天然氣組分分析方法的改進

王慎東

（大慶油田化工有限公司甲醇分公司，黑龍江大慶 163411）

1 概述

甲醇生產的主要原材料是天然氣，天然氣分析數據對裝置的生產起到至關重要的作用。原來的天然氣分析方法采用上海分析儀器廠生產的103型氣相色譜儀（FID 檢測器）與奧氏氣體分析儀共同完成的。天然氣的有機組分主要由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，無機組分主要由氮氣、一氧化碳、二氧化碳。單一的檢測器無法將全部組分完全分離。使用奧氏氣體分析儀將無機組分分析完，用差減法將無機組分減去；再用色譜儀將有機組分分離并用歸一化法將其組分計算出來。由于這兩臺儀器都無法檢測氮氣，所以氮氣只采用一個固定的數值進行計算，這樣分析數據的準確性就得不到保證。并且該方法分析時間長，分析過程繁瑣。利用配置三閥四柱、雙檢測器的氣相色譜儀進行天然氣組分分析，采用峰面積歸一化法進行定量，不僅能夠縮短分析時間，并且對樣品的分析準確度、及時率都有很大的提高，能夠為裝置的平穩運行提供準確數據。

2 原理

利用安捷倫公司生產的帶有雙檢測器和三閥四柱的6890N氣相色譜儀對天然氣組分分析。有機組分：用Al2O3-PLOT柱進行分離，用氫火焰離子化檢測器（FID）進行檢測。無機組分：用HayesepQ、13X 分子篩為固定相分離，用熱導池檢測器（TCD）進行檢測。在分析過程中，通過不同時間三個閥的切換來實現氫火焰檢測器和熱導檢測器的樣品組分分析。用峰面積歸一化法進行定量計算。

3 實驗部分

3.1 儀器

6890N 氣相色譜儀（帶有分流進樣器、氫火焰檢測器、熱導池檢測器）；皂沫流量計；數據處理機。

3.2 試劑

氮氣、氫氣、氦氣、壓縮空氣，與天然氣組分相對應的標樣。

3.3 色譜分析條件

（1）色譜柱：

Al2O3-PLOT 柱 φ0.53mm×50m

13X 分子篩，不銹鋼柱管φ3mm×2m

HayesepQ，不銹鋼柱管φ3mm×3m

（2）載氣

氦氣：流量25mL/min

氮氣：平均線速26cm/min

燃氣：氫氣，流量45mL/min

助燃氣：空氣，流量450mL/min

（3）檢測器

氫火焰檢測器溫度250℃，熱導檢測器溫度150℃

氣化室溫度：150℃

程序升溫：50～150℃，升溫速率10 ℃/min

3.4 儀器操作步驟

（1）用天然氣將定量管進行置換，置換時間要足夠長。此時三個進樣閥處于關閉狀態，工況如圖1。

圖1 工況1

（2）開始進樣時，相繼打開進樣閥1和進樣閥2，載氣攜帶著第一個定量管中的天然氣進入色譜柱4中，這時有機組分：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷相繼被分離，依次流出色譜柱，由氫火焰離子化檢測器檢測。另一路載氣攜帶著第二個定量管中的天然氣進入色譜柱1和色譜柱2中進行分離，工況如圖2。

圖2 工況2

（3）打開進樣閥3，同時關閉進樣閥1，這時載氣將CO2組分直接送到熱導池檢測器中進行檢測。而CO2之前的O2、N2、CO、CH4等組分，將被關在色譜柱3中，工況如圖3。

圖3 工況3

（4）關閉進樣閥3，色譜柱3中的O2、N2、CO、CH4等組分，在載氣的攜帶下相繼流出色譜柱，由熱導池檢測器進行檢測。關閉進樣閥2，此時3個進樣閥均處于關閉狀態，樣品進樣完成等待譜圖，進行數據處理，工況如圖4。

圖4 工況4

3.5 天然氣樣品譜圖

有機組分如圖5所示。

圖5 有機組分

無機組分如圖6所示。

圖6 無機組分

3.6 數據的比較

下表為標準樣品的數據：

標準樣品樣品組分 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N2 CO 雜質數據 87.33 3.63 2.25 0.75 2.96 2.47 0.51 ≤0.1

我們對上表標準樣品用新舊兩種不同的方法進行分析，分析結果如下表：

樣品組分分析次數 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N2 CO 雜質第一次 新方法 87.353.622.250.762.952.490.48 ≤0.1舊方法 88.4 3.8 2.5 0.3 3.1 1.0 0.8 ≤0.1第二次 新方法 87.303.652.220.762.952.500.52 ≤0.1舊方法 88.6 3.7 2.5 0.4 3.0 1.0 0.9 ≤0.1第三次 新方法 87.263.602.250.763.032.540.46 ≤0.1舊方法 88.5 3.5 2.7 0.4 3.1 1.0 0.7 ≤0.1第四次 新方法 87.323.652.210.753.002.480.49 ≤0.1舊方法 88.2 3.7 2.8 0.4 3.1 1.0 0.7 ≤0.1平均值 新方法 87.313.632.230.762.982.500.49 ≤0.1舊方法 88.3 3.7 2.6 0.4 3.1 1.0 0.8 ≤0.1

4 結論

通過此方法對天然氣樣品分析，縮短分析時間，提高了分析準確度高，滿足裝置生產的要求。同時該方法還減少了化學試劑的使用量，降低了樣品分析的成本。還達到了降本增效的目的。