一種快速檢測(cè)天然氣中碳含量的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種快速檢測(cè)天然氣中碳含量的方法，利用被測(cè)組分的沸點(diǎn)不同，在大口徑AL2O3/S毛細(xì)管色譜柱上得到分離信號(hào)，而這些信號(hào)被氫火焰檢測(cè)器（FID）檢測(cè)到同時(shí)形成明顯的吸收峰，同時(shí)這些被測(cè)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(xì)管色譜柱上得到很好分離效果，依次這些吸收峰的順序?yàn)榧淄?，乙烷和丙烷；而我們檢測(cè)天然氣中含碳量，需要檢測(cè)甲烷，乙烷和丙烷各組分體積分?jǐn)?shù)，然后將各組分的體積分?jǐn)?shù)帶入公式中計(jì)算即可，此發(fā)明用于快速檢測(cè)天然氣中的含碳量，其優(yōu)點(diǎn)是取樣簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，成本低廉，分析速度快，檢測(cè)精度高，方法檢測(cè)限低和分析周期短。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種快速檢測(cè)天然氣中碳含量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種氣體中碳含量的檢測(cè)方法，特別設(shè)及一種快速檢測(cè)天然氣中碳含 量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣是一種儲(chǔ)量很大、輸送方便、成本低廉、清潔無(wú)灰渣、熱值較高及燃燒產(chǎn)物 對(duì)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?xì)鈿庠础氖澜缒茉蠢玫内厔?shì)來(lái) 看，采用天然氣作為城鎮(zhèn)燃?xì)獾闹饕獨(dú)庠?，已成為?dāng)前的發(fā)展方向。在我國(guó)，近十多年來(lái)凡 是有條件的城市如天津、成都、北京等地，都相繼通過(guò)管道將鄰近油、氣田的天然氣送入市 區(qū)，作為城鎮(zhèn)的燃?xì)鈿庠础?br> [0003] 天然氣的主要組分是甲燒（CH4)，在各種姪類(lèi)分子中，它的碳原子數(shù)與氨原子數(shù) 之比是最小的，而液化石油氣的主要組分為丙燒（C化）、丙締（CsHe)、了燒（CA。）和了締 (CaHs)，它們分子中的碳原子數(shù)與氨原子數(shù)之比就比甲燒要大。因此，甲燒完全燃燒后生成 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(shuō)，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，該對(duì)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?xì)飧欣诃h(huán)境保護(hù)。
[0004] 天然氣和人工燃?xì)庖粯樱际怯晒艿浪偷接脩?hù)家中，不像液化石油氣那樣要用鋼 瓶裝運(yùn)與使用，用完后還必須換瓶，因而使用起來(lái)省時(shí)、省力；尤其是對(duì)于居住在高層建筑 的用戶(hù)，或?qū)τ诶先醪埖挠脩?hù)來(lái)講，其方便性就更為明顯。當(dāng)然，對(duì)于散居的用戶(hù)居民，采 用瓶裝的液化石油氣可不受居住區(qū)域、地點(diǎn)和條件的限制，因此也是靈活方便的。
[0005] 在我國(guó)的南方及中部大部分城市由于天然氣供應(yīng)量相對(duì)充足，加氣站點(diǎn)較多氣價(jià) 相對(duì)便宜，所W天然氣用量增大，很多城市的燃?xì)馄?chē)已經(jīng)全部轉(zhuǎn)換成為天然氣氣源，而且 燃?xì)馄?chē)車(chē)型甚至也由小型轎車(chē)發(fā)展到大型的公交汽車(chē)；W天然氣代替汽車(chē)用油，具有價(jià) 格低、污染少、安全等優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 由上可見(jiàn)，不管是城市管道運(yùn)輸氣體還是西氣東輸項(xiàng)目，都要考慮到天然氣的燃 燒所放出來(lái)的熱量，該便是熱值或者發(fā)熱量，現(xiàn)在越來(lái)越受到天然氣上游產(chǎn)業(yè)和用氣下游 的關(guān)注，而天然氣的發(fā)熱量取決于天然氣中的碳含量。