氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應用

仝鑫(大慶油田采氣分公司輸氣大隊化驗室，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

現(xiàn)階段天然氣領域廣泛應用在線分析儀來對整個操作過程進行實時的監(jiān)控和自動檢測，這樣可以保證在天然氣整體工藝中記錄連續(xù)實時的數(shù)據(jù)，整理出完善的信息資料，保證整個過程維持高水平的可靠性和精準性。在線分析儀的應用是現(xiàn)階段的分析工作中的基礎儀器，加上在線分析儀種類眾多，能夠廣泛的應用在各個場所。而氣相色譜儀作為新開發(fā)的分析儀器，實現(xiàn)在線分析儀的相關功能的同時，具有更加穩(wěn)定的可靠性、靈敏性、高效性，正成為我國天然氣組分分析中的主要儀器，主要應用在分子量小于二百，沸點低，易于氣化物質，檢測器不同分析的物質也不同，可以定性定量，定性必須有標準品進行對照，可以分析氣體和液體。

1 氣相色譜儀的簡述

氣相色譜儀的發(fā)明得益于氣相色譜現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。氣相色譜現(xiàn)象最早在1906年由俄國科學家首次發(fā)現(xiàn)，隨著科學技術的不斷進步，直到1954年熱導計的發(fā)明和應用才正式的標志著我國正式進入氣相色譜儀科學儀器檢測階段，發(fā)展到1960年，我國的氣相色譜儀，開始大批量的實際生產，逐漸應用到國內市場。截止到目前，氣相色譜技術在國內已經發(fā)展50余年，技術相對成熟，積累了大量的實驗數(shù)據(jù)和操作經驗。目前我國廣泛使用的氣相色譜分析儀主要有以下幾種；氫火離子檢測器、火焰光度檢測器、熱導檢測器。在線檢測儀、電子捕獲檢測器等，依靠氣相色譜儀較為可靠的數(shù)據(jù)分析，推動了我國天然氣行業(yè)的進步發(fā)展。

氣相色譜儀的發(fā)展基礎依靠于氣相色譜原理和檢測工序的互相結合。氣相色譜儀主要實現(xiàn)氣體組分濃度的測定、氣體混合物的分離等數(shù)據(jù)分析工作。主要包括的基礎設備有；進樣閥、檢測器、信號處理器、載液板、色譜柱、電子捕獲測量儀等基礎設備。

2 氣相色譜儀進行天然氣組分分析的模擬實驗。

2.1 選擇系統(tǒng)

進行氣相色譜儀的模擬實驗，必須確定操作系統(tǒng)，才能展開后續(xù)的一系列分析。文章選擇GC-17A的氣相色譜儀進行實驗操作，該型號屬于全毛細管分離柱類型的全新氣相色譜儀。氣相色譜儀內置敏感度較高的TCD檢測儀和FID檢測儀，含量達到臨界條件之后，檢測器依靠較高的靈敏性第一時間檢測出來，且數(shù)據(jù)結果相對準確、可靠。該類氣相色譜儀器具有靈敏度高、穩(wěn)定準確的高性能同時，因其色譜柱箱體積過于小，在實際操作過程中，不便于進行控制閥的安裝，因此在實際操作過程中采取的進樣方式屬于一次進樣，雖樣本實現(xiàn)全體組分的分析；在使用的過程中也可以在色譜柱箱外安裝十通閥和六通閥，將他們與色譜柱相連接，從而保證進樣完成，實現(xiàn)對天然氣整體組分的分析。一般來說，氣相色譜儀由十通閥、熱導檢測器，六通閥以及各種檢測器構成，色譜毛細柱有三根，現(xiàn)階段使用的一根為石英毛細管，其余兩根均為填充管。

