多维气相色谱法分析天然气组成与轻烃

天然气组成和轻烃分析是油田天然气勘探开发的重要基础工作, 了解天然气的组成能为确定天然气成因, 油气的运移, 气源对比, 天然气的富集, 综合利用等研究提供重要的基础资料和依据。

本文介绍的是用天然气气相色谱分析仪快速分析天然气组成的摩尔分数及轻烃的质量分数的方法。本方法是通过4阀5柱 (填充柱和毛细柱混装) , 通过阀的切换, 实现一次进样快速完成天然气中所有组成和轻烃的测量的目的, 具有分析结果重复性好, 准确度搞, 操作简便, 省时的特点。

一、实验部分

1. 主要仪器

天然气分析专用气相色谱仪:Agilent 6890N型, 配有4个气动切换阀、4根填充柱, 1根毛细管柱, TCD检测器和FID检测器以及配套使用的色谱工作站, 色谱流程见图1:

2. 气相色谱实验条件

(1) 无机组成分析的气相色谱条件

色谱柱:采用Chromtec多孔聚合物填充柱;载气:分析O2、N2、CO2、CH4用He作载气, 分析He、H2用N2作载气;参比气:He、N2;柱温:初温40℃ (保持2min) 以4℃/min升温到100℃;检测器温度:250℃;进样口温度:250℃;柱流量:30m L/min;流量模式:后进样口 (TCD) , 恒压 (分流比:100:1) ;参考流量:30.0m L/min;定量管:1m L。

(2) 有机组成分析的气相色谱条件

色谱柱:HP-1 Methyl Siloxane 50 m x 0.5mm x 0.25 um毛细管色谱柱;载气:N2;尾吹气:N2;柱温:初温40℃ (保持2 min) 以4℃/min升温到100℃;柱流量:1.1 m L/min;检测器温度:250℃;进样口温度:250℃;氢气流量:40.0 m L/min, 空气流量:400.0 m L/min;尾吹气流量:25m L/min;流量模式:前进样口 (FID) , 恒压 (分流比:100:1) ;定量管:1m L。

3. 实验方法原理

依据天然气组成和含量的不同, 采用“阀进样”、“阀切换”分析方法, 使不同载气携带着样品的不同组成在不同的色谱柱中进行分离, 然后进入相应的检测器。根据不同组成的导热系数和产生的离子电流不同以及相应大小不等的电信号, 由色谱工作站进行信号的采集和处理, 得到相应组成的峰面积, 整个分析过程自动、连续完成对天然气中无机组成、有机组成和轻烃组成的测量, 利用外标法定量天然气组成的摩尔分数和用面积归一法定量天然气轻烃的质量分数, 真正做到一次进样, 快速检测出两种不同分析项目的结果。

二、结果与讨论

1. 色谱分离顺序

(1) 无机组成色谱分离顺序

无机组成的色谱分离顺序依次为:He (0.572 min) 、CO2 (4.562min) 、C2H6 (6.823 min) 、O2 (8.754 min) 、N2 (9.358 min) 、CH4 (10.460min) 、CO (10.460 min) m。

(2) 有机组成色谱分离顺序

有机组成的色谱分离顺序依次为:CH4 (3.119 min) 、C2H6 (3.250 min) 、C3H8 (3.398 min) 、i C4H10 (3.623 min) 、n C4H10 (3.812 min) 、i C5H12 (4.494 min) 、n C5H12 (4.855 min) 、n C6H14 (7.243 min) 。

(3) 轻烃组成色谱分离顺序

FID检测器能检测出天然气轻烃的常规组成含量30个。

2. 精密度试验

(1) 天然气组成重复性实验

分析在相同条件下, 对同一样品重复测量7次, 测定结果及相对标准偏差计算, 结果列于表1。

(2) 天然气轻烃重复性实验

分析在相同条件下, 对同一样品重复测量7次, 测定结果及相对标准偏差计算, 实验结果见表2。

可见, 本方法通过一次进样连续完成对天然气组成气体中的无机组成和有机组成的测量, 测量结果的相对标准偏差小于1%;说明本研究所建立的实验方法和条件可以满足天然气气体标准物质性能评价的分析要求。

结论

1.本方法采用多维气相色谱, 采用Chromtec多孔聚合物填充柱分离永久性气体, TCD检测;同时, 用HP-1 Methyl Siloxane 50m x 0.5mm x 0.25um毛细管色谱柱分析有机烃类, FID检测, 使得试样的分离和检测都得到满意的效果。

2.采用美国安捷伦6890N型天然气气相色谱分析仪, 用本研究建立的分析方法能够满足对天然气产品分析定值的要求。该分析方法缩短了对于复杂气体中多组成分析定值的时间和分析程序。

摘要：本文研究了一种用Agilent 6890N气相色谱仪来分析天然气组成和天然气轻烃的方法。利用4个转换阀将3个定量管、4根微填充柱和1根毛细管柱联接到1台色谱仪中, 由色谱工作站控制。通过转换阀的自动切换, 实现由一台色谱仪完成天然气轻烃和组分的分析工作。经验证, 利用该方法所得的分析结果重复性好, 准确度高, 整个系统具有操作简便, 省时等特点。

关键词：气相色谱,天然气组成,天然气轻烃

参考文献

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