天然气常量组分(N2、CO2、C1～C6)的快速分析

2018-11-14贺少武张晓龙赵娜曹彤

中国设备工程 2018年21期

贺少武,张晓龙,赵娜,曹彤

（1.中国石油冀东油田瑞丰化工公司，河北唐山 063004；2.保定市民科环境检测有限公司,河北保定 063004）

国内的科研院所使用的天然气分析仪，主要采用的是美国安捷伦公司生产的HP5890/6890/7890气相色谱仪，此仪器配有专用控制及数据处理软件，采用EPC（电子气动控制）功能实现了仪器全程的载气流量和载气压力的数字可视化控制，通过阀切换技术实现样品分离和检测过程的时间组合，只需一次进样即可完成天然气组成分析（通常可以分析到C10），极大减少了分析误差，提高了分析结果的重现性和准确度。

国内许多分析仪器厂家按照GB/T 13610-2007《天然气的组成分析气相色谱法》进行仪器配置来完成天然气的组成分析，仪器主要配有三阀三柱、双检测器（TCD、FID）信号自动切换等，同时配有色谱工作站进行色谱分析信号的采集、积分计算、谱图和分析结果的输出。

经过对国内外天然气分析仪的工作原理进行研究分析，结合天然气分析的技术要求，对一台SQ-206型气相色谱仪进行了技术改造，采用了二阀三柱、单检测器TCD（热导检测器）实现了一次进样快速分析天然气常量组分的气相色谱法，在15分钟内能完成天然气中N2、CO2、C1～C6的分析。为了提高数据分析的重现性，在样品出口处安装了转子流量计，保证每次的相同进样量；同时在进样器前加装了样品气化器，通过控制进样阀2就能实现对液化石油气和液化天然气的组成分析。

1 实验仪器及设备

（1）气相色谱仪：SQ-206型，带有热导检测器、样品气化器、转子流量计和样品定量管，装有二阀三柱，阀柱连接和分析气路。

（2）数据处理机：N2000双通道色谱工作站，具有数据采集、积分计算、输出谱图和结果的功能。

（3）取样钢瓶：取气体样品用，耐压2MPa，容积2L。

（4）标气：北京分析仪器厂生产，组分：O2、N2、CH4、C2H6、CO2、C3H8、iC4H10、nC4H10、iC5H12、nC5H12、C6H14，组分含量以摩尔分数（M%）表示。

（5）色谱柱：5A分子筛柱：φ3×2000mm不锈钢填充柱，用于O2、N2、CH4分离。

（6）预柱：φ3×500mm不锈钢填充柱，柱内填充乙烯基甲基聚硅烷固定相，用于分离nC5以后的组分。

（7）复合柱：φ3×5000mm不锈钢柱，柱内填充物邻笨二甲酸二丁酯：β,β′氧二丙腈：6201担体，用于分离(O2、N2、CH4)，CO2和C2～C5组分。

2 实验条件

（1）气相色谱仪工作参数：柱箱温度：80℃（恒温）、阀室温度：60℃、样品汽化室温度：60℃、检测器温度：100℃，热丝温度：120℃，衰减：8，量程：0.05。

（2）载气：氢气，纯度＞99.95%，载气流量：30mL/min。

（3）进样量：1Ml。

3 数据采集及处理

色谱信号采集采用N2000色谱数据工作站中配套的24位高精度A/D转换卡，数据处理采用N2000色谱数据工作站进行谱图分析、数据积分、分析结果输出等。

4 分析方法

（1）实验条件的确定：根据分析气路流程、色谱柱功能、分析组分的沸点，选择适当的柱箱温度和载气流速，保证3根色谱柱能对样品实现完全基线分离。经多次实验，确定了最佳色谱工作参数。柱箱温度：80℃（恒温），载气流量：30mL/min，检测器温度100℃，热丝温度120℃，衰减：8，量程：0.05。根据仪器最佳工作参数和阀柱组合方式，通过实验选定阀1、阀2的开关（切换）时间，首先让5A分子筛柱洗脱出O2、N2、CH4，预柱在适当的时间进行反吹，在5A分子筛柱洗脱出CH4后复合柱开始出峰前，分离出C6H14以后的组分，其后复合柱洗脱出 CH4、C2H6、CO2、C3H8、iC4H10、nC4H10、iC5H12、nC5H12，流入TCD中检测各组分含量；经过多次实验确定了阀的运行时间表。

（2）组分的定性和定量：采用天然气标气进行定性和定量，各组分的面积校正因子利用外标法求得。

（3）计算：由于在天然气取样或分析进样时，样品易被空气污染，天然气分析谱图中会出现氧峰，因此在天然气组分含量计算时要对氮含量进行校正：测定当地空气中氮气和氧气面积比，再根据天然气分析中的氧峰面积扣除污染样品的氮气面积，计算公式为：