2.2 氣相色譜儀的分析原理

氣相色譜法是指用氣體作為流動相的色譜法。由于樣品在氣相中傳遞速度快，因此樣品組分在流動相和固定相之間可以瞬間地達到平衡。另外加上可選作固定相的物質很多，因此氣相色譜法是一個分析速度快和分離效率高的分離分析方法。近年來采用高靈敏選擇性檢測器，使得它又具有分析靈敏度高、應用范圍廣等優(yōu)點。氣相色譜儀是利用十通閥和六通閥的相對控制，從而把控整個進液過程，實現(xiàn)對氣體組成成分的分析，在氣相色譜儀內設有多個獨立的分離系統(tǒng)，可保證在進行分析、分離的整個過程中，不發(fā)生反應、不相互干擾，保證了分析過程的獨立性。簡單的來說，氣象色譜儀內部將氣體分析過程分為了三路，記為A、B、C三個分路系統(tǒng)。其中A、B兩路主要負責對天然氣中He、CH4、O2、H2、N2、CO2、以及甲烷、乙烷等氣體成分進行分離處理，C路主要實現(xiàn)對空氣中烴類組分進行分離。在進行實際操作之前，十通閥和六通閥都要保證在進行取樣的狀態(tài)，原因是一旦正式開始進入取樣階段，十通閥就會保持持續(xù)的進樣，但在十通閥開始進樣的過程中，六通閥依舊保持在原始的狀態(tài)—取樣狀態(tài)，隨著樣品進樣，B路的分離系統(tǒng)就會分離出上述描繪的氣體組成成分，并將分離出的相關氣體，進行集中的TCD檢測，這個過程一直持續(xù)到甲烷能夠完全分離出來，此時改變六通閥的連通狀態(tài)，等樣品順利進入到poreapak qs管路之后，將空氣甲烷以及各其整體組分進行TCD數(shù)據(jù)檢測，等達到氧氣出峰之后，這時候可以開啟系統(tǒng)的升溫裝置，使得另一部分的樣品進入以毛細管中，利用升溫將其中的烴類組分分離，分離完成后進行FID檢測。所有的樣品進樣完成，檢測完畢之后，將十通閥和六通閥全部調至為原始的取樣狀態(tài)，等待一定時間，直至氣相色譜儀數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，在進行下一樣品的組分分析，這一樣品的天然氣氣相組分分析完畢。

2.3 分析天然氣組分的先決條件

進行天然氣組分分析實，要嚴格把控各種參數(shù)符合分析標準。拿氣相色譜儀的啟動標準來說，氣相色譜儀的啟動預設溫度是40℃，并維持定溫7min，之后以每分鐘10℃的溫度逐漸上升，直到到達110℃時，再維持定溫2min，再以每分鐘20℃的倍數(shù)上升，最后在180℃時，維持5min，完成氣相色譜儀的溫度控制。組件溫度設置，其中氫火焰離子檢測器FID的溫度控制在220℃，空氣流量維持在1500mL/min左右，燃氣的總流量控制在45mL/min，尾吹氣裝置的流量控制在30mL/min。熱導器的溫度控制在120℃，電流為65mA。另外氣相色譜儀的各項氣體成分也要控制在一定的比例之中。

2.4 氣相色譜儀實驗方法

進行實驗過程中，要根據(jù)天然氣的組分和含量，控制閥門，借助閥門的轉換，開關情況對載氣中存在的液體進行分析研究，通過對色譜柱的分離和結果顯示，來進一步保證天然氣組分氣體能夠分別進入到自己的分離器中，不與其他的氣體成分發(fā)生反應，保證結果更加可靠準確。在檢測器中，通過各不相同的傳熱系數(shù)，例子電流的差異和電信號強弱程度的不同，利用色譜分析的原理得出真是的數(shù)據(jù)結果。這種分析模式，能夠保證在進行氣體分析的過程中，系統(tǒng)能夠連續(xù)的、自動的對天然氣的各個組分進行分析你，使得操作流程更加簡化，高效，得到專業(yè)的分析結果。工作人員根據(jù)氣相色譜儀檢測出來的數(shù)據(jù)結果為依據(jù)，再進行對天燃氣的氣體組分進行科學系統(tǒng)的分析、處理。

