一种压缩天然气成分的快速分析方法技术

本发明专利技术公开了一种采用双热导气相色谱仪，利用预分离和气路反吹的原理,运用色谱工作站的负峰和通道交换功能，采用一次进样，完成压缩天然气（CNG）中氦、氢、氧、氮、甲烷、乙烷、二氧化碳、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷及更重组分分析。该分析方法是对美国ASTM和现行国家标准提供的分析方法的改进。该方法解决了用现有技术分析CNG成分时需要多次进样和分析效率较低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分析测试
，特别涉及一种采用特殊的气路流程的分析方法。
技术介绍

技术介绍
一国内现状国内目前还没有一次进样完成压缩天然气(CNG)中氦、氢、氧、氮、甲烷、乙烷、二氧化 碳、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷及更重组分快速分析的方法。目前国内采 用的分析方法大多是执行国家推荐标准(GB/T) 13610-2003，天然气的组成分析气相色谱 法。该标准规定的方法采用3根色谱柱、4个阀门手动切换进行分析。采用的3根色谱柱 为色谱柱 1 :Squalance，Chromosorb P Aff,柱长 3m ；谱柱 2 =Porapak N 长 2m ；色谱柱 3 5A分子筛长2m。该方法采用阀门的排列方式如图4所示。也有部分单位采用氢火焰气相色谱仪，用活性氧化铝毛细柱分析CNG中甲烷、乙 烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷及更重、正庚烷及以上烃类组分；采用热 导气相色谱仪分析CNG中氦、氢、氧、氮和二氧化碳组分。
技术介绍
二国外现状国外发达国家大多采用两种方法进行CNG中的组分的分析，一种为美国材料试验协会 标准(ASTM) D1945规定的方法，一种为氢火焰气相色谱法和热导气相色谱法的联合分析方 法。这两种方法和国内的分析现状几乎一致。我国的GB/T 13610-2003标准就是非等效采 用ASTM D1945标准。其分析方法和ASTM D1945标准规定的分析方法具有一致性和接轨性。 国内标准主要修改了 ASTM D1945标准规定的标准气浓度和分析的精密度指标。国内外的分析现状均存在如下不足1 需要两套或两套以上的分析设备，需要多次进样，分析繁琐。分析1个样品全 组分的时间在Ih以上。分析效率不高； 1 需要配制多瓶气体标准样品。1 氦、氢组分分离不好。
技术实现思路
本专利技术是对现有的国内外CNG分析方法的改进，其目的是提供一种更高效率的 CNG成分分析方法，采用一次进样，完成压缩天然气(CNG)中氦、氢、氧、氮、甲烷、乙烷、二 氧化碳、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷及更重组分分析。本专利技术解决问题所采用的技术方案是通过设计色谱流程、时间控制程序和所配 制的气体标准样品来完成一次进样的高效率分析。具体地说，本专利技术采用了配备程控阀门 的，在一次进样情况下能够进行取样、进样、反吹和正吹的色谱气路流程，经过特殊处理的 能够有效分离氦气和氢气的色谱填料，优选的色谱条件，特殊设计的色谱工作站和13元气 体标准样品来实现一次进样完成分析。本专利技术的技术方案主要包括下述部分1.工作站功能的改进色谱工作站是配套色谱仪使用的，它把色谱仪输出的信号进行 处理并计算结果。有许多工作站可以完成负峰处理，但是他们不能完成两个通道间的数据 交换。通常的色谱工作站具有两个通道，两通道可以同时工作，但是通道之间的谱图和数据 无法交换，单个通道无法处理负峰色谱信号。我们通过重新设计，使工作站具有两项新的功 能，即通道间的谱图和数据交换和负峰处理功能。具有这两项功能后，一次进样，样品中的 氦、氢、氧、氮、甲烷、乙烷、二氧化碳、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷及更重、 正庚烷及以上烃类组分的谱图能够依次分布在同一根基线上，对应的也是同一份分析报 告，而不是传统的两份分析报告。2.用特殊处理的填料实现氦氢分离天然气中氦、氢组分的分离比较困难，专利技术 人通过反复试验发现把色谱填料经过以下处理可以实现氦、氢的完全分离把13X分子筛 色谱填料装入一个密闭的不锈钢容器内，在连续抽真空的情况下加热到380°C 420°C，恒 温IOh后降至室温后在停止抽真空。