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文章推薦丨Picarro G2132-i 應用

作者: 天諾基業(yè)時間:2020-08-24

 

                      

甲烷既是寶貴的能源,也是一種溫室氣體。GWP的分析顯示,以單位分子數(shù)而言,甲烷的溫室效應要比二氧化碳大上25倍。2018年美國能源部的科學家對高度校準的長期測量結果進行分析,將甲烷導致的溫室效應的變化隔離出來,獲得了甲烷導致溫室效應增加的直接觀測數(shù)據(jù)。

正確區(qū)分我們環(huán)境中甲烷的各種來源,能夠有助于確定其在地層的來源,監(jiān)控垃圾填埋場和養(yǎng)殖場的逸散性甲烷排放物,或區(qū)分在濕地中產(chǎn)生和消耗甲烷的生化途徑。每一種甲烷源都具有13C與12C的特征比率。了解這一比率會有助于我們建立甲烷與特定本地源之間的聯(lián)系。Picarro G2132- i 能夠簡便快速地精確測量甲烷中的碳同位素比率以及總的甲烷濃度,同時還能同步獲得CO2和H2O濃度數(shù)據(jù)。


 

 

 

 

 

 

 

 

甲烷是天然氣、沼氣、坑氣的主要成分之一,在自然界分布很廣。甲烷的自然界來源分為生物來源和非生物。

 

 

 

根據(jù)甲烷的特性、分布和來源,科學家利用Picarro G2132-i開展大量的工作

 

 

 

賓夕法尼亞州立大學的Natasha L.Miles等在賓夕法尼亞州馬塞勒斯頁巖天然氣開采地區(qū)的4座塔上部署了4臺Picarro G2132-i分析儀。這是第一個開展由多臺甲烷同位素分析儀組成觀測網(wǎng)絡進行區(qū)域甲烷和二氧化碳測量的實驗。研究人員對分析儀進行了實驗室和現(xiàn)場校準,并且在2016年1月至12月期間對分G2132-i分析儀的現(xiàn)場性能進行驗證。對該區(qū)域的甲烷來源進行了分析,研究結果表明所測得的同位素特征與該地區(qū)深層天然氣的同位素特性相符。


 

 

 

 

 

 

實驗室校準原理圖

 

 

 


野外校準原理圖

 

 

 

休斯頓大學的Lan.X,Talbot.R等使用兩臺Picarro(G2201-i和G2132-i)組成一個車載移動實驗室對巴尼特頁巖地區(qū)152個設施(包括井場、壓縮機站、天然氣處理廠和垃圾填埋場)的石油和天然氣作業(yè)中的逃逸CH4排放進行了監(jiān)測和測量,估算了該地區(qū)的CH4總排放量和來源。

 

 

 

移動實驗室(上)、壓縮機站CH4濃度曲線(下)

 

 

 

加州理工學院Camille Viatte等利用四個移動式地面光譜儀(EM27/SUN)和氣體分析儀(Picarro G2132-i和G2401)結合高分辨率的大氣傳輸模式(WRF-LES)對南加州地區(qū)最大牛奶場的CH4和CO2量和通量進行測量,并進行了空間分布模擬,同時對CH4排放來源進行了分析。

 

 

 

甲烷通量分布,背景中的紅色區(qū)域為奶牛場,整塊區(qū)域分為16個小區(qū)域,小區(qū)域顏色代表通量大小

 

 

 

澳大利亞新南威爾士大學L.K.McDonough等利用PIcarro分析儀(G2132-i, G1101-i)分析研究了半干旱喀斯特環(huán)境中的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的源匯。分別在冬季(2014年8月)和夏季(2015年2月)在Gaden和Cathedral洞穴不同高度、位置上進行空氣采樣,之后對采樣氣體中的CO2和CH4濃度以及碳同位素組成進行分析。

 

 

 


Cathedral洞穴距離地面1米高度的CO2(C)和CH4(A)濃度分布;不同高度位置的CO2(B)和CH4(D)濃度分布

 

 

 

