СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК G01N30/76 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может использоваться в процессах добычи и переработки природного газа и нефти.

Известен способ измерения компонентного состава углеводородных смесей путем разделения смеси в капиллярной колонке и измерение концентраций с помощью пламенно-ионизационного детектора (см. Руководство по газовой хроматографии. Под редакцией Э.Лейбница, Х.Г.Штруппс, М. Мир, 1988, с.398-399).

Недостатками известного способа являются достаточно сложная накладка прибора и его калибровка, а также использование его при измерении водорода, который является источником повышенной взрывоопасности.

Наиболее близким аналогом является способ измерения компонентного состава природного газа, включающий его разделение на отдельные компоненты в хроматографической колонке с последующим измерением концентраций этих компонентов путем измерения теплопроводности их и выделения положительного сигнала дифференциальным способом при сравнении теплопроводности смеси газа носителя (например, гелия) с отдельными компонентами природного газа на выходе хроматографической колонки с теплопроводностью газа носителя из сравнительной колонки (см. Руководство по газовой хроматографии. Под редакцией Э.Лейбиица, Х.Г.Штруппс, М. Мир, 1988, 378-379).

Недостатками известного способа является достаточно сложная наладка системы измерения концентрации отдельных компонентов в природном газе, в том числе установка нуля при определении разности теплопроводностей в рабочей и сравнительной колонках, и достаточно сложная калибровка прибора и определение калибровочных коэффициентов для различных компонентов, входящих в природный газ.

Задачами данного технического решения является повышение скорости проведения измерений, их автоматизации, расширение информативности, упрощение измерения компонентного состава и повышение его чувствительности.

Задачи решаются следующим образом. В способе измерения компонентного состава природного газа, который включает в себя его разделение на отдельные компоненты в хроматографической колонке с последующим определением их концентраций с помощью акустического резонатора, измеряют резонансную частоту и/или его добротность, по которым определяют концентрации компонентов. Кроме того, определение концентраций компонентов осуществляют и с помощью резонатора крутильных колебаний.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Проба природного газа, определяемая дозатором, поступает в хроматографическую колонку, в которой в качестве газа носителя используют гелий. В ходе прохождения по хроматографической колонке проба природного газа разделяется на отдельные компоненты. Время выхода каждого компонента из колонки определяется фильтрационными параметрами колонки, временем удерживания компонентов, скоростью и давлением газа носителя.

На выходе хроматографической колонки устанавливают акустический резонатор. При ламинарном течении и постоянных давлении и температуре газа носителя акустический резонатор фиксирует плотность потока, изменение концентраций компонентов в гелии и химические свойства этих компонентов. При этом измеряется резонансная частота резонатора, его добротность. Возможно измерение и двух параметров резонатора в частности, всей его частной характеристики, которая будет определяться физико-химическими свойствами потока на выходе хроматографической колонки.

Наиболее просто реализовать измерение полуширины частотной характеристики резонатора,
ΔΦ = f_x- f_o,
где f_o резонансная частота.

Полуширина частотной характеристики резонатора является функцией физико-химических свойств и концентрации i-го компонента газа носителя (гелий), а также зависит от давления и температуры газового потока на выходе колонки.

В условиях ламинарного течения при постоянных скорости, давлении и температуре газового потока на выходе колонки полуширина частотной характеристики резонатора будет зависеть только от концентрации и физико-химических свойств i-го компонента в потоке гелия.

Учитывая, что минимальное значение полуширины соответствует для чистого гелия, а максимальное для i-го компонента с концентрацией 100 мол. в потоке, при постоянной скорости потока концентрация i-го компонента будет пропорциональна площади, описываемой кривой изменения во времени разности полуширины частотной характеристики для смеси гелия с i-м компонентом и полуширины для чистого гелия:
,
текущее значение изменения полуширины за время Δt i-го компонента: Δt - время прохождения i-го компонента через резонатор, Φ_o полуширина частотной характеристики для потока чистого гелия.

Умножив полученные площади на поправочные коэффициенты, характеризующие индивидуальные свойства i-го компонента после нормирования, получен компонентный состав природного газа в мол.

,
где K_i поправочные коэффициенты;
N число компонентов в природном газе.

Пример реализации способа.

Природный газ в рассматриваемом примере представляет собой бинарную смесь, состоящую из метана и этана: C₁H₄ 90мол. C₂H₆ 40 мол.

Полуширина для чистого гелия в потоке составила 0,2 Гц. Интегрируя разности текущей полуширины смеси метана с гелием и текущей полуширины смеси этана с гелием с полушириной частотной характеристики резонатора для чистого гелия получили площади для этих компонентов:
для метана F₁=52,1 Гц для этана F₂=17,4 Гц. Поправочный коэффициент для метана при градуировке резонатора составил 3,2, для этана 1. При этом состав бинарной смеси (в мол.), с помощью которой моделировался природный газ, получился следующий: C₁ 90 Гц: C₂ 9,46.

Скорость потока при измерениях в стандартных условиях составляла 0,2 мл/с, давление потока составляло 0,45 МПа, температура 293 К.

Использование: изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может использоваться для анализа газа в процессе добычи и переработки природного газа и нефти. Сущность изобретения: способ включает разделение состава газа на отдельные компоненты в хроматографической колонке с последующим определением их концентраций. С помощью акустического резонатора, расположенного на выходе хроматографической колонки, измеряют его характеристики, по которