含氧煤層氣組分的氣相色譜分析方法

氣相色譜儀廣泛應用于石油化工、科研教學、環境監測、食品醫藥安全、高純氣體行業、生命科學、司法鑒定等領域。武漢泰特沃斯科技有限公司位于中國武漢江夏區，專業從事氣相色譜儀的生產。主要產品包括GC2030系列氣相色譜分析儀、GC966系列在線氣相色譜儀、GC966便攜式氣相色譜儀等設備，以及相關配套設備。以下由武漢泰特沃斯科技有限公司色譜技術人員主要介紹含氧煤層氣組分的氣相色譜分析方法。

煤層氣組分分析對煤層氣的開采利用十分重要。采用氣相色譜法測定煤層氣組分的方法，以標準氣體進行定性，外標法進行定量，利用單氣路雙色譜柱的方式，使煤層氣樣能夠在1臺色譜儀2根色譜柱上進行分析，實現一次進樣分析煤層氣的主要組分。針對色譜柱溫度、進樣溫度、載氣流速等影響因素，開展了相關的實驗研究，同時考察了該測定方法的重復性。研究結果表明，該方法操作方便，結果準確，縮短了分析時間。

煤層氣開采利用受到極大關注，而利用時要對煤層氣組分進行分析檢測。結合煤層氣的組分特點，可從技術角度研究適宜的煤層氣利用方式，加強煤礦抽放煤層氣的資源化利用。

煤層氣組分主要有：CH4、O2、N2，還有少量的CO2等。多種氣體在一個分析條件下全部準確分析出來較為困難，只能在幾個條件下對不同組分進行分析。目前常用的方法是用2臺氣相色譜儀來完成煤層氣的全組分分析，這種方法會增加系統的操作誤差，尤其對微量組分，相對誤差較大；同時由于分析儀器比較昂貴，會增大設備投資。

對氣相色譜檢測方法進行分析的基礎上，采用單氣路雙色譜柱的方式，使樣品能夠在1臺色譜儀2根不同的色譜柱上進行分析，實現一次進樣，對煤層氣的主要組分進行分析，節約分析時間和成本。通過實驗對煤層氣組分分析方法進行分析和研究，選擇出較好的分析操作條件。

1 實驗部分

1.1 儀器和樣品

氣相色譜儀；高純N2(99.999%)，高純H2(99.999%)；樣品氣為煤層氣。

1.2 分析方法的選擇

氣相色譜法普遍應用于氣體的分析檢測。在氣相色譜儀氣路流程中連接切斷閥，通過切斷閥連接2根色譜柱，用1臺色譜儀測定含氧煤層氣的主要組分，操作簡便，節約成本。分析時采用恒溫操作，定量進樣，采用標準氣體通過對照法進行定性，用外標法定量分析結果。檢測器為熱導檢測器(TCD)。

1.3 分析流程

打開氣源，開啟氣相色譜儀及色譜工作站并設定參數，待各參數達到設定值后，采用定量管進樣，進行分析。分析完成后對色譜柱進行老化，將色譜柱內的雜質排出，避免雜質累積堵塞色譜柱而影響下次的檢測結果。分子篩色譜柱老化條件為柱流速25 mL/min，柱溫270～320 ℃，老化時間6～8 h。TDX-01色譜柱老化條件為柱流速25 mL/min，柱溫260 ℃，老化時間6～8 h。GDX-104色譜柱老化條件為柱流速25 mL/min，柱溫100 ℃，老化時間6～8 h。老化結束后，關閉熱絲，待溫度降至常溫后，關閉氣相色譜儀，關閉載氣。

1.4 實驗過程

首先分別考察柱溫、進樣溫度、檢測溫度、載氣流速、色譜柱對分析結果的影響，選擇較好的操作條件后，配制不同體積分數的標準樣品，進樣分析，考察方法的分析效果及重復性。

2 分析條件選擇

1)柱溫選擇。溫度較低有利于組分的分離，增大色譜柱選擇性，提高色譜柱穩定性；而提高柱溫可縮短分析時間。不同柱溫條件下的色譜圖可以看出，柱溫為40 ℃時分析時間較長，60 ℃時不同組分發生粘連，影響準確定量。綜合考慮柱溫選擇50 ℃比較合適。

2)檢測溫度的選擇。提高檢測器溫度和熱絲溫度可提高靈敏度，但會導致基線不穩，熱絲易燒斷。綜合考慮檢測靈敏性和對檢測器的保護，熱絲溫度設定為150 ℃，檢測器溫度選100 ℃。

3)進樣溫度的選擇。適宜的進樣溫度要能保證樣品的全部組分在進樣瞬間*氣化，同時又不會導致樣品分解，一般選在試樣的沸點或稍高于沸點，以保證樣品快速*氣化。考慮到煤層氣中含有水蒸氣，進樣溫度選擇為100 ℃。

4)載氣流速的選擇。氣相色譜的分離效果與色譜柱的設計情況及操作條件有關，而載氣流速會影響色譜柱的分離效率。當載氣流速較低時，樣品嚴重擴散，色譜柱分離效率大為降低；當載氣流速較高時，樣品的傳質阻力較大，柱效也會降低，因此要選用合適的載氣流速。通過分析比較，當載氣流速為25 mL/min時，CH4的響應值gao，峰面積大，說明此流速下儀器對待測組分的靈敏度較好。

3 結論

1)在色譜柱溫50 ℃，檢測器溫度100 ℃，進樣溫度100 ℃，載氣流速25 mL/min時，煤層氣組分分離效果較好。

2)分子篩色譜柱可以對N2、O2、CH4實現很好的分離，但使用過程中應防止吸附H2O發生失活，檢測結束后應對色譜柱進行老化。

3)選擇的色譜方法具有良好的線性關系和重復性，可有效節約分析時間和成本。