一种快速检测天然气高位发热量的方法
【专利摘要】本发明公开了一种快速检测天然气高位发热量的方法，利用被测组分的沸点不同，在大口径AL2O3/S毛细管色谱柱上得到分离信号，而这些信号被氢火焰检测器（FID）检测到同时形成明显的吸收峰，同时这些被测组分的峰面积与其含量成正比例关系；然后采取天然气样品直接接入气相色谱，在大口径AL2O3/S毛细管色谱柱上得到很好分离效果，依次这些吸收峰的顺序为异烷烃，正烷烃，烯烃和炔烃；而我们检测天然气的高位发热含量，需要检测C1~C6各组分体积分数，然后将各组分的体积分数带入公式中计算即可，此发明用于快速检测天然气高位发热量,其优点是取样简单，操作简便，成本低廉，分析速度快,检测精度高,方法检测限低和分析周期短。
【专利说明】一种快速检测天然气高位发热量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体中杂质的检测方法，特别涉及一种快速检测天然气高位发热量的方法。
【背景技术】
[0002]天然气是一种储量很大、输送方便、成本低廉、清洁无灰渣、热值较高及燃烧产物对环境污染小的优质能源，因此，是一种理想的城镇燃气气源。从世界能源利用的趋势来看，采用天然气作为城镇燃气的主要气源，已成为当前的发展方向。在我国，近十多年来凡是有条件的城市如天津、成都、北京等地，都相继通过管道将邻近油、气田的天然气送入市区，作为城镇的燃气气源。
[0003]天然气的主要组分是甲烷(CH4),在各种烃类分子中，它的碳原子数与氢原子数之比是最小的，而液化石油气的主要组分为丙烷(C3H8)、丙烯(C3H6)、丁烷(C4Hltl)和丁烯(C4H8),它们分子中的碳原子数与氢原子数之比就比甲烷要大。因此，甲烷完全燃烧后生成的烟气中由碳原子燃烧生成的二氧化碳含量最少。也就是说，天然气完全燃烧生成的烟气中的二氧化碳含量，比液化石油气完全燃烧生成的烟气中二氧化碳的含量要少，这对减少大气层的温室效应是有利的。此外，天然气中含硫、氮少，生成的烟气中二氧化硫及氧化氮等均较少。因此，采用天然气作燃气更有利于环境保护。
[0004]天然气和人工燃气一样，都是由管道送到用户家中，不像液化石油气那样要用钢瓶装运与使用，用完后还必须换瓶，因而使用起来省时、省力。尤其是对于居住在高层建筑的用户，或对于老弱病残的用户来讲，其方便性就更为明显。当然，对于散居的用户居民，采用瓶装的液化石油气可不受居住区域、地点和条件的限制，因此也是灵活方便的。
[0005]在我国的南方及中部大部分城市由于天然气供应量相对充足，加气站点较多气价相对便宜，所以天然气用量增大，很多城市的燃气汽车已经全部转换成为天然气气源，而且燃气汽车车型甚至也由小型轿车发展到大型的公交汽车；以天然气代替汽车用油，具有价格低、污染少、安全等优点。
由上可见，不管是城市管道运输气体还是西气东输项目，都要考虑到天然气的燃烧所放出来的热量，这便是热值或者发热量，现在越来越受到天然气上游产业和用气下游的关注。因为天然气是气体，不像石油化工产品直接用密度计或者密度仪就可以测试出来的，而天然气常温下是气态，无形无状，这就迫使一个快速检测其发热量的方法，而且要非常容易被大家多接受。但在国内天然气现有标准中，都提及到发热量的检测方法，并且规定了15/15°C，0/0°C，15/0°C，25/0°C，20/2(rC和25/20°C这六种条件的理想体积发热量；同时方法标准中也提到了理想质量发热量和理想摩尔发热量，后面这两种方式在计算过程中还要涉及到密度等一系列条件，所以不符合广大客户均寻找一种快速检测天然气的发热量的意图。而理想体积六种状态下，20/20°C最能代表客户使用使用条件最为接近，尤其是这种条件下天然气的高位发热量，所以最具有实际意义，最能满足广大技术人员一直都寻找到的这种快速检测天然气发热量的方法。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的是为了克服上述【背景技术】的缺点，提供一种取样简单，操作简便的快速检测天燃气高位发热量的方法。
