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天然氣組成分析(氣相色譜法)

方法提要

將天然氣混合物試樣用氣相色譜分離成各個單體化合物,用火焰離子化檢測器檢測烴類物質,用熱導檢測器檢測非烴類氣體。采用內標法、外標法或色質鑒定法結合保留指數法進行組分定性,用外標法進行定量,以質量歸壹化法計算出試樣中各組分的質量分數。

儀器和裝置

氣相色譜儀。具有分流(無分流)進樣系統、程序升溫系統、火焰離子化檢測器和熱導檢測器,並配備帶有儀器控制功能的色譜工作站或色譜數據采集與處理系統的計算機。

色譜柱。柱材料必須對氣樣中的組分呈化學惰性且無吸附性,填充物應對被檢測的組分達到滿意的分離效果。通常需要使用兩根色譜柱,壹根吸附柱用來實現氧、氮和甲烷的完全分離,另壹根分配柱用來有效分離二氧化碳和乙烷到戊烷之間的各組分,並對丙烷和隨後各組分分離完全。

試樣罐。

定量註射器1~10mL,50~100μL。

試劑和材料

標準氣含相關待測組分的系列混合標準氣,可采用國家二級標準物質。對於試樣中摩爾分數不大於5%的組分,標準氣中相應組分的摩爾分數應不大於10%,也不低於試樣中相應組分濃度的50%。對於試樣中摩爾分數大於5%的組分,標準氣中相應組分的摩爾分數應在試樣中相應組分濃度的50%~200%。

氮氣或氬氣純度不低於99.99%。

氦氣或氫氣純度不低於99.99%。

凈化空氣。

試樣準備

待分析的試樣必須在比取樣時的氣源溫度高10~15℃的溫度下達到平衡。如果有必要,還需要進行脫硫化氫處理。可在取樣時在吸樣瓶前連接壹根裝有氫氧化鈉吸收劑(堿石棉)的管子,以脫除硫化氫。

分析步驟

1)按照儀器操作規程打開氣相色譜儀的氣路和電路系統,啟動儀器,點燃氫火焰離子化檢測器。分離氧、氮和甲烷時用氦氣或氫氣作載氣;分離氦氣和氫氣時用氮氣或氬氣作載氣;分離乙烷和更重組分、二氧化碳時用氦氣或氫氣作載氣。在分析的全過程中,載氣流量應保持恒定,其變化應在1%以內。

2)根據所分析對象的性質和所用色譜柱的性能設置各項儀器工作條件。用空白分析方式檢查程序升溫過程中色譜基線的穩定性。

3)用混合標樣檢查儀器及色譜柱的性能,以保證儀器處於正常工作狀態,控制平行分析的相對誤差在5%以內。

4)用定量註射器量取50~500μL試樣,視試樣濃度情況,選擇分流或無分流進樣方式註入色譜儀氣化室,同時啟動計算機色譜工作站(或色譜數據處理系統)進行柱箱程序升溫(或恒溫)和數據采集與處理操作。

5)測定和計算各組分的峰高和峰面積。

6)氣樣和標氣的測定中,相應組分的檢測信號響應必須處於同壹衰減水平。

化合物含量計算

1)戊烷和更輕組分。測量每個組分的峰高,按下式計算氣樣中i組分的濃度Yi(%):

巖石礦物分析第四分冊資源與環境調查分析技術

式中:Ysi為標氣中i組分的摩爾分數,%;Hi為氣樣中i組分的峰高,mm;Hsi為標氣中i組分的峰高,mm。

如果是在負壓下導入空氣作氧或氮的標氣,則按下式進行壓力修正:

巖石礦物分析第四分冊資源與環境調查分析技術

式中:pa為導入空氣的壓力,kPa;pb為環境大氣的壓力,kPa。

2)己烷和更重部分。測量反吹的己烷、庚烷及更重組分部分的峰面積,並在同壹色譜圖上測量正、異戊烷的峰面積。

計算反吹峰修正峰面積

己烷的修正峰面積Ac(C6)的計算:

巖石礦物分析第四分冊資源與環境調查分析技術

庚烷及更重組分的修正峰面積Ac(C7+)的計算:

巖石礦物分析第四分冊資源與環境調查分析技術

式中:Am為測量峰面積;(C6)為己烷;(C7+)為庚烷及更重部分;M(C7+)為庚烷及更重部分的平均相對分子質量。

反吹峰濃度的計算

按下式計算己烷的濃度Y(C6):

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按下式計算庚烷及更重給分的濃度Y(C7+):

巖石礦物分析第四分冊資源與環境調查分析技術

式中:Y(iC5+nC5)為氣樣中異戊烷和正戊烷的濃度之和,%;A(iC5+nC5)為氣樣中異戊烷和正戊烷的測量峰面積之和。

如果異戊烷和正戊烷的濃度已通過較小的進樣量單獨進行了測定,則不需再重新測定。

3)歸壹化。將某組分的原始物質的量除以所有組分原始物質的量的總和,即為該組分的歸壹化摩爾分數。所有組分原始含量值的總和與100%的差值不超過1.0%。

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