ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГАЗА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

где: xi1– объемная доля i-го компонента (метана или другого неуглеводородного компонента), определенная по хроматограмме способом газоадсорбции на колонке с цеолитом, %;

Ni – объемная доля суммарного компонента метан + неуглеводородная часть,

определенная по хроматограмме способом газоабсорбции на колонке с эфиром ТЭГМ, %.

5. Хроматограф «Кристаллюкс – 4000М»

Хроматограф «Кристаллюкс – 4000М» – универсального назначения,

многоканальный, управляемый вычислительным комплексом, состоящим из персонального компьютера с программой управления процессом хроматографического анализа и обработки результатов анализа.

На рисунке 6 показан внешний вид основных частей хроматографа, а на рисунке 7 представлен общий вид аналитического блока.

3

5

6

2

1

Рисунок 6 – Внешний вид основных частей хроматографа 1- принтер; 2- аналитический блок; 3- автоматический дозатор; 4- клавиатура; 5 - монитор

персонального компьютера; 6- системный блок персонального компьютера; 7- манипулятор типа «мышь»

16

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1

10

5

6 3

4

9

7 8

2

Рисунок 7 – Общий вид аналитического блока 1- верхняя крышка; 2- дверь термостата колонок; 3- панель индикации состояния;

4- панель газового отсека; 5- кнопки старт; 6- аналитический модуль; 7- термостат колонок; 8- капиллярная колонка; 9- вентилятор термостата колонок; 10- ввод исследуемого газа

Хроматограф является индивидуально градуируемым прибором анализа газа, что означает возможность сопоставления анализируемого газа с

градуировочной смесью или проверочной газовой смесью (ПГС).

Управление режимами работы хроматографа осуществляется при помощи контроллера, представляющего микропроцессорное устройство. Выбор

параметров и метода анализа, а так же обработка полученных данных

(температурный режим, расход газа-носителя, расчет результатов хроматографического анализа газа, характеристика и состав ПГС)

осуществляется с помощью персонального компьютера.

17

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

углеводородов ряда алканов до С6Н14 и диоксида углерода, а вторая для анализа неуглеводородных компонентов (гелий, азот, кислород и др.).

Для разделения углеводородов применяется метод газоадсорбционной хроматографии при использовании в качестве сорбента Porapak Q.

Для разделения неуглеводородных компонентов природного газа используется молекулярные сита 13Х (NaX) или 5А (СаА).

Для разделения углеводородов при методе газожидкостной хроматографии в качестве твердого носителя применяется сферохром или другой твердый носитель, пропитанный эфиром ТЭГМ.

Ввод проб газа может осуществляться вручную (газовым шприцем) или автоматическим кран-дозатором с объемом сменных доз 0,5; 1,0; 2,0 мл.

В качестве детекторов используются катарометры - детекторы по теплопроводности (ДТП). Модуль содержит два независимых двухплечных ДТП с измерительной и сравнительной ячейками, и обеспечивает работу с двумя насадочными колонками. Детекторы установлены в термостатируемом корпусе, что позволяет избежать влияния колебаний температуры колонок, и

увеличивает чувствительность измерительных элементов ДТП.

При программировании температуры термостата колонок в пределах от

35 до 150 оС скорость изменения температуры может изменяться от 0 до 100

оС/мин. А для диапазона температур от 300 оС до 400 оС скорости составляют от 0 до 30 оС/мин.

В качестве газа-носителя рекомендуется водород или гелий, допускается азот особой чистоты.

Расходы газа-носителя по различным каналам различны, но диапазон изменения в пределах от 3 до 150 мл/мин. Для воздуха допускается скорость от

10 до 650 мл/мин.

При проведении лабораторной работы будет использоваться газ-

носитель гелий для анализа углеводородных компонентов природного газа, а

для неуглеводородной составляющей в качестве газа-носителя применяется аргон.

18

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Давление на входе хроматографа должно поддерживаться на уровне 0,4

±0,04 МПа.

6. Лабораторная работа «Определение компонентного состава газа

методом хроматографии»

Для проведения лабораторной работы может быть использован сетевой газ или специально подготовленная проба природного газа.

