天然氣組分分析方法的改進(jìn)

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(chǎn)的主要原材料是天然氣，天然氣分析數(shù)據(jù)對裝置的生產(chǎn)起到至關(guān)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(chǎn)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(jī)組分主要由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，無機(jī)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(jī)組分分析完，用差減法將無機(jī)組分減去；再用色譜儀將有機(jī)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(shù)值進(jìn)行計算，這樣分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jìn)行天然氣組分分析，采用峰面積歸一化法進(jìn)行定量，不僅能夠縮短分析時間，并且對樣品的分析準(zhǔn)確度、及時率都有很大的提高，能夠為裝置的平穩(wěn)運行提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

2 原理

利用安捷倫公司生產(chǎn)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(jī)組分：用Al2O3-PLOT柱進(jìn)行分離，用氫火焰離子化檢測器（FID）進(jìn)行檢測。無機(jī)組分：用HayesepQ、13X 分子篩為固定相分離，用熱導(dǎo)池檢測器（TCD）進(jìn)行檢測。在分析過程中，通過不同時間三個閥的切換來實現(xiàn)氫火焰檢測器和熱導(dǎo)檢測器的樣品組分分析。用峰面積歸一化法進(jìn)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(jìn)樣器、氫火焰檢測器、熱導(dǎo)池檢測器）；皂沫流量計；數(shù)據(jù)處理機(jī)。

3.2 試劑

氮氣、氫氣、氦氣、壓縮空氣，與天然氣組分相對應(yīng)的標(biāo)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?xì)猓簹錃?，流?5mL/min

助燃?xì)猓嚎諝?，流?50mL/min

（3）檢測器

氫火焰檢測器溫度250℃，熱導(dǎo)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(jìn)行置換，置換時間要足夠長。此時三個進(jìn)樣閥處于關(guān)閉狀態(tài)，工況如圖1。

圖1 工況1

（2）開始進(jìn)樣時，相繼打開進(jìn)樣閥1和進(jìn)樣閥2，載氣攜帶著第一個定量管中的天然氣進(jìn)入色譜柱4中，這時有機(jī)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(jìn)入色譜柱1和色譜柱2中進(jìn)行分離，工況如圖2。

圖2 工況2

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

圖3 工況3

（4）關(guān)閉進(jìn)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(dǎo)池檢測器進(jìn)行檢測。關(guān)閉進(jìn)樣閥2，此時3個進(jìn)樣閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，樣品進(jìn)樣完成等待譜圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，工況如圖4。

圖4 工況4

3.5 天然氣樣品譜圖

有機(jī)組分如圖5所示。

圖5 有機(jī)組分

無機(jī)組分如圖6所示。

圖6 無機(jī)組分

3.6 數(shù)據(jù)的比較

下表為標(biāo)準(zhǔn)樣品的數(shù)據(jù)：

標(biāo)準(zhǔn)樣品樣品組分 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N2 CO 雜質(zhì)數(shù)據(jù) 87.33 3.63 2.25 0.75 2.96 2.47 0.51 ≤0.1

我們對上表標(biāo)準(zhǔn)樣品用新舊兩種不同的方法進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下表：

樣品組分分析次數(shù) CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N2 CO 雜質(zhì)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(jié)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(zhǔn)確度高，滿足裝置生產(chǎn)的要求。同時該方法還減少了化學(xué)試劑的使用量，降低了樣品分析的成本。還達(dá)到了降本增效的目的。