道连通；所述室内部分包括有经进气管道依序连通的过滤器、采样泵、一级压力释放流量器、压力表、二级干燥器、三级干燥器和二级压力释放器，所述二级压力释放流量器的出气口经进气管道连接所述在线观测分析仪器的样气进口。

所述进气装置为一进口朝下的斗形采样器，在气体的进口处能拆卸地设置有一微孔直径小于7μm的过滤网。

所述过滤器中能拆卸地安装有微孔直径小于3μm的过滤膜。

所述过滤器和采样泵设置有两组，通过进气管道呈并联的形式连接所述初级除水装置的出气口和所述一级压力释放流量器的进气口，每一组过滤器的进口和采样泵的出口处均设有独立的开关阀。

所述二级干燥器包括有一透明的柱状外壳体，在其内部固定密封的设置有一供样气进出的除水半透膜。

所述除水半透膜呈管状，间隔开后平行地固定在上平两安装板上，所述安装板与所述柱装外壳体的内壁密封紧贴。

所述三级干燥器为一能够完全直接浸泡在冷冻机内酒精里的透明玻璃管，包括有一样气进气口和一样气出气口。

本实用新型中的样气处理装置可以实现环境大气样品的采集、干燥以及预处理，满足在线观测系统的要求，可以达到世界气象组织/全球大气观测网(WMO/GAW)对本底在线观测的要求。

附图说明

图1是本实用新型中样气处理装置的结构示意图。

图2是本实用新型中二级干燥器的结构示意图。

图3是本实用新型中三级干燥器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型中的具体实施例作详细说明。

如图1所示，本实用新型中用于温室气体本底在线观测的样气处理装置通过进气管道2直接连接在线观测分析仪器14的样气进口。其包括有通过进气管道2连通的位于野外台站现场室外的室外部分，和位于野外台站现场室内且与在线观测分析仪器14的样气进口连接的室内部分。其中：

室外部分用于获取大气样气，包括有通过进气管道2连通的进气装置1 和初级除水装置3。进气装置1采用一斗形采样器，斗形采样器的进口朝下设置，可以避免降雨或者冬季结冰时对采集样气的影响，亦可防止树叶等大体积物品被吸入至进气管道2内。在斗形采样器的进口处能拆卸地固定设置有一微孔直径小于7μm的过滤网，对样气中的颗粒物作进一步过滤，防止对采样泵5及后续设备的影响。

初级除水装置3采用市售的露点能在5℃以下的自动除水冷阱，利用冷阱有利于水蒸气的凝结，更易于凝结，从而可以防止进气管道2内有明显的积水形成。

室内部分包括经进气管道2依序连通的过滤器4、采样泵5、一级压力释放流量器8、压力表10、二级干燥器11、三级干燥器12、二级压力释放流量器13，用于对室外部分输入的样气作过滤、压力、流量和温度的控制，以满足温室气体本底在线观测分析仪器14对精度的需求。

过滤器4中固定设置有多层微孔直径小于3μm的过滤膜，对进入的样气中的颗粒物作进一步过滤，可以有效防止样气中颗粒物对采样泵5以及后续各设备的影响。

如图2所示，二级干燥器11包括有一透明的柱状外壳体20，当然也可以是不透明的，在柱状外壳体20的内部设置有一供样气进出并对样气作干燥处理的除水半透膜装置21，除水半透膜装置21包括有由除水半透膜制成的干燥管27，及用于固定安装干燥管21的安装板22，安装板22有两片，上下分别紧密的贴合在柱状外壳20的内壁面，在柱状外壳体20的内部形成两个相互密封的空间，用于供样气通过的空间位于柱状外壳体20内上下两端部，中间由干燥管27连通，在干燥管27的侧壁外形成另一密闭空间，与柱状外壳体20侧壁上的进、出口连通。干燥管21间隔开后平行地固定安装在两安装板22之间，使得样气从柱状外壳体20顶部进入后可以穿过干燥管 21，在干燥管21内对样气作干燥处理后从柱状外壳体20的底部输出。

相邻干燥管21之间留有间隙，供从柱状外壳体20侧壁的干燥气体进口 23进入的干燥气体穿输，再从柱状外壳体20侧壁的气体出口24输出，如此可以在干燥气体与样气的穿输过程中进行干燥处理，并且干燥管21的设置，可以使二级干燥器的露点在零下25℃以下，最好的干燥效果是露点在 30℃左右。

如图3所示，三级干燥器12为一能够完全直接浸泡在冷冻机28内酒精里的透明玻璃管29，玻璃管29的侧壁一体成形有样气进气口25，在玻璃管 29的顶部一体成形有样气出气口26。样气出气口26经进气管道2密封连接在线观测分析仪器14的进气口，冷冻机28内的酒精温度可以达到零下 70℃。

在线观测分析仪器14对于样气的观测工作并非连续性，而是在输入一定量的样气后需要停止输入，观测完毕后再作进一步的输入，因此样气需要呈间断性的输入在线观测分析仪器在4内，并且为了达到进入在线观测分析仪器14的样气中水汽含量低于5ppm，以及样气从目标气体进入到在线观测分析仪器的时间不能超过5分钟的要求，必须采用大流量采样泵5，为样气的流动提供足够的速度。

开启采样泵5，在采样泵5的作用下，从进气装置1吸入室外空气(目标气体)，经进气装置1中的过滤网作初步过滤，滤除昆虫及较大的颗粒物，再由初步除水装置3作初步的除水处理后进入室内。进入室内的样气经进气管道2直接进入过滤器4，由过滤器4中的过滤膜有效去除样气内的细小颗粒物。

由于提供给在线观测分析仪器14的样气需要稳定的压力，而采样泵5 的流量较大，因此采样泵5出来的样气压力过大，不适用于在线观测分析仪器14，经由一级压力释放流量器8将部分样气直接排出，释放进气管道2内样气的气体压力，一级压力释放流量器8管路内气体压力高于环境大气压 1atm(标准大气压)左右，具体排出的样气压力由与一级压力释放流量器8 连接的流量计9和压力表10进行测量与控制。在压力表10后串联二级干燥器11和三级干燥器12，二级干燥器11的露点在零下30℃左右，三级干燥器12的露点设置在零下50℃以下，经二级干燥器11、三级干燥器12处理后的样气中含水率不高于5ppm，从而避免过多水汽对在线观测分析仪器14 的精度造成影响，达到在线观测分析仪器14的要求。

在线观测分析仪器14所需的样气需要间断地输入，而又要保持进气管道2内的样气一直处于流动状态，故在三级干燥器12的后方设置有可调节的二级压力释放流量器13及与之连接的流量计，方可以根据在线观测分析仪器14的需求间隔地输入洁净、一定压入的样气，二级压力释放流量器13 中的样气流量不高于200ml/min。

对于大流量的采样泵5属于市售产品，其流量及型号选择依据实际进气管道长度而定，要求样气体从进气装置1进口至在线观测分析仪器14之间的运行时间不超过5min，且对样品气无污染或吸附，具体不再详细说明。

另，在野外观测时，在线观测分析仪器14对样气的稳定性要求极高，为此在整个处理装置过滤器4和采样泵5的旁侧设置有另一组过过滤器4和采样泵5，即过滤器4和采样泵5串联后再以并联的方式连接在初级除水装置3的出气口和一级压力释放流量器8的进气口之间，并在每个过滤器4的前端、每个采样泵5的后端设置有开关阀15，在实际分析时由开关阀切换控制。