Предварительно проводится хроматографический анализ проверочной газовой смеси, близкой по своему углеводородному составу сетевому газу.

Порядок проведения работы следующий:

1.Проводим внешний осмотр баллонного хозяйства, хроматографа и вычислительного комплекса;

2.Открываем вентили на баллонах с газами-носителями, и вращая регулировочные винты на редукторах, устанавливаем давления на входах хроматографа равные 0,4 МПа;

3.Проверяем положение переключателя «Гелий-Аргон» на передней панели хроматографа, он должен находиться в положении «Аргон» (при этом положении переключателя в качестве газов носителей будут использоваться Гелий и Аргон, каждый будет поступать в свою хроматографическую колонку,

имы сможем исследовать углеводородную и неуглеводородную составляющие природного газа);

4.Включаем персональный компьютер, а затем хроматограф и обогреваемое устройство ввода пробы газа (при выполнении этих действий запустится компьютер, на передней панели хроматографа загорится индикатор

«Сеть» и начнет мигать индикатор «IBM», на передней панели управляющего модуля устройства ввода пробы газа загорится индикатор «Сеть» и появится информация о температуре трубки для ввода пробы газа);

5. На экране монитора находим «иконку» программы NetChrom и

запускаем ее (на экране появляется окно программы с панелью инструментов);

19

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

6. Нажав кнопку выбора задачи, на панели инструментов программы, и

выбрав метод анализа из библиотеки методов запускаем его (на передней панели хроматографа загорится индикатор «Подготовка» и оборудование выводится на заданный температурный режим в пределах 20-30мин., через определенное время на передней панели хроматографа загорится индикатор

«Готов», что означает готовность к проведению анализа);

7.Проверить положение крана для ввода пробы газа на верхней панели хроматографа (кран должен быть повернут до упора против часовой стрелки);

8.При помощи специального шприца-пробоотборника отбирается проба сетевого газа (методы отбора проб газа изучались в ранее рассмотренных лабораторных работах);

9.Шприц-пробоотборник подключается к обогреваемой трубке для ввода исследуемого газа в хроматограф и производится ввод пробы, при этом, для контроля за вводом пробы, конец трубки «Сброс» опускается в специальную колбу под уровень жидкости (из трубки «Сброс» появляются пузырьки газа).

При проведении серийных исследований газ в хроматограф можно подавать из пробоотборного контейнера через специальное редуцирующее устройство.

10. Сразу после ввода пробы быстро повернуть пробоотборный кран по часовой стрелке до упора, а затем без промедления нажать кнопку «Старт 1»

на верхней панели хроматографа (на передней панели хроматографа загорится индикатор «Анализ 1», программа NetChrom предложит ввести название и примечания к проводимому анализу, с помощью кнопок на панели инструментов можно вывести на экран компьютера информацию о ходе проведения анализа);

В зависимости от выбранного метода проведения анализа студент имеет время (от 30 мин. до 1,5 часов) на изучение теоретических вопросов газовой хроматографии. После окончания анализа программа NetChrom выдает на экран монитора записанную и автоматически размеченную хроматограмму.

20

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

11. Входим в режим редактирования хроматограммы и удаляем автоматически расставленные пики. Далее размечаем хроматограмму вручную,

и проводим обработку полученных результатов по описанной выше методике,

при необходимости хроматограмму можно распечатать и проводить обработку на бумажном носителе (автоматическая разметка хроматограммы практически всегда выполняется с погрешностью и некоторые компоненты исследуемого газа могут быть потеряны, хотя на самом деле они присутствуют в газе);

12.Используя, меню программы NetChrom включаем режим охлаждения хроматографа, и ждем некоторое время (на передней панели хроматографа загорится индикатор «Подготовка», перед выключением хроматографа температура колонок должна снизится до 100-120оС);

13.Выключаем хроматограф и обогреваемое устройство ввода пробы газа, затем перекрываем вентили на баллонах с газами-носителями, и

выкручиваем в исходное положение регулировочные винты на редукторах снижения давления;

14.Получаем результаты анализа газа, и заполняем таблицу 2 в рабочей

тетради.

