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(huán)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(jù)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(fā)現(xiàn)，大多數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)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(chǎn)廠家，在對該種類型儀器進行生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，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(yè)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(jù)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(shù)據(jù)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(jīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)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(jù)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(fā)現(xiàn)，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(shù)值為8。根據(jù)實驗參數(shù)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(huán)境的污染，進而會在譜圖中產(chǎn)生氧峰現(xiàn)象，因此，在進行測量的過程中，需要對測量數(shù)值進行校正。通過對標準天然氣進行分析發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，偏差最大的組分為甲烷，偏差數(shù)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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。