[0007]本发明的技术方案是:一种快速检测天燃气高位发热量的方法，本方法主要分为五个步骤，分别是准备工作、取样、进样、检测分析、数值计算，具体是通过如下工艺步骤实现的:
步骤一，准备工作:
1、仪器准备:
(1)GC7890色谱仪:安捷伦科技(中国)有限公司(氢火焰检测器FID)；
(2)AL203/S毛细管色谱柱:长50m,内径0.88mm，膜厚15.0um ；
(3)氦气、氢气和氮气:纯度至少为99.99% ；
(4)针形微调阀:一段接取样钢瓶5/8与另一端接GC7890色谱仪1/8；
(5)不锈钢取样钢瓶:4L，压力在IOMPa以上，工作温度为-6(T50°C；
(6)气体进样定量管:0.5mL ；
(7)气体自动进样阀:可以设置精确到0.01MPa ；
2、按下述程序升温设置色谱仪:
(1)进样器:50°C;检测器:250°C ；
(2)程序升温:炉温从40°C开始保持2分钟，后以5°C/min升至150°C，最后以18°C /min升至190°C再保持5分钟；
通过阶段性升温(程序升温)将各种物质分离开，通过出峰顺序就可以准确判断其位置和保留时间如下:
Ca)在开始40°C的温度持续5分钟，可以分离出Cl，相对保留时间为2.528^2.628分
钟；
(b)再以5°C/min升温至150°C，可以分离出C2~C3组分，C2组分的相对保留时间为5.955~7.629分钟；C3相对保留时间为7.699~12.782分钟；C4组分的相对保留时间为12.820~15.885 分钟；
(c)最后以18°C /min升至190°C保持5分钟，可以分理处C5和C5以上组分，也就是总潜在烃的所有组分物质，总潜在烃的相对保留时间为16.012分钟以后，一般为16.012~32.952 分钟；
(3)柱流速:0.2mL/min,分流比为50:1,自动进样体积为0.5mL ；
3、先将气相色谱中通入载气氦气，设置其载气的流量为30mL/min，然后启动气相色谱仪；当温度升至120°C时，同时打开空气阀门和氢气管道阀门，空气的流量为400mL/min，氢气的流量为35mL/min，点燃FID (点火时，氢气的流量为40mL/min);按照程序升温来设置仪器；待基线平稳后等待进样；
步骤二、取样:
将不锈钢取样钢瓶连接到天然气样品的取样点上，打开连接系统阀门，打开取样钢瓶进气阀门，进气流量30(T350mL/分钟，10-?2分钟后，关闭进气阀门，打开钢瓶出气阀门将钢瓶内气体放出，钢瓶内气体压力在0.1MPa时快速关闭出气阀门，避免空气中氧气氮气等杂质反向渗透到钢瓶中，对结果造成一定的影响，然后再打开钢瓶进气阀门进气；如此将钢瓶重复置换:3-5次后正式取样；至少取两组样品，样品取好后，关闭进气阀门，关闭连接系统阀门，拆解取样连接装置；
步骤三，进样:
将针型微调阀的5/8端接取样钢瓶，另外一端接色相色谱仪，以0.09MPa,400mL/分钟置换定量管1-3分钟，然后等仪器稳定后快速进样，进样的次数至少为3次，最后求样品气体的平均值；需要注意的是:同一组分的面积与平均值之间差距在5%之内可接受，不同样品之间的差距在5%之内可以接受，否则重新进样，直至条件满足方可；
步骤四，检测分析:
1、点击色谱里面的工作站，将选用积分设置面积归一方法，可以通过色谱工作站直接读数出各种组分的体积分数V ；
2、将仪器的炉温升至200°C老化柱子，同时将尾吹设置为12mL/min，将柱子中的其他杂质赶出来，否则会污染柱子而影响下次的检测结果，长时间的积累会引起柱子堵塞等；
3、200°C老化柱子2~3小时以后(长时间老化柱子会降低柱效功能)，降温至40°C才关色谱仪，最后关闭气源；
步骤五，数值计算:
1、根据仪公式(I)就可以计算得天然气中各组分的体积分数(V)。
[0008]
【权利要求】
