一種快速檢測天然氣高位發(fā)熱量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速檢測天然氣高位發(fā)熱量的方法，利用被測組分的沸點不同，在大口徑AL2O3/S毛細管色譜柱上得到分離信號，而這些信號被氫火焰檢測器（FID）檢測到同時形成明顯的吸收峰，同時這些被測組分的峰面積與其含量成正比例關(guān)系；然后采取天然氣樣品直接接入氣相色譜，在大口徑AL2O3/S毛細管色譜柱上得到很好分離效果，依次這些吸收峰的順序為異烷烴，正烷烴，烯烴和炔烴；而我們檢測天然氣的高位發(fā)熱含量，需要檢測C1~C6各組分體積分數(shù)，然后將各組分的體積分數(shù)帶入公式中計算即可，此發(fā)明用于快速檢測天然氣高位發(fā)熱量,其優(yōu)點是取樣簡單，操作簡便，成本低廉，分析速度快,檢測精度高,方法檢測限低和分析周期短。
【專利說明】一種快速檢測天然氣高位發(fā)熱量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體中雜質(zhì)的檢測方法，特別涉及一種快速檢測天然氣高位發(fā)熱量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣是一種儲量很大、輸送方便、成本低廉、清潔無灰渣、熱值較高及燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染小的優(yōu)質(zhì)能源，因此，是一種理想的城鎮(zhèn)燃氣氣源。從世界能源利用的趨勢來看，采用天然氣作為城鎮(zhèn)燃氣的主要氣源，已成為當(dāng)前的發(fā)展方向。在我國，近十多年來凡是有條件的城市如天津、成都、北京等地，都相繼通過管道將鄰近油、氣田的天然氣送入市區(qū)，作為城鎮(zhèn)的燃氣氣源。
[0003]天然氣的主要組分是甲烷(CH4),在各種烴類分子中，它的碳原子數(shù)與氫原子數(shù)之比是最小的，而液化石油氣的主要組分為丙烷(C3H8)、丙烯(C3H6)、丁烷(C4Hltl)和丁烯(C4H8),它們分子中的碳原子數(shù)與氫原子數(shù)之比就比甲烷要大。因此，甲烷完全燃燒后生成的煙氣中由碳原子燃燒生成的二氧化碳含量最少。也就是說，天然氣完全燃燒生成的煙氣中的二氧化碳含量，比液化石油氣完全燃燒生成的煙氣中二氧化碳的含量要少，這對減少大氣層的溫室效應(yīng)是有利的。此外，天然氣中含硫、氮少，生成的煙氣中二氧化硫及氧化氮等均較少。因此，采用天然氣作燃氣更有利于環(huán)境保護。
[0004]天然氣和人工燃氣一樣，都是由管道送到用戶家中，不像液化石油氣那樣要用鋼瓶裝運與使用，用完后還必須換瓶，因而使用起來省時、省力。尤其是對于居住在高層建筑的用戶，或?qū)τ诶先醪埖挠脩魜碇v，其方便性就更為明顯。當(dāng)然，對于散居的用戶居民，采用瓶裝的液化石油氣可不受居住區(qū)域、地點和條件的限制，因此也是靈活方便的。
[0005]在我國的南方及中部大部分城市由于天然氣供應(yīng)量相對充足，加氣站點較多氣價相對便宜，所以天然氣用量增大，很多城市的燃氣汽車已經(jīng)全部轉(zhuǎn)換成為天然氣氣源，而且燃氣汽車車型甚至也由小型轎車發(fā)展到大型的公交汽車；以天然氣代替汽車用油，具有價格低、污染少、安全等優(yōu)點。
由上可見，不管是城市管道運輸氣體還是西氣東輸項目，都要考慮到天然氣的燃燒所放出來的熱量，這便是熱值或者發(fā)熱量，現(xiàn)在越來越受到天然氣上游產(chǎn)業(yè)和用氣下游的關(guān)注。因為天然氣是氣體，不像石油化工產(chǎn)品直接用密度計或者密度儀就可以測試出來的，而天然氣常溫下是氣態(tài)，無形無狀，這就迫使一個快速檢測其發(fā)熱量的方法，而且要非常容易被大家多接受。但在國內(nèi)天然氣現(xiàn)有標準中，都提及到發(fā)熱量的檢測方法，并且規(guī)定了15/15°C，0/0°C，15/0°C，25/0°C，20/2(rC和25/20°C這六種條件的理想體積發(fā)熱量；同時方法標準中也提到了理想質(zhì)量發(fā)熱量和理想摩爾發(fā)熱量，后面這兩種方式在計算過程中還要涉及到密度等一系列條件，所以不符合廣大客戶均尋找一種快速檢測天然氣的發(fā)熱量的意圖。而理想體積六種狀態(tài)下，20/20°C最能代表客戶使用使用條件最為接近，尤其是這種條件下天然氣的高位發(fā)熱量，所以最具有實際意義，最能滿足廣大技術(shù)人員一直都尋找到的這種快速檢測天然氣發(fā)熱量的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服上述【背景技術(shù)】的缺點，提供一種取樣簡單，操作簡便的快速檢測天燃氣高位發(fā)熱量的方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種快速檢測天燃氣高位發(fā)熱量的方法，本方法主要分為五個步驟，分別是準備工作、取樣、進樣、檢測分析、數(shù)值計算，具體是通過如下工藝步驟實現(xiàn)的:
步驟一，準備工作:
1、儀器準備:
(1)GC7890色譜儀:安捷倫科技(中國)有限公司(氫火焰檢測器FID)；
(2)AL203/S毛細管色譜柱:長50m,內(nèi)徑0.88mm，膜厚15.0um ；
(3)氦氣、氫氣和氮氣:純度至少為99.99% ；
(4)針形微調(diào)閥:一段接取樣鋼瓶5/8與另一端接GC7890色譜儀1/8；
(5)不銹鋼取樣鋼瓶:4L，壓力在IOMPa以上，工作溫度為-6(T50°C；
(6)氣體進樣定量管:0.5mL ；
(7)氣體自動進樣閥:可以設(shè)置精確到0.01MPa ；
2、按下述程序升溫設(shè)置色譜儀:
(1)進樣器:50°C;檢測器:250°C ；
(2)程序升溫:爐溫從40°C開始保持2分鐘，后以5°C/min升至150°C，最后以18°C /min升至190°C再保持5分鐘；
通過階段性升溫(程序升溫)將各種物質(zhì)分離開，通過出峰順序就可以準確判斷其位置和保留時間如下:
Ca)在開始40°C的溫度持續(xù)5分鐘，可以分離出Cl，相對保留時間為2.528^2.628分
鐘；
(b)再以5°C/min升溫至150°C，可以分離出C2~C3組分，C2組分的相對保留時間為5.955~7.629分鐘；C3相對保留時間為7.699~12.782分鐘；C4組分的相對保留時間為12.820~15.885 分鐘；
(c)最后以18°C /min升至190°C保持5分鐘，可以分理處C5和C5以上組分，也就是總潛在烴的所有組分物質(zhì)，總潛在烴的相對保留時間為16.012分鐘以后，一般為16.012~32.952 分鐘；
(3)柱流速:0.2mL/min,分流比為50:1,自動進樣體積為0.5mL ；
3、先將氣相色譜中通入載氣氦氣，設(shè)置其載氣的流量為30mL/min，然后啟動氣相色譜儀；當(dāng)溫度升至120°C時，同時打開空氣閥門和氫氣管道閥門，空氣的流量為400mL/min，氫氣的流量為35mL/min，點燃FID (點火時，氫氣的流量為40mL/min);按照程序升溫來設(shè)置儀器；待基線平穩(wěn)后等待進樣；
步驟二、取樣:
將不銹鋼取樣鋼瓶連接到天然氣樣品的取樣點上，打開連接系統(tǒng)閥門，打開取樣鋼瓶進氣閥門，進氣流量30(T350mL/分鐘，10-?2分鐘后，關(guān)閉進氣閥門，打開鋼瓶出氣閥門將鋼瓶內(nèi)氣體放出，鋼瓶內(nèi)氣體壓力在0.1MPa時快速關(guān)閉出氣閥門，避免空氣中氧氣氮氣等雜質(zhì)反向滲透到鋼瓶中，對結(jié)果造成一定的影響，然后再打開鋼瓶進氣閥門進氣；如此將鋼瓶重復(fù)置換:3-5次后正式取樣；至少取兩組樣品，樣品取好后，關(guān)閉進氣閥門，關(guān)閉連接系統(tǒng)閥門，拆解取樣連接裝置；
步驟三，進樣:
將針型微調(diào)閥的5/8端接取樣鋼瓶，另外一端接色相色譜儀，以0.09MPa,400mL/分鐘置換定量管1-3分鐘，然后等儀器穩(wěn)定后快速進樣，進樣的次數(shù)至少為3次，最后求樣品氣體的平均值；需要注意的是:同一組分的面積與平均值之間差距在5%之內(nèi)可接受，不同樣品之間的差距在5%之內(nèi)可以接受，否則重新進樣，直至條件滿足方可；
步驟四，檢測分析:
1、點擊色譜里面的工作站，將選用積分設(shè)置面積歸一方法，可以通過色譜工作站直接讀數(shù)出各種組分的體積分數(shù)V ；
2、將儀器的爐溫升至200°C老化柱子，同時將尾吹設(shè)置為12mL/min，將柱子中的其他雜質(zhì)趕出來，否則會污染柱子而影響下次的檢測結(jié)果，長時間的積累會引起柱子堵塞等；
3、200°C老化柱子2~3小時以后(長時間老化柱子會降低柱效功能)，降溫至40°C才關(guān)色譜儀，最后關(guān)閉氣源；
步驟五，數(shù)值計算:
1、根據(jù)儀公式(I)就可以計算得天然氣中各組分的體積分數(shù)(V)。
