天然氣常量組分氣相色譜分析方法研究

關(guān)鍵詞：天然氣;常量組分;氣相色譜分析;方法綜述;方法研究

0 前言

所謂的氣相色譜分析主要指的是對(duì)氣體在不同環(huán)境下的組成成分以及各成分的含量進(jìn)行全面的分析，了解氣體的組成情況，氣體分析方法可以分為兩種類型，分別是物理分析方法以及化學(xué)分析方法，常見的化學(xué)分析方法有燃燒法以及吸收法等，該種方法使用相對(duì)較為繁瑣，且精度相對(duì)較低，物理分析方法主要是根據(jù)各組分的物理性質(zhì)對(duì)氣體的組分進(jìn)行分析，由于其精度相對(duì)較高且使用方便，因此，物理分析方法的應(yīng)用相對(duì)較廣[1]。本次研究主要是針對(duì)天然氣常量組分的分析問題，對(duì)氣相色譜分析方法進(jìn)行全面研究，為推動(dòng)該種方法的推廣及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 天然氣常量組分氣相色譜分析方法綜述

通過對(duì)國(guó)內(nèi)的部分科研院所進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)科研院所使用的氣相色譜儀主要進(jìn)口于美國(guó)，其型號(hào)主要以HP5890/6890/7890為主，該種類型的儀器設(shè)備具有配套的數(shù)據(jù)處理軟件，在使用該種儀器的過程中，載氣的流量以及壓力主要是依靠EPC進(jìn)行控制，其可以使用數(shù)字可視化控制的功能，如果對(duì)檢測(cè)樣品進(jìn)行分離，只需要對(duì)閥門進(jìn)行切換即可，同時(shí)，只需要采取一次進(jìn)樣，就可以對(duì)天然氣的組分進(jìn)行全面的分析，進(jìn)而使得檢測(cè)過程中所需要的時(shí)間縮短，檢測(cè)過程中的誤差降低。在另一方面，我國(guó)也存在大量氣相色譜儀的生產(chǎn)廠家，在對(duì)該種類型儀器進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，所遵循的標(biāo)準(zhǔn)為《天然氣的組成分析-氣相色譜法》，通過對(duì)儀器進(jìn)行合理地配置，即可完成天然氣組分分析的功能[2]。通過對(duì)該種類型儀器的組成進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其主要由三閥三柱以及信號(hào)切換單元所組成，同時(shí)配備有專業(yè)的色譜分析工作站，在該工作站內(nèi)可以對(duì)分析信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算，形成分析譜圖，最終將分析結(jié)果輸出[3]。通過對(duì)該種類型儀器的工作原理進(jìn)行分析，并根據(jù)天然氣常量組分測(cè)量的基本要求，對(duì)氣相色譜分析儀器進(jìn)行了改進(jìn)，技術(shù)改進(jìn)過程中采用了兩閥三柱的模式，熱導(dǎo)檢測(cè)器采取的是單檢測(cè)器方案，在使用該種檢測(cè)儀器的過程中，僅需要15分鐘的時(shí)間，即可完成天然氣常量組分的測(cè)量，同時(shí)，為了進(jìn)一步提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，在樣品的出口位置處配備了流量計(jì)，以此對(duì)進(jìn)入儀器中樣品的流量進(jìn)行控制，在進(jìn)樣器前端位置配置了氣化器，通過對(duì)閥門進(jìn)行控制，就可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)天然氣以及油田伴生氣進(jìn)行組分測(cè)量。