因?yàn)樘烊粴馐菤怏w，不像石油化工產(chǎn) 品直接用密度計(jì)或者密度儀就可W測(cè)試出來(lái)的，而天然氣常溫下是氣態(tài)，無(wú)形無(wú)狀，該就迫 使一個(gè)快速檢測(cè)其發(fā)熱量的方法，而且要非常容易被大家多接受。但在國(guó)內(nèi)天然氣現(xiàn)有標(biāo) 準(zhǔn)中，都未提及到天然氣中碳含量的檢測(cè)方法，但是國(guó)內(nèi)有一些實(shí)驗(yàn)室用天然氣燃燒產(chǎn)生 二氧化碳，后面再用溶液來(lái)吸收將二氧化碳產(chǎn)生碳酸鹽或者其他形態(tài)的方法來(lái)計(jì)算出天然 氣中含碳量。該種方法非常復(fù)雜，而且用溶液來(lái)吸收其二氧化碳，二氧化碳本事就容易損 耗，而且燃燒W后所生成硫化氨和二氧化硫等也會(huì)參加反應(yīng)，到最后都計(jì)算成為二氧化碳 含量，所W導(dǎo)致了檢測(cè)結(jié)果很不準(zhǔn)確；故國(guó)內(nèi)外廣大客戶(hù)都在尋找一種快速、準(zhǔn)確而簡(jiǎn)便檢 測(cè)天然氣中含碳量的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了克服上述【背景技術(shù)】的缺點(diǎn)，提供一種取樣簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便的 快速檢測(cè)天然氣中碳含量的方法。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種快速檢測(cè)天然氣中碳含量的方法，本方法主要分為五 個(gè)步驟，分別是準(zhǔn)備工作、取樣、進(jìn)樣、檢測(cè)分析、數(shù)值計(jì)算，具體是通過(guò)如下工藝步驟實(shí)現(xiàn) 的。
[0009] 步驟一，準(zhǔn)備工作： 1、 儀器準(zhǔn)備： (1) GC7890色譜儀：采用安捷倫科技（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的氨火焰檢測(cè)器FID ; (2) AL2O3/S毛細(xì)管色譜柱：長(zhǎng)50m，內(nèi)徑0. 88mm，膜厚15. Oum ; (3) 氮?dú)?、氨氣和氮?dú)猓杭兌戎辽贋?9. 99% ; (4) 針形微調(diào)閥；一端接取樣鋼瓶直徑5/8接頭，另一端接GC7890色譜儀管線(xiàn)直徑1/8 接頭； (5) 不誘鋼取樣鋼瓶；化，壓力在lOMPa W上，工作溫度為-60?50°C ; (6) 氣體進(jìn)樣定量管；0. 5血； (7) 氣體自動(dòng)進(jìn)樣閥：可W設(shè)置精確到0. OlMPa ; 2、 按下述程序升溫設(shè)置色譜儀： (1) 進(jìn)樣器；5(TC ;檢測(cè)器；25(TC ; (2) 程序升溫；爐溫從40°C開(kāi)始保持2分鐘，后W 5°C /min升至150°C，最后W 12°C / min升至190°C再保持5分鐘； (3) 柱流速；0. 1血/min,分流比為50:1，自動(dòng)進(jìn)樣體積為0. 2血； 3、 先將氣相色譜中通入載氣氮?dú)?，設(shè)置其載氣的流量為30mL/min，然后啟動(dòng)氣相色譜 儀；當(dāng)溫度升至120°C時(shí)，同時(shí)打開(kāi)空氣閥口或者氨氣管道閥n，空氣的流量為400mL/min， 氨氣的流量為35mL/min，點(diǎn)燃FID,點(diǎn)火時(shí)，氨氣的流量為40mL/min ;按照程序升溫來(lái)設(shè)置 儀器；待基線(xiàn)平穩(wěn)后等待進(jìn)樣。
[0010] 步驟二、取樣： 將不誘鋼取樣鋼瓶連接到天然氣樣品的取樣點(diǎn)上，打開(kāi)連接系統(tǒng)閥口，打開(kāi)取樣鋼瓶 進(jìn)氣閥口，進(jìn)氣流量300?350mL/分鐘，10?12分鐘后，關(guān)閉進(jìn)氣閥口，打開(kāi)鋼瓶出氣閥口 將鋼瓶?jī)?nèi)氣體放出，鋼瓶?jī)?nèi)氣體壓力在0. 時(shí)快速關(guān)閉出氣閥n，避免空氣中氧氣氮?dú)?等雜質(zhì)反向滲透到鋼瓶中，對(duì)結(jié)果造成一定的影響，然后再打開(kāi)鋼瓶進(jìn)氣閥口進(jìn)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(jìn)氣閥口，關(guān)閉連接 系統(tǒng)閥口，拆解取樣連接裝置。