Таблица 2 – Результаты хроматографического анализа природного газа

1.

2.

3.

………….

n

15.Сравниваем полученные результаты с результатами, полученными с помощью программ NetChrom и Мультихром, и делаем выводы;

16.После завершения лабораторной работы выключаем персональный компьютер.

21

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Контрольные вопросы

1.Виды хроматографии.

2.Газовая хроматография и ее виды.

3.Газо-абсорбционная хроматография.

4.Газо-адсорбционная хроматография.

5.Требования к адсорбентам и их виды.

6.Принципиальная схема газовой хроматографии.

7.Основные блоки газового хроматографа и вспомогательное оборудование.

8.Узел подготовки исследуемого газа.

9.Типы хроматографических колонок и их наполнение.

10.Время удерживания компонентов.

11.Система термостатирования.

12.Типы детекторов состава анализируемой смеси.

13.Принцип работы детектора теплопроводности.

14.Регистрация хроматограммы.

15.Принцип обработки хроматограмм методом калибровки.

16.Принцип обработки хроматограмм методом внутренней нормализации.

17.Устройство хроматографа «Кристаллюкс-4000М» и его основные блоки.

18.Основные узлы аналитического блока хроматографа «Кристаллюкс4000М».

19.Вычислительный комплекс и его программное обеспечение.

20.Методика проведения лабораторной работы.

21.Интерпретация полученных результатов.

22

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1. Основные определения

1.1.Плотность природного газа при атмосферном давлении

Плотность газа равна массе М, заключенной в единице объема v вещест-

ва. Различают плотность газа при нормальных н Р 0,1013 мПа,Т 273К и

Где М – молекулярная масса газа, кг/кмоль; 22,41 и 24,04, м3/кмоль – молярный объем газа соответственно при нормальных (0,1013 МПа, 273 К) и стандартных

(0,1013 МПа, 293 К) условиях.

Для природных газов, состоящих из углеводородных и неуглеводородных компонентов (кислых и инертных) кажущаяся молекулярная масса Мк

определяется по формуле

где Мi – молекулярная масса i-го компонента кг/кмоль; ni –мольный процент i-го компонента в смеси;

к – число компонентов в смеси (природном газе).

Плотность природного газа см равна

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

i – плотность i-го компонента при 0,1 МПа и 293 К.

Данные по индивидуальным компонентам приведены в таблице 1.

Пересчет плотности при различных условиях температуры и давлении

0,1013 МПа (101,325 кПа) в приложении В.

1.2. Относительная плотность газа

В практике инженерных расчетов часто используется понятие относитель-

ная плотность , равная отношению плотности газа к плотности воздуха при одинаковых значениях давления и температуры. Обычно принимают в качестве эталонных нормальные или стандартные условия, при этом плотность воздуха со-

ответственно составляет в0 1,293кг / м3и в20 1,205кг / м3 . Тогда относитель-

ная плотность природного газа равна

1.3. Плотность природного газа при давлениях и температурах

Плотность газа для условий в продуктивном пласте, стволе скважины, газо-

проводах и аппаратах при соответствующих давлениях и температурах определя-

ется по следующей формуле

где Р и Т давление и температура в месте расчета плотности газа; 293 К и 0,1013 МПа – стандартные условия при нахождении см ;

z, z0 – коэффициенты сверхсжимаемости газа соответственно при Р и Т и стан-

дартных условиях (значение z0 = 1).

Наиболее простым способом определения коэффициента сверхсжимаемости z является графический метод. Зависимость z от приведенных параметров пред-

ставлена на рис. 1.

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для однокомпонентного газа (чистого газа) приведенные параметры опре-

деляются по формулам

включительно, а все остальные компоненты объединяются в остаток (псевдоком-

понент) С5+ или С7+, в этом случае критические параметры определяются по фор-

мулам

При 100 Мс5 240и700 dс5 950,

Мс5 – молекулярная масса С5+ (С7+) кг/кМоль;

dc5 – плотность псевдокомпонента С5+ (С7+), кг/м3.

7