氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應(yīng)用

氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應(yīng)用

隨著中國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，天然氣組分的應(yīng)用可以為人們了解天然氣的分類(lèi)，了解天然氣的化學(xué)組成，并根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)資源和物理參數(shù)對(duì)天然氣的開(kāi)發(fā)、運(yùn)輸和輸送進(jìn)行操作。在線(xiàn)分析儀是對(duì)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),操作人員可以連續(xù)性地收集工藝過(guò)程中的信息資料,具有良好的可靠性與精確性,屬于一個(gè)非常重要的操作。在實(shí)際操作過(guò)程中,在線(xiàn)分析儀的種類(lèi)較多,能夠在不同場(chǎng)合中適用。而色譜儀具有良好的可靠性、進(jìn)度、靈敏性以及可選擇性等特點(diǎn),成為我國(guó)天然氣組分分析中應(yīng)用較為廣泛的一種儀器。筆者結(jié)合氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應(yīng)用進(jìn)行闡述,以求能夠推動(dòng)我國(guó)天然氣組分分析的創(chuàng)新與發(fā)展。1氣相色譜儀的發(fā)展色譜現(xiàn)象首先是在1906年的俄國(guó)發(fā)現(xiàn)的,直到1952年第一個(gè)氣相色譜檢測(cè)器才發(fā)明出來(lái),1954年熱導(dǎo)計(jì)的誕生標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入現(xiàn)代氣相色譜檢測(cè)器時(shí)代,到了1960年,氣相色譜儀被批量生產(chǎn),截止到目前,已經(jīng)有五十多年的歷史了。而我國(guó)在實(shí)際的操作過(guò)程中,使用較為普遍的有以下幾種:氫火焰離子檢測(cè)器(FID)、光焰光度檢測(cè)器(FPD)、熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)、電子捕獲檢測(cè)器(ECD)等。氣相色譜儀是在色譜法原理與檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,主要針對(duì)氣體組分濃度、混合物分離。一般情況下,氣相色譜分析儀中的基本設(shè)備包括:進(jìn)樣閥、檢測(cè)器、信號(hào)處理器、載液、色譜柱、溫度控制箱以及控制器等。2在天然氣組中分析氣相色譜法的實(shí)驗(yàn)2.1柱箱組合進(jìn)樣筆者利用的型號(hào)為GC-17A的氣相色譜分析儀,屬于一種全毛細(xì)管分離柱類(lèi)型的氣相色譜儀,其中有靈敏性較高的TCD檢測(cè)器與FID檢測(cè)器,不僅具有較高靈敏性,而且性能較為穩(wěn)定,但是在實(shí)際操作過(guò)程中,由于柱箱體積較小,無(wú)法進(jìn)行控制閥的安裝,因此天然氣可以一次進(jìn)樣,實(shí)現(xiàn)全組分分析。但是筆者在使用的過(guò)程中,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在柱箱外安裝了十通閥與六通閥,并將其與色譜柱相連接,進(jìn)樣完成,在對(duì)控制閥進(jìn)行設(shè)定,從而全分析天然氣組分。從圖1中我們可以看出,氣相色譜儀是由十通閥、熱導(dǎo)檢測(cè)器、六通閥以及氫焰檢測(cè)器共同組成,且色譜柱有三根,其中一根屬于石英毛細(xì)管柱,剩余兩個(gè)均為填充柱。2.2空氣烴類(lèi)組分分離氣相色譜儀通過(guò)六通閥與十通閥對(duì)進(jìn)樣進(jìn)行控制和分析,且存在獨(dú)立性好的分離系統(tǒng),分為三路:A、B、C,A、B兩組主要是對(duì)He、O2、CH4、H2、N2、CO2、空氣、甲烷以及乙烷等進(jìn)行分離;C路主要是對(duì)烴類(lèi)組分進(jìn)行分離。在分析操作前,六通閥與十通閥均處在取樣狀態(tài),一旦進(jìn)入取樣階段,十通閥就會(huì)保持進(jìn)樣,而六通閥仍保持原有狀態(tài)—取樣,樣品進(jìn)入B后會(huì)逐漸分離出He、O2、CH4、H2、N2等氣體,并開(kāi)始進(jìn)行TCD檢測(cè),等甲烷分離出后,工作人員立即將六通閥切換至進(jìn)樣狀態(tài)。