[0011] 步驟立，進(jìn)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，W 0. 〇9MPa，300血/分鐘 置換定量管1?3分鐘，然后等儀器穩(wěn)定后快速進(jìn)樣，進(jìn)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W接受，否則重新進(jìn)樣，直至條件滿(mǎn)足方可。
[0012] 步驟四，檢測(cè)分析： 1、 點(diǎn)擊色譜里面的工作站，將選用積分設(shè)置面積歸一方法，可w通過(guò)色譜工作站直接 讀數(shù)出各種組分的體積分?jǐn)?shù)V ; 2、 將儀器的爐溫升至200°C老化柱子，同時(shí)將尾吹設(shè)置為12 mL/min，將柱子中的其他 雜質(zhì)趕出來(lái)，否則會(huì)污染柱子而影響下次的檢測(cè)結(jié)果，長(zhǎng)時(shí)間的積累會(huì)引起柱子堵塞等； 3、 200°C老化柱子2?3小時(shí)W后(長(zhǎng)時(shí)間老化柱子會(huì)降低柱效功能)，降溫至40°C才關(guān) 色譜儀，最后關(guān)閉氣源。
[0013] 步驟五，數(shù)值計(jì)算： 1、 根據(jù)公式>(1)就可W計(jì)算得天然氣中各組分的體積分?jǐn)?shù)（V); ......................................................................... 3C ----------------------------------------? (1) AJlA2fA3. 其中；V-待檢測(cè)組分在天然氣中的體積分?jǐn)?shù)（％); A1+A2+A3+……一天然氣中甲燒、己燒和丙燒的峰面積（pA. S); Ai-天然氣中待檢測(cè)組分的峰面積（pA. S) 2、 根據(jù)公式（2)就可W計(jì)算得天然氣中碳含量（C); C=12/16Vl+24/30V化36/44V3=0. 75V1+0. 80V化0. 82V3............... (2) 其中；C-該天然氣樣品中的含碳量（％); VI-天然氣中甲燒的體積分?jǐn)?shù)（％); V2-天然氣中己燒的體積分?jǐn)?shù)（％); V3-天然氣中丙燒體積分?jǐn)?shù)（％)。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是；本發(fā)明方法取樣簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，成本低廉，分析速度快，檢 測(cè)精度高，方法檢測(cè)限低。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 本實(shí)施例為一種快速檢測(cè)天然氣中碳含量的方法，本方法主要分為五個(gè)步驟，分 別是準(zhǔn)備工作、取樣、進(jìn)樣、檢測(cè)分析、數(shù)值計(jì)算，具體是通過(guò)如下工藝步驟實(shí)現(xiàn)的。
[0016] 步驟一，準(zhǔn)備工作： 1、 儀器準(zhǔn)備： (1) GC7890色譜儀：采用安捷倫科技（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的氨火焰檢測(cè)器FID ; (2) AL2O3/S毛細(xì)管色譜柱：長(zhǎng)50m，內(nèi)徑0. 88mm，膜厚15. Oum ; (3) 氮?dú)狻睔夂偷獨(dú)猓杭兌戎辽贋?9. 99% ; (4) 針形微調(diào)閥；一端接取樣鋼瓶直徑5/8接頭，另一端接GC7890色譜儀管線(xiàn)直徑1/8 接頭； (5) 不誘鋼取樣鋼瓶；化，壓力在lOMPa W上，工作溫度為-60?50°C ; (6) 氣體進(jìn)樣定量管；0. 5血； (7) 氣體自動(dòng)進(jìn)樣閥：可W設(shè)置精確到0. OlMPa ; 2、 按下述程序升溫設(shè)置色譜儀： (1) 進(jìn)樣器；5(TC ;檢測(cè)器；25(TC ; (2) 程序升溫；爐溫從40°C開(kāi)始保持2分鐘，后W 5°C /min升至150°C，最后W 12°C / min升至190°C再保持5分鐘； (3)柱流速；0. 1血/min,分流比為50:1，自動(dòng)進(jìn)樣體積為0. 2血； 3、先將氣相色譜中通入載氣氮?dú)猓O(shè)置其載氣的流量為30mL/min，然后啟動(dòng)氣相色譜 儀；當(dāng)溫度升至120°C時(shí)，同時(shí)打開(kāi)空氣閥口或者氨氣管道閥n，空氣的流量為400mL/min， 氨氣的流量為35mL/min，點(diǎn)燃FID,點(diǎn)火時(shí)，氨氣的流量為40mL/min ;按照程序升溫來(lái)設(shè)置 儀器；待基線(xiàn)平穩(wěn)后等待進(jìn)樣。