由此特殊处理后的13X能够保证天然气中氦、氢、氧、 氮的分离效果。3.使用VZ-7填料的色谱柱采用该色谱填料可以使正己烷及以上烃类的反吹色 谱信号形成一个独立、对称的负峰，并不影响前后相邻组分的测定。而GB/T 13610提供的 方法无法形成一个独立的色谱信号，与后续的组分未完全分离。4.色谱条件的选择本分析中采用了两台热导检测器和三根色谱柱。两个检测器 分别命名为A和B检测器；其中检测器A灵敏度较高，主要完成样品中烃类和二氧化碳的分 析；检测器B灵敏度较低，主要完成样品中氦、氢、氧、氮的分析。三根色谱柱中，最长的一根 色谱柱(A2柱)为分析烃类组分的色谱柱，最短的一根色谱柱(Al柱)为测定C6及以上烃类 化合物总量时的反吹柱，这两根色谱柱均填充80/100目的VZ-7，配套检测器A使用。分析 样品中氦、氢、氧、氮的色谱柱B配套检测器B使用。其中用H2作载气时，Al柱+ A2柱时的色谱信号流出顺序为甲烷、乙烷、二氧化碳、丙烷、异 丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷及更重、正庚烷及以上烃类。同时，这两根色谱柱能够 分离部分烯烃和炔烃。用Ar作载气时，B柱的色谱信号流出顺序为氦、氢、氧、氮、甲烷。Al和A2柱内装填料相同，活化条件也相同，在40°C通载气活化2h即可。B柱需要 在240°C通载气活化3 4h，然后通载气自然冷却。活化B柱的温度较高，在该温度条件 下会破坏Al和A2柱内的填料。因此在活化B柱之前，必须把Al和A2柱从柱箱内取出并 密封保存。B柱内的填料在安装到色谱柱箱前已经过如前所述的特殊处理。在柱箱内活化B 柱，然后再同时活化Al和A2柱，活化后，经检查连接点是否可靠后可以直接使用。5.气体标准样品的配制目前的分析方法是配制3瓶气体标准样品，每瓶标准样品分别对应3根色谱柱的分析 任务。本方法按照GB/T 5274-2008标准，采用称量法把需要分析的所有待测组分配制在1 瓶气中作为标准样品。该标准样品是以高纯甲烷为平衡气的13元组分的均勻、稳定性良好 的气体混合物，具有复现、保存和传递量值的基本功能。6.色谱流程的设计该方法采用如上所述的两台热导检测器和三根色谱柱来完成1次进样分析CNG中氦、氢、氧、氮、甲烷、乙烷、二氧化碳、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷及更重组分 的目的。两个检测器分别命名为A和B检测器；其中检测器A灵敏度较高，主要完成样品中 烃类和二氧化碳的分析；检测器B灵敏度较低，主要完成样品中氦、氢、氧、氮的分析。三根色谱柱分别命名为Al、A2和B柱，Al和A2柱配套检测器A使用，B柱配套检 测器B使用。三根色谱柱和上述的两个热导检测器通过1只平面六通阀和1只平面十通阀连接 在一起。平面六通阀和平面十通阀可以自动旋转，也可以手动操作，为实现两个检测系统的 同步和程控操作提供了必要的条件。下面分述具体流程气路流程包括样气路和载气路流程。两路流程在六通阀和十通阀处交汇。六通阀和十 通阀的样气气路是相通的。六通阀在取样位置，十通阀在反吹位置时，样品气进入仪器后首 先通过样气汽化器，然后依次流经样气过滤器、十通阀、十通阀的定体积量管、六通阀、六通 阀的定体积量管、样气流量计后放空。六通阀在进样位置，十通阀在正吹位置时，样品气进 入仪器后依次流经过滤器、十通阀、六通阀、样气流量计后放空。色谱柱Al、色谱柱A2、十通阀和检测器A采用高纯氢或高纯氦气作载气；色谱柱 B、六通阀和检测器B采用高纯氩作载气。十通阀在正吹位置时，高纯氢(氦)载气依次流经钢瓶减压器、TCD ·Α载气总稳压 阀、TCD*A柱前载气本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种压缩天然气的分析方法，采用了根据ＧＢ／Ｔ　５２７４的基本原则配制的以高纯甲烷为平衡气的１３元组分的均匀、稳定性良好的气体混合物，其特征在于：１套配备两个热导检测器的气相色谱仪；特有的包括样气路和载气路流程的分析流程，气路之间以六通阀和十通阀连接，实现两个检测器的同步和程控操作；１套能够进行两个色谱通道间的谱图和数据交换并处理负峰的色谱工作站；能够分离压缩天然气中各种组分的色谱柱或色谱柱系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王少楠，周鹏云，张军，陈雅丽，代高立，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院，
类型：发明
国别省市：90