2 天然氣常量組分氣相色譜分析方法研究

在進(jìn)行氣相色譜分析方法實(shí)驗(yàn)研究的過程中，所需要使用的儀器分為七種，分別是氣相色譜分析儀、數(shù)據(jù)處理機(jī)、鋼瓶、標(biāo)氣、色譜柱、預(yù)柱以及復(fù)合柱。在氣相色譜分析儀方面，所使用的儀器為SQ-206型號(hào)，該種型號(hào)的儀器已經(jīng)配置了熱導(dǎo)檢測(cè)器、氣化器、流量計(jì)等部件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為二閥三柱。在數(shù)據(jù)處理機(jī)方面，采用的是N2000的工作站，該種類型的工作站具有雙通道特征，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以及分析，最終輸出分析結(jié)果。在鋼瓶方面，主要用于氣體樣品取樣使用，其容積為2L，可承受2MPa的壓力。在標(biāo)氣方面，其主要的組分為甲烷、乙烷、丙烷、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳等，這些組分屬于天然氣的常量組分，各種類型組分的含量使用體積分?jǐn)?shù)表示。在色譜柱方面，所使用的分子篩柱為5A級(jí)別，所使用的不銹鋼填充柱直徑為3mm，長(zhǎng)度為2000mm，可以對(duì)甲烷、氧氣以及氮?dú)膺M(jìn)行分離。在預(yù)柱方面，其不銹鋼填充柱的長(zhǎng)度為500mm，直徑為3mm，主要用于對(duì)C5以后的成分進(jìn)行分離。在復(fù)合柱方面，其不銹鋼填充柱的長(zhǎng)度為5000mm，直徑為3mm，主要用于對(duì)二氧化碳等組分進(jìn)行分離。在進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)的過程中，需要根據(jù)氣相色譜分析儀的基本功能以及天然氣各組分的沸點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度以及氣體的流速進(jìn)行合理的選擇，以此保證實(shí)驗(yàn)過程中的色譜柱都可以對(duì)樣品進(jìn)行分離，通過多次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，最佳的實(shí)驗(yàn)溫度為80℃，實(shí)驗(yàn)過程中氣體的流速為30mL/min，檢測(cè)器的最佳溫度為100℃，熱絲的最佳溫度為120℃，其量程為0.05，衰減數(shù)值為8。根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)以及閥柱的組合類型，對(duì)各個(gè)閥門的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行選擇，首先使用分子篩柱，對(duì)氧氣、氮?dú)庖约凹淄檫M(jìn)行反吹，使用預(yù)柱對(duì)C5以后的成分進(jìn)行分離，最后，使用復(fù)合柱對(duì)其它組分進(jìn)行洗脫，在各種氣體流入熱導(dǎo)檢測(cè)器以后，就可以對(duì)各種類型組分的含量進(jìn)行測(cè)定，在對(duì)天然氣進(jìn)行測(cè)量以及分析的過程中，樣品非常容易受到外界環(huán)境的污染，進(jìn)而會(huì)在譜圖中產(chǎn)生氧峰現(xiàn)象，因此，在進(jìn)行測(cè)量的過程中，需要對(duì)測(cè)量數(shù)值進(jìn)行校正。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)天然氣進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，偏差最大的組分為甲烷，偏差值為0.38%，偏差最小的組分為氧氣，其偏差值為0.02%，通過對(duì)油田伴生氣進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，偏差最大的組分為甲烷，偏差數(shù)值為0.46%，偏差最小的組分為氮?dú)夂投趸?，偏差值?.06%，綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，使用氣相色譜分析方法可以對(duì)天然氣常量組分進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

3 結(jié)論

綜上所述，物理分析方法是天然氣常量組分測(cè)量過程中使用的重要方法，其測(cè)量過程相對(duì)較為簡(jiǎn)單，測(cè)量的精度相對(duì)較高，其中，氣相色譜分析方法就是普遍應(yīng)用的一種物理分析方法，使用該種方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)天然氣和油田伴生氣進(jìn)行組分測(cè)量發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)天然氣組分測(cè)量結(jié)果的偏差最大為0.38%，油田伴生氣組分測(cè)量結(jié)果的偏差最大為0.46%，由此可見，使用氣相色譜分析方法可以對(duì)天然氣常量組分進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王偉超，杜繼星，甘宗煜，等.二維氣相色譜法測(cè)定三硝基甲苯爆炸后空氣中6種組分[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，2019，55（02）：156-161.

[2]張彩明，許錦，蔣啟貴，等.在線富集-氣相色譜法分析天然氣中痕量輕烴[J].巖礦測(cè)試，2013，32（02）：290-295.

[3]馬玉蘭，吳群莉，趙讓梅.對(duì)人工煤氣、液化石油氣、天然氣氣相色譜分析方法的研究[J].中國(guó)儀器儀表，2007（03）：41-44.

作者簡(jiǎn)介：張沛鈺（1989-），女，新疆烏魯木齊人，工程師，從事液化天然氣計(jì)量分析工作。