等樣品進(jìn)入PorapakQS柱后,將空氣甲烷、CO2、C2等組分完成后進(jìn)行TCD檢測(cè),等CO2出峰后,工作人員啟動(dòng)升溫程序。另一面樣品就會(huì)進(jìn)入以毛細(xì)管柱中,利用升溫將其中C1—C16的烴類(lèi)組分分離后,進(jìn)行FID檢測(cè)。等樣品分離完成后,工作人員將六通閥與十通閥均切換至取樣狀態(tài),等氣相色譜儀穩(wěn)定后,再進(jìn)行下一樣品的組分分析。2.3儀器及溫度控制爐溫嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行控制:氣相色譜儀啟動(dòng)初溫40℃,保持7min,后以每分鐘10℃的溫度上升,到110℃時(shí),保持2min,再以每分鐘20℃的頻率上升,并在180℃時(shí)保持5min。載氣:A氬氣,柱流量控制在1mL,且分流比是1∶50;B氬氣,柱流量控制在2mL,且分流比是1∶100;C氬氣,流量控制在25mL/min。氫火焰離子檢測(cè)器FID溫度控制在220℃,空氣流量為450mL/min,燃?xì)饬髁繛?5mL/min,尾吹氣流量控制為30mL/min。熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD的溫度控制在120℃,電流為60mA。氫火焰離子檢測(cè)器FID對(duì)天然氣樣品進(jìn)行組分分析時(shí)的氣相色譜圖如圖2所示:熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD對(duì)天然氣樣品進(jìn)行組分分析時(shí)的氣相色譜圖如圖3所示:2.4組分分離和分析根據(jù)天然氣的組分與含量,通過(guò)閥切換的方法對(duì)載氣存在的樣品進(jìn)行分析,并通過(guò)色譜柱進(jìn)行分離,以保證組分進(jìn)入其相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器中。通過(guò)導(dǎo)熱系數(shù)、離子電流以及電信號(hào)的不同,利用色譜工作站進(jìn)行分析處理,以得出科學(xué)的分析結(jié)果,系統(tǒng)能夠連續(xù)、自動(dòng)對(duì)組分進(jìn)行分析,并得出分析結(jié)果。工作人員可以以此為依據(jù)對(duì)天然氣熱值進(jìn)行科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)。2.5天然氣組分模擬配置隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,與國(guó)際的聯(lián)系日益緊密,因此國(guó)際天然氣對(duì)天然氣的組分量值進(jìn)行了模擬,我國(guó)西氣東輸中的模擬配置值如表1所示:國(guó)際天然氣組分模擬配置值如表2所示:3氣相色譜儀安裝位置的選擇氣相色譜儀在分子量較小的氣體中較為適用,且氣體在柱溫的環(huán)境中,不能出現(xiàn)揮發(fā)或者是分解的現(xiàn)象,一般情況,分子量較大的氣體都能夠生成或者是揮發(fā)出化合物。在天然氣組分分析的過(guò)程中,氣相色譜儀的安裝位置應(yīng)盡量縮短與天然氣之間的距離,從而降低滯后對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成的影響。氫火焰離子檢測(cè)器FID只能針對(duì)電離后的碳?xì)浠衔镞M(jìn)行檢測(cè),因此工作人員可以選用氫火焰離子檢測(cè)器FID和甲烷轉(zhuǎn)換器來(lái)對(duì)有機(jī)化合物繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)。在進(jìn)行硫化物的檢測(cè)過(guò)程中,工作人員要注意提高裝置對(duì)于硫的靈敏度與線(xiàn)性范圍。而工作人員在氣相色譜儀的使用過(guò)程中,要定期按照規(guī)定的要求對(duì)裝置進(jìn)行保養(yǎng)與維護(hù),以保證氣相色譜儀的使用壽命。4氣相色譜儀的優(yōu)勢(shì)綜上所述,氣相色譜儀在天然氣組分分析中的應(yīng)用,不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,資金成本低,為裝置的安裝、維護(hù)、調(diào)試以及使用等提供了便利,而且氣相色譜儀具有良好的靈活性,既能夠同時(shí)進(jìn)行,又能夠獨(dú)立使用,有效保證了天然氣組分分析