[0017] 步驟二、取樣： 將不誘鋼取樣鋼瓶連接到天然氣樣品的取樣點(diǎn)上，打開(kāi)連接系統(tǒng)閥口，打開(kāi)取樣鋼瓶 進(jìn)氣閥口，進(jìn)氣流量300?350mL/分鐘，10?12分鐘后，關(guān)閉進(jìn)氣閥口，打開(kāi)鋼瓶出氣閥口 將鋼瓶?jī)?nèi)氣體放出，鋼瓶?jī)?nèi)氣體壓力在0. 時(shí)快速關(guān)閉出氣閥n，避免空氣中氧氣氮?dú)?等雜質(zhì)反向滲透到鋼瓶中，對(duì)結(jié)果造成一定的影響，然后再打開(kāi)鋼瓶進(jìn)氣閥口進(jìn)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(jìn)氣閥口，關(guān)閉連接 系統(tǒng)閥口，拆解取樣連接裝置。
[001引步驟S，進(jìn)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，W 0. 09MPa，300mL/分鐘 置換定量管1?3分鐘，然后等儀器穩(wěn)定后快速進(jìn)樣，進(jìn)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W接受，否則重新進(jìn)樣，直至條件滿(mǎn)足方可。
[0019] 步驟四，檢測(cè)分析： 1、 點(diǎn)擊色譜里面的工作站，將選用積分設(shè)置面積歸一方法，可W通過(guò)色譜工作站直接 讀數(shù)出各種組分的體積分?jǐn)?shù)V ; 2、 將儀器的爐溫升至200°C老化柱子，同時(shí)將尾吹設(shè)置為12 mL/min，將柱子中的其他 雜質(zhì)趕出來(lái)，否則會(huì)污染柱子而影響下次的檢測(cè)結(jié)果，長(zhǎng)時(shí)間的積累會(huì)引起柱子堵塞等； 3、 200°C老化柱子2?3小時(shí)W后(長(zhǎng)時(shí)間老化柱子會(huì)降低柱效功能)，降溫至40°C才關(guān) 色譜儀，最后關(guān)閉氣源。
[0020] 步驟五，數(shù)值計(jì)算： 1、 根據(jù)公式（1)就可W計(jì)算得天然氣中各組分的體積分?jǐn)?shù)（V); r=--當(dāng)--xiw%..........................................(1) AliA2lA3. 其中；V-待檢測(cè)組分在天然氣中的體積分?jǐn)?shù)（％); A1+A2+A3+……一天然氣中甲燒、己燒和丙燒的峰面積（pA. S); Ai-天然氣中待檢測(cè)組分的峰面積（pA. S) 2、 根據(jù)公式（2)就可W計(jì)算得天然氣中碳含量（C); C=12/16Vl+24/30V化36/44V3=0. 75V1+0. 80V化0. 82V3............... (2) 其中；C-該天然氣樣品中的含碳量（％); VI-天然氣中甲燒的體積分?jǐn)?shù)（％); V2-天然氣中己燒的體積分?jǐn)?shù)（％); V3-天然氣中丙燒體積分?jǐn)?shù)（％)。
【權(quán)利要求】
1. 一種快速檢測(cè)天然氣中碳含量的方法，其特征是本方法主要分為五個(gè)步驟，分別是 準(zhǔn)備工作、取樣、進(jìn)樣、檢測(cè)分析、數(shù)值計(jì)算，具體是通過(guò)如下工藝步驟實(shí)現(xiàn)的： 步驟一，準(zhǔn)備工作： 1) 、儀器準(zhǔn)備： ①GC7890色譜儀：采用安捷倫科技（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的氫火焰檢測(cè)器FID; ②AL203/S毛細(xì)管色譜柱：長(zhǎng)50m，內(nèi)徑0? 88mm，膜厚15.Oum; ③ 氦氣、氫氣和氮?dú)猓杭兌戎辽贋?9. 