美國Picarro公司的C. W. Rella等將G2132-i、超聲風速儀和GPS裝載在車輛上組成移動試驗室,利用在美國猶他盆地開展測量實驗結果,提出了一種用于大氣甲烷排放來源的綜合方法。猶他盆地人口較少,除了石油和天然氣開采活動之外幾乎沒有其他甲烷和乙烷來源,因此是研究和驗證大氣甲烷和乙烷新測量方法的理想地點。本研究對23口天然氣井和6口油井分別進行了測量,同時對整個區(qū)域進行了采樣測量,最終測量結果表明盆地約85±7%的排放來自于天然氣開采。

 

 

 

猶他盆地地圖,油井(藍色)和氣井(紅色)的位置。X軸為經(jīng)度為,Y軸為緯度。圖上曲線代表是連接測量點繪制而成,測量獲得的氣體濃度高于背景值1.877 ppm,曲線顏色代表同位素比率。

 

 

 

成都理工大學張舜堯和張富貴等使用多種設備對青藏高原典型天然氣水合物地區(qū)開展了系統(tǒng)的土壤甲烷循環(huán)地球化學監(jiān)測。其中利用G2132-i同位素分析儀(美國Picarro)測量了青藏高原地區(qū)近地表土壤游離氣中甲烷碳同位素含量,利用同位素示蹤確定了熱生甲烷的特征,并對甲烷排放量的季節(jié)變化進行了討論。該部分研究為多年凍土區(qū)濕地碳循環(huán)研究提供了極有價值的參考信息。

 

 

 

(a)研究區(qū)域的位置 (b)不同季節(jié)的景觀

(a)活性土層游離氣體中甲烷的碳同位素 (b)吸附氣體的干燥系數(shù)

 

 

 

 

 

 

 

結語

 

 

 

從以上資料我們可以看出G2132-i同位素分析儀在畜牧場、垃圾填埋場、天然氣產(chǎn)區(qū)的甲烷逸散性排放分析以及濕地生態(tài)系統(tǒng)中甲烷的源、匯研究上均有優(yōu)異表現(xiàn)。


 

 

 

本文僅展示部分結論,更多詳細資料請聯(lián)系我司獲取
參考文獻
Natasha L. Miles, Douglas K. Martins, Scott J. Richardson, ChristopherW. Rella, Caleb Arata,Thomas Lauvaux, Kenneth J. Davis, Zachary R. Barkley, Kathryn McKain, and Colm Sweeney: Calibration and field testing of cavity ring-down laser spectrometers measuring CH4, CO2, and δC13 CH4 deployed on towers in the Marcellus Shale region, Atmos. Meas. Tech., 11, 1273–1295, 2018
Xin Lan, Robert Talbot, Patrick Laine,and Azucena Torres: Characterizing Fugitive Methane Emissions in the Barnett Shale Area Using a Mobile Laboratory, Environ. Sci. Technol. 2015, 49, 8139−8146
Camille Viatte, Thomas Lauvaux, Jacob K. Hedelius, Harrison Parker, Jia Chen, Taylor Jones,Jonathan E. Franklin, Aijun J. Deng, Brian Gaudet, Kristal Verhulst, Riley Duren, Debra Wunch,Coleen Roehl, Manvendra K. Dubey, Steve Wofsy, and Paul O. Wennberg: Methane emissions from dairies in the Los Angeles Basin, Atmos. Chem. Phys., 17, 7509–7528, 2017
L. K. McDonough,C. P. Iverach,S. Beckmann,M. Manefield,G. C. Rau,A. Baker,B. F. J. Kelly: Spatial variability of cave-air carbon dioxide and methane concentrations and isotopic compositions in a semi-arid karst environment., Environ Earth Sci (2016) 75:700
C. W. Rella, J. Hoffnagle, Y. He, and S. Tajima:Local- and regional-scale measurements of CH4, δ13CH4, and C2H6 in the Uintah Basin using a mobile stable isotope analyzer,Atmos. Meas. Tech., 8, 4539–4559, 2015
Shunyao Zhang , Fugui Zhang, Zeming Shi, Aihua Qin, Huiyan Wang,Zhongjun Sun, Zhibin Yang, Youhai Zhu, Shouji Pang,and Pingkang Wang:Sources of seasonal wetland methane emissions in permafrost regions of the Qinghai-Tibet Plateau, Scientific Reports | (2020) 10:7520

 

 

 

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