天然氣常量組分氣相色譜分析方法研究

關鍵詞：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氣體在不同環境下的組成成分以及各成分的含量進行全面的分析，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分析方法，常見的化學分析方法有燃燒法以及吸收法等，該種方法使用相對較為繁瑣，且精度相對較低，物理分析方法主要是根據各組分的物理性質對氣體的組分進行分析，由于其精度相對較高且使用方便，因此，物理分析方法的應用相對較廣[1]。本次研究主要是針對天然氣常量組分的分析問題，對氣相色譜分析方法進行全面研究，為推動該種方法的推廣及應用奠定基礎。

1 天然氣常量組分氣相色譜分析方法綜述

通過對國內的部分科研院所進行調研發現，大多數科研院所使用的氣相色譜儀主要進口于美國，其型號主要以HP5890/6890/7890為主，該種類型的儀器設備具有配套的數據處理軟件，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進行控制，其可以使用數字可視化控制的功能，如果對檢測樣品進行分離，只需要對閥門進行切換即可，同時，只需要采取一次進樣，就可以對天然氣的組分進行全面的分析，進而使得檢測過程中所需要的時間縮短，檢測過程中的誤差降低。在另一方面，我國也存在大量氣相色譜儀的生產廠家，在對該種類型儀器進行生產的過程中，所遵循的標準為《天然氣的組成分析-氣相色譜法》，通過對儀器進行合理地配置，即可完成天然氣組分分析的功能[2]。通過對該種類型儀器的組成進行分析發現，其主要由三閥三柱以及信號切換單元所組成，同時配備有專業的色譜分析工作站，在該工作站內可以對分析信號進行采集，對信號進行積分運算，形成分析譜圖，最終將分析結果輸出[3]。通過對該種類型儀器的工作原理進行分析，并根據天然氣常量組分測量的基本要求，對氣相色譜分析儀器進行了改進，技術改進過程中采用了兩閥三柱的模式，熱導檢測器采取的是單檢測器方案，在使用該種檢測儀器的過程中，僅需要15分鐘的時間，即可完成天然氣常量組分的測量，同時，為了進一步提高測量結果的準確性，在樣品的出口位置處配備了流量計，以此對進入儀器中樣品的流量進行控制，在進樣器前端位置配置了氣化器，通過對閥門進行控制，就可以對標準天然氣以及油田伴生氣進行組分測量。

2 天然氣常量組分氣相色譜分析方法研究

在進行氣相色譜分析方法實驗研究的過程中，所需要使用的儀器分為七種，分別是氣相色譜分析儀、數據處理機、鋼瓶、標氣、色譜柱、預柱以及復合柱。在氣相色譜分析儀方面，所使用的儀器為SQ-206型號，該種型號的儀器已經配置了熱導檢測器、氣化器、流量計等部件，內部結構為二閥三柱。在數據處理機方面，采用的是N2000的工作站，該種類型的工作站具有雙通道特征，可以對數據進行采集以及分析，最終輸出分析結果。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。在標氣方面，其主要的組分為甲烷、乙烷、丙烷、氧氣、氮氣、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數表示。在色譜柱方面，所使用的分子篩柱為5A級別，所使用的不銹鋼填充柱直徑為3mm，長度為2000mm，可以對甲烷、氧氣以及氮氣進行分離。在預柱方面，其不銹鋼填充柱的長度為500mm，直徑為3mm，主要用于對C5以后的成分進行分離。在復合柱方面，其不銹鋼填充柱的長度為5000mm，直徑為3mm，主要用于對二氧化碳等組分進行分離。在進行具體實驗的過程中，需要根據氣相色譜分析儀的基本功能以及天然氣各組分的沸點，對實驗溫度以及氣體的流速進行合理的選擇，以此保證實驗過程中的色譜柱都可以對樣品進行分離，通過多次的實驗發現，最佳的實驗溫度為80℃，實驗過程中氣體的流速為30mL/min，檢測器的最佳溫度為100℃，熱絲的最佳溫度為120℃，其量程為0.05，衰減數值為8。根據實驗參數以及閥柱的組合類型，對各個閥門的開關時間進行選擇，首先使用分子篩柱，對氧氣、氮氣以及甲烷進行反吹，使用預柱對C5以后的成分進行分離，最后，使用復合柱對其它組分進行洗脫，在各種氣體流入熱導檢測器以后，就可以對各種類型組分的含量進行測定，在對天然氣進行測量以及分析的過程中，樣品非常容易受到外界環境的污染，進而會在譜圖中產生氧峰現象，因此，在進行測量的過程中，需要對測量數值進行校正。通過對標準天然氣進行分析發現，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%，通過對油田伴生氣進行分析發現，偏差最大的組分為甲烷，偏差數值為0.46%，偏差最小的組分為氮氣和二氧化碳，偏差值為0.06%，綜合分析可以發現，使用氣相色譜分析方法可以對天然氣常量組分進行準確測量。

3 結論

綜上所述，物理分析方法是天然氣常量組分測量過程中使用的重要方法，其測量過程相對較為簡單，測量的精度相對較高，其中，氣相色譜分析方法就是普遍應用的一種物理分析方法，使用該種方法對標準天然氣和油田伴生氣進行組分測量發現，標準天然氣組分測量結果的偏差最大為0.38%，油田伴生氣組分測量結果的偏差最大為0.46%，由此可見，使用氣相色譜分析方法可以對天然氣常量組分進行準確測量。

參考文獻：

[1]王偉超，杜繼星，甘宗煜，等.二維氣相色譜法測定三硝基甲苯爆炸后空氣中6種組分[J].理化檢驗-化學分冊，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].巖礦測試，2013，32（02）：290-295.

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

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