1.一种快速检测天燃气高位发热量的方法，其特征是本方法主要分为五个步骤，分别是准备工作、取样、进样、检测分析、数值计算，具体是通过如下工艺步骤实现的: 步骤一、准备工作: 1)、仪器准备: ①GC7890色谱仪:安捷伦科技有限公司-氢火焰检测器FID； ②AL203/S毛细管色谱柱:长50m,内径0.88mm,膜厚15.0um ； ③氦气、氢气和氮气:纯度至少为99.99% ； ④针形微调阀:一段接取样钢瓶5/8与另一端接GC7890色谱仪1/8； ⑤不锈钢取样钢瓶:4L，压力在IOMPa以上，工作温度为-6(T50°C； ⑥气体进样定量管:0.5mL ； ⑦气体自动进样阀:可以设置精确到0.01MPa ； 2)、按下述程序升温设置色谱仪: ①进样器:50°C;检测器:250 0C ； ②程序升温:炉温从40°C开始保持2分钟，后以5°C/min升至150°C，最后以18°C /min升至19(rC再保持5分钟； ③柱流速:0.2mL/min,分流比为50:1，自动进样体积为0.5mL ； 3)、先将气相色谱中通入载气氦气，设置其载气的流量为30mL/min，然后启动气相色谱仪；当温度升至120°C时，同时打开空气阀门和氢气管道阀门，空气的流量为400mL/min，氢气的流量为35mL/min，点燃FID，点火时，氢气的流量为40mL/min ;按照程序升温来设置仪器；待基线平稳后等待进样； 步骤二、取样: 将不锈钢取样钢瓶连接到天然气样品的取样点上，打开连接系统阀门，打开取样钢瓶进气阀门，进气流量30(T350mL/分钟，10-?2分钟后，关闭进气阀门，打开钢瓶出气阀门将钢瓶内气体放出，钢瓶内气体压力在0.1MPa时快速关闭出气阀门，避免空气中氧气氮气等杂质反向渗透到钢瓶中，对结果造成一定的影响，然后再打开钢瓶进气阀门进气；如此将钢瓶重复置换:3~5次后正式取样；至少取两组样品，样品取好后，关闭进气阀门，关闭连接系统阀门，拆解取样连接装置； 步骤三，进样: 将针型微调阀的5/8端接取样钢瓶，另外一端接色相色谱仪，以0.09MPa,400mL/分钟置换定量管广3分钟，然后等仪器稳定后快速进样，进样的次数至少为3次，最后求样品气体的平均值；需要注意的是:同一组分的面积与平均值之间差距在5%之内可接受，不同样品之间的差距在5%之内可以接受，否则重新进样，直至条件满足方可； 步骤四，检测分析: ①、点击色谱里面的工作站，将选用积分设置面积归一方法，可以通过色谱工作站直接读数出各种组分的体积分数V ； ②、将仪器的炉温升至200°C老化柱子，同时将尾吹设置为12mL/min，将柱子中的其他杂质赶出来，否则会污染柱子而影响下次的检测结果，长时间的积累会引起柱子堵塞等； ③、200°C老化柱子2~3小时以后，长时间老化柱子会降低柱效功能，降温至40°C才关色谱仪，最后关闭气源；步骤五，数值计算:①、根据仪公式(I)就可以计算得天然气中各组分的体积分数(V)。V =-—-xlOO%....................................(I) Al ?-A2 Hh A3 + A4 +_其中V—待检测组分在天然气中的体积分数％ ；A1+A2+A3+A4+......天然气中所有组分的峰面积pA.s ；Ai一天然气中待检测组分的峰面积pA.s②、根据仪公式(2)就可以计算得天然气中高位发热量E:E=37.044V1+64.91V2+92.29V3+119.66V4+119.28V5...............(2)其中E—该天然气样品的高位发热量MJ/m3 ；Vl—天然气中甲烷的体积分数％ ；V2—天然气中乙烷的体积分数％ ；V3—天然气中丙烷体积分数％ ；V4—天然气中异丁烷体积分数％ ；V5—天然气中正丁烷体积分数％。`
【文档编号】G01N30/02GK103852529SQ201310475530
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】金向华, 王海, 朱威莉, 黄军聘 申请人:苏州金宏气体股份有限公司