2.5 天然氣組成標準氣體裝置

隨著國民經濟的飛速發(fā)展，國內的各個行業(yè)都和國際有著你切的聯(lián)系，拿天然氣氣體組分分析來說，國際天然氣氣體對天然氣的組分含量進行了實時模擬，得出相應的模擬數(shù)據(jù)。拿我國西氣東輸?shù)妮斔团渲脕碚f，與國際上進行數(shù)據(jù)比較，在各個氣體組分含量分析上，都具有較大的差異，可以發(fā)現(xiàn)，每一個國家、地區(qū)可能對天然氣氣體組分分析核定的標準有所不同，產生數(shù)據(jù)差異。在進行大范圍內天然氣氣體組分的含量分析中，要制定統(tǒng)一的分析標準，進行整體分析、在以后的發(fā)展中，儀器的改進方向也將沿著統(tǒng)一化的規(guī)定標準進行，得到更具有說服力的科研數(shù)據(jù)。

3 使用氣相色譜儀的注意事項

氣相色譜儀在使用過程中存在一定的局限，在使用范圍上有一定的局限，相對來說氣相色譜儀在分子量相對較小的氣體組分中分析出來的結果更加準確，因此氣相色譜儀在分子量相對較小的氣體組分中得到廣泛應用。相對的如果氣體在色譜柱的柱溫環(huán)境中，就會影響分離結果，不能出現(xiàn)氣體成分揮發(fā)和分離的現(xiàn)象。綜合一般情況來說，分子量較大的氣體成分在進行組分分析的過程中，氣相色譜儀的安裝位置要有所調整，安裝位置要離天然氣氣體相近，盡量縮短裝置與天然氣之間的距離，通過這樣做來消除檢測分析結果的滯后性，消除影響準確結果的因素。氣相色譜儀的配套設置對環(huán)境條件也有一定的要求。其中氫火焰離子檢測器FID只能對氣體成分電離之后的碳氫化合物進行檢測分析，因此在進行儀器選擇中，要根據(jù)各個儀器的應用特點進行配套使用。比如；工作人員可以利用氫火焰離子結合甲烷轉換器對有機物進行檢測分析。對堿性化合物氣體成分檢測時，要提高裝置對堿性化合物的靈敏度，擴大檢測區(qū)域，增加線性范圍。使用氣相色譜儀后，工作人員要具有益氣維護意識，并確定時間進行定時的檢修和保養(yǎng)，最大限度的保證儀器的正常使用，延長儀器的使用壽命，定期進行專業(yè)化的保養(yǎng)和維修，也能夠使得儀器具有更高的靈敏度，數(shù)據(jù)結果更加穩(wěn)定、可靠。準確。隨著氣相色譜技術日益成熟，將從天然氣分析領域逐漸輻射到其他的專業(yè)領域。在氣相色譜儀本身的技術改造中，也會逐漸的趨于完善、科學；現(xiàn)在已經開始大量推行多柱、多閥型氣相色譜儀通入到生產應用，氣相色譜技術正在趨向于簡單、便攜、準確、快速、可靠、高效的方向進行。

4 結語

綜上所述，現(xiàn)階段氣相色譜儀在天然氣組分分析領域中實用性極強，出色點眾多，在使用過程中不僅投資少。維修與保養(yǎng)成本低，節(jié)約生產成本，在裝置的安裝、調試、使用以及數(shù)據(jù)的可靠穩(wěn)定方面都表現(xiàn)出其強勢的優(yōu)點。

在使用過程中，氣相色譜儀保持靈活性，適應力極強，既能配合其他儀器共同使用，又能在單獨使用中表現(xiàn)出出色的性能，有效的保證了在使用過程中，天然氣氣體組分分析結果的精準性和系統(tǒng)穩(wěn)定性，加上氣相色譜儀使用壽命長，大大降低操作和運行難度，在實際操作過程中，工作人員只需要按照一定的標準去進行使用，就能夠大幅度的降低儀器的損傷，降低故障率，從而減少成本的投入，最大程度上提高經濟生產效益。