天然气常量组分气相色谱分析方法研究

　　摘要：针对天然气常量组分气相色谱分析问题，本次研究首先对天然气常量组分气相色谱分析方法进行综述，在此基础上，对天然气常量组分气相色谱分析方法进行深入研究，为推动气相色谱分析方法的进一步发展奠定基础。研究表明；对于国内大多数的科研院所而言，其使用的气相色谱仪主要以美国生产的HP5890/6890/7890 气相色谱仪为主，该种类型的仪器设备配备了专业性的数据处理软件，同时，还可以对其进行数字可视化的控制，只需要进行一次进样，就可以对天然气的常量组分进行全面的分析，进而使得分析过程中的误差降低，分析结果的精度提升，在使用标准天然气进行实验的过程中，各组分的偏差可以控制在0.38% 以下，在使用油田伴生气进行实验的过程中，各组分的偏差可以控制在0.46% 以下。

　　0 前言

　　所谓的气相色谱分析主要指的是对气体在不同环境下的组成成分以及各成分的含量进行全面的分析，了解气体的组成情况，气体分析方法可以分为两种类型，分别是物理分析方法以及化学分析方法，常见的化学分析方法有燃烧法以及吸收法等，该种方法使用相对较为繁琐，且精度相对较低，物理分析方法主要是根据各组分的物理性质对气体的组分进行分析，由于其精度相对较高且使用方便，因此，物理分析方法的应用相对较广[1]。本次研究主要是针对天然气常量组分的分析问题，对气相色谱分析方法进行全面研究，为推动该种方法的推广及应用奠定基础。

　　1 天然气常量组分气相色谱分析方法综述

　　通过对国内的部分科研院所进行调研发现，大多数科研院所使用的气相色谱仪主要进口于美国，其型号主要以HP5890/6890/7890 为主，该种类型的仪器设备具有配套的数据处理软件，在使用该种仪器的过程中，载气的流量以及压力主要是依靠EPC 进行控制，其可以使用数字可视化控制的功能，如果对检测样品进行分离，只需要对阀门进行切换即可，同时，只需要采取一次进样，就可以对天然气的组分进行全面的分析，进而使得检测过程中所需要的时间缩短，检测过程中的误差降低。在另一方面，我国也存在大量气相色谱仪的生产厂家，在对该种类型仪器进行生产的过程中，所遵循的标准为《天然气的组成分析- 气相色谱法》，通过对仪器进行合理地配置，即可完成天然气组分分析的功能[2]。通过对该种类型仪器的组成进行分析发现，其主要由三阀三柱以及信号切换单元所组成，同时配备有专业的色谱分析工作站，在该工作站内可以对分析信号进行采集，对信号进行积分运算，形成分析谱图，最终将分析结果输出[3]。通过对该种类型仪器的工作原理进行分析，并根据天然气常量组分测量的基本要求，对气相色谱分析仪器进行了改进，技术改进过程中采用了两阀三柱的模式，热导检测器采取的是单检测器方案，在使用该种检测仪器的过程中，仅需要15 分钟的时间，即可完成天然气常量组分的测量，同时，为了进一步提高测量结果的准确性，在样品的出口位置处配备了流量计，以此对进入仪器中样品的流量进行控制，在进样器前端位置配置了气化器，通过对阀门进行控制，就可以对标准天然气以及油田伴生气进行组分测量。

　　2 天然气常量组分气相色谱分析方法研究

　　在进行气相色谱分析方法实验研究的过程中，所需要使用的仪器分为七种，分别是气相色谱分析仪、数据处理机、钢瓶、标气、色谱柱、预柱以及复合柱。在气相色谱分析仪方面，所使用的仪器为SQ- 206 型号，该种型号的仪器已经配置了热导检测器、气化器、流量计等部件，内部结构为二阀三柱。在数据处理机方面，采用的是N2000 的工作站，该种类型的工作站具有双通道特征，可以对数据进行采集以及分析，最终输出分析结果。在钢瓶方面，主要用于气体样品取样使用，其容积为2L，可承受2MPa 的压力。在标气方面，其主要的组分为甲烷、乙烷、丙烷、氧气、氮气、二氧化碳等，这些组分属于天然气的常量组分，各种类型组分的含量使用体积分数表示。在色谱柱方面，所使用的分子筛柱为5A 级别，所使用的不锈钢填充柱直径为3mm，长度为2000mm，可以对甲烷、氧气以及氮气进行分离。在预柱方面，其不锈钢填充柱的长度为500mm，直径为3mm，主要用于对C5 以后的成分进行分离。在复合柱方面，其不锈钢填充柱的长度为5000mm，直径为3mm，主要用于对二氧化碳等组分进行分离。在进行具体实验的过程中，需要根据气相色谱分析仪的基本功能以及天然气各组分的沸点，对实验温度以及气体的流速进行合理的选择，以此保证实验过程中的色谱柱都可以对样品进行分离，通过多次的实验发现，最佳的实验温度为80℃，实验过程中气体的流速为30mL/ min，检测器的最佳温度为100℃，热丝的最佳温度为120℃，其量程为0.05，衰减数值为8。根据实验参数以及阀柱的组合类型，对各个阀门的开关时间进行选择，首先使用分子筛柱，对氧气、氮气以及甲烷进行反吹，使用预柱对C5 以后的成分进行分离，最后，使用复合柱对其它组分进行洗脱，在各种气体流入热导检测器以后，就可以对各种类型组分的含量进行测定，在对天然气进行测量以及分析的过程中，样品非常容易受到外界环境的污染，进而会在谱图中产生氧峰现象，因此，在进行测量的过程中，需要对测量数值进行校正。通过对标准天然气进行分析发现，偏差最大的组分为甲烷，偏差值为0.38%，偏差最小的组分为氧气，其偏差值为0.02%，通过对油田伴生气进行分析发现，偏差最大的组分为甲烷，偏差数值为0.46%，偏差最小的组分为氮气和二氧化碳，偏差值为0.06%，综合分析可以发现，使用气相色谱分析方法可以对天然气常量组分进行准确测量。

　　3 结论

　　综上所述，物理分析方法是天然气常量组分测量过程中使用的重要方法，其测量过程相对较为简单，测量的精度相对较高，其中，气相色谱分析方法就是普遍应用的一种物理分析方法，使用该种方法对标准天然气和油田伴生气进行组分测量发现，标准天然气组分测量结果的偏差最大为0.38%，油田伴生气组分测量结果的偏差最大为0.46%，由此可见，使用气相色谱分析方法可以对天然气常量组分进行准确测量。

　　参考文献：

　　[1] 王伟超，杜继星，甘宗煜，等. 二维气相色谱法测定三硝基甲苯爆炸后空气中6 种组分[J]. 理化检验- 化学分册，2019，55（02）： 156-161.

　　[2] 张彩明，许锦，蒋启贵，等. 在线富集- 气相色谱法分析天然气中痕量轻烃[J]. 岩矿测试，2013，32（02）：290-295.

　　[3] 马玉兰，吴群莉，赵让梅. 对人工煤气、液化石油气、天然气气相色谱分析方法的研究[J]. 中国仪器仪表，2007（03）：41-44.

　　作者简介：张沛钰（1989-），女，新疆乌鲁木齐人，工程师，从事液化天然气计量分析工作。