99% ; ④ 針形微調(diào)閥：一端接取樣鋼瓶直徑5/8接頭，另一端接GC7890色譜儀管線(xiàn)直徑1/8 接頭； ⑤ 不銹鋼取樣鋼瓶：4L，壓力在IOMPa以上，工作溫度為-60?50°C; ⑥ 氣體進(jìn)樣定量管：〇. 5mL; ⑦ 氣體自動(dòng)進(jìn)樣閥：設(shè)置精確到〇.OlMPa; 2) 、按下述程序升溫設(shè)置色譜儀： ① 進(jìn)樣器：50°C;檢測(cè)器：250°C; ② 程序升溫：爐溫從40°C開(kāi)始保持2分鐘，后以5°C/min升至150°C，最后以12°C/min 升至190°C再保持5分鐘； ③ 柱流速：〇.lmL/min,分流比為50:1，自動(dòng)進(jìn)樣體積為0. 2mL; 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(dòng)氣相色譜 儀；當(dāng)溫度升至120°C時(shí)，同時(shí)打開(kāi)空氣閥門(mén)或者氫氣管道閥門(mén)，空氣的流量為400mL/min， 氫氣的流量為35mL/min，點(diǎn)燃FID，點(diǎn)火時(shí)，氫氣的流量為40mL/min;按照程序升溫來(lái)設(shè)置 儀器；待基線(xiàn)平穩(wěn)后等待進(jìn)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(diǎn)上，打開(kāi)連接系統(tǒng)閥門(mén)，打開(kāi)取樣鋼瓶 進(jìn)氣閥門(mén)，進(jìn)氣流量300?350mL/分鐘，10?12分鐘后，關(guān)閉進(jìn)氣閥門(mén)，打開(kāi)鋼瓶出氣閥門(mén) 將鋼瓶?jī)?nèi)氣體放出，鋼瓶?jī)?nèi)氣體壓力在〇.IMPa時(shí)快速關(guān)閉出氣閥門(mén)，避免空氣中氧氣氮?dú)?等雜質(zhì)反向滲透到鋼瓶中，對(duì)結(jié)果造成一定的影響，然后再打開(kāi)鋼瓶進(jìn)氣閥門(mén)進(jìn)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(jìn)氣閥門(mén)，關(guān)閉連接 系統(tǒng)閥門(mén)，拆解取樣連接裝置； 步驟三，進(jìn)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，300mL/分鐘 置換定量管1?3分鐘，然后等儀器穩(wěn)定后快速進(jìn)樣，進(jìn)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(jìn)樣，直至條件滿(mǎn)足方可； 步驟四，檢測(cè)分析： 1 )、點(diǎn)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(guò)色譜工作站直接 讀數(shù)出各種組分的體積分?jǐn)?shù)V; 2) 、將儀器的爐溫升至200°C老化柱子，同時(shí)將尾吹設(shè)置為12mL/min，將柱子中的其他 雜質(zhì)趕出來(lái)，否則會(huì)污染柱子而影響下次的檢測(cè)結(jié)果，長(zhǎng)時(shí)間的積累會(huì)引起柱子堵塞等； 3) 、200°C老化柱子2?3小時(shí)以后，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(jì)算： 1 )、根據(jù)公式（1)就可以計(jì)算得天然氣中各組分的體積分?jǐn)?shù)V:
其中：V-待檢測(cè)組分在天然氣中的體積分?jǐn)?shù)：％ ; A1+A2+A3+.......天然氣中甲燒、乙燒和丙燒的峰面積：pA.s; Ai-天然氣中待檢測(cè)組分的峰面積：pA.s; 2)、根據(jù)公式（2)就可以計(jì)算得天然氣中碳含量C: C=12/16Vl+24/30V2+36/44V3=0. 75V1+0. 80V2+0. 82V3............... (2) 其中：C一該天然氣樣品中的含碳量：％ ; Vl-天然氣中甲烷的體積分?jǐn)?shù)：％ ; V2-天然氣中乙烷的體積分?jǐn)?shù)：％ ; V3-天然氣中丙烷體積分?jǐn)?shù)：％。
【文檔編號(hào)】G01N30/88GK104502500SQ201410775426
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】金向華, 王海, 王磊, 丁浩, 邢玉秋, 周寶軍 申請(qǐng)人:蘇州金宏氣體股份有限公司