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種快速檢測天燃氣高位發(fā)熱量的方法，其特征是本方法主要分為五個步驟，分別是準備工作、取樣、進樣、檢測分析、數(shù)值計算，具體是通過如下工藝步驟實現(xiàn)的: 步驟一、準備工作: 1)、儀器準備: ①GC7890色譜儀:安捷倫科技有限公司-氫火焰檢測器FID； ②AL203/S毛細管色譜柱:長50m,內(nèi)徑0.88mm,膜厚15.0um ； ③氦氣、氫氣和氮氣:純度至少為99.99% ； ④針形微調(diào)閥:一段接取樣鋼瓶5/8與另一端接GC7890色譜儀1/8； ⑤不銹鋼取樣鋼瓶:4L，壓力在IOMPa以上，工作溫度為-6(T50°C； ⑥氣體進樣定量管:0.5mL ； ⑦氣體自動進樣閥:可以設(shè)置精確到0.01MPa ； 2)、按下述程序升溫設(shè)置色譜儀: ①進樣器:50°C;檢測器:250 0C ； ②程序升溫:爐溫從40°C開始保持2分鐘，后以5°C/min升至150°C，最后以18°C /min升至19(rC再保持5分鐘； ③柱流速:0.2mL/min,分流比為50:1，自動進樣體積為0.5mL ； 3)、先將氣相色譜中通入載氣氦氣，設(shè)置其載氣的流量為30mL/min，然后啟動氣相色譜儀；當(dāng)溫度升至120°C時，同時打開空氣閥門和氫氣管道閥門，空氣的流量為400mL/min，氫氣的流量為35mL/min，點燃FID，點火時，氫氣的流量為40mL/min ;按照程序升溫來設(shè)置儀器；待基線平穩(wěn)后等待進樣； 步驟二、取樣: 將不銹鋼取樣鋼瓶連接到天然氣樣品的取樣點上，打開連接系統(tǒng)閥門，打開取樣鋼瓶進氣閥門，進氣流量30(T350mL/分鐘，10-?2分鐘后，關(guān)閉進氣閥門，打開鋼瓶出氣閥門將鋼瓶內(nèi)氣體放出，鋼瓶內(nèi)氣體壓力在0.1MPa時快速關(guān)閉出氣閥門，避免空氣中氧氣氮氣等雜質(zhì)反向滲透到鋼瓶中，對結(jié)果造成一定的影響，然后再打開鋼瓶進氣閥門進氣；如此將鋼瓶重復(fù)置換:3~5次后正式取樣；至少取兩組樣品，樣品取好后，關(guān)閉進氣閥門，關(guān)閉連接系統(tǒng)閥門，拆解取樣連接裝置； 步驟三，進樣: 將針型微調(diào)閥的5/8端接取樣鋼瓶，另外一端接色相色譜儀，以0.09MPa,400mL/分鐘置換定量管廣3分鐘，然后等儀器穩(wěn)定后快速進樣，進樣的次數(shù)至少為3次，最后求樣品氣體的平均值；需要注意的是:同一組分的面積與平均值之間差距在5%之內(nèi)可接受，不同樣品之間的差距在5%之內(nèi)可以接受，否則重新進樣，直至條件滿足方可； 步驟四，檢測分析: ①、點擊色譜里面的工作站，將選用積分設(shè)置面積歸一方法，可以通過色譜工作站直接讀數(shù)出各種組分的體積分數(shù)V ； ②、將儀器的爐溫升至200°C老化柱子，同時將尾吹設(shè)置為12mL/min，將柱子中的其他雜質(zhì)趕出來，否則會污染柱子而影響下次的檢測結(jié)果，長時間的積累會引起柱子堵塞等； ③、200°C老化柱子2~3小時以后，長時間老化柱子會降低柱效功能，降溫至40°C才關(guān)色譜儀，最后關(guān)閉氣源；步驟五，數(shù)值計算:①、根據(jù)儀公式(I)就可以計算得天然氣中各組分的體積分數(shù)(V)。V =-—-xlOO%....................................(I) Al ?-A2 Hh A3 + A4 +_其中V—待檢測組分在天然氣中的體積分數(shù)％ ；A1+A2+A3+A4+......天然氣中所有組分的峰面積pA.s ；Ai一天然氣中待檢測組分的峰面積pA.s②、根據(jù)儀公式(2)就可以計算得天然氣中高位發(fā)熱量E:E=37.044V1+64.91V2+92.29V3+119.66V4+119.28V5...............(2)其中E—該天然氣樣品的高位發(fā)熱量MJ/m3 ；Vl—天然氣中甲烷的體積分數(shù)％ ；V2—天然氣中乙烷的體積分數(shù)％ ；V3—天然氣中丙烷體積分數(shù)％ ；V4—天然氣中異丁烷體積分數(shù)％ ；V5—天然氣中正丁烷體積分數(shù)％。`
【文檔編號】G01N30/02GK103852529SQ201310475530
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】金向華, 王海, 朱威莉, 黃軍聘 申請人:蘇州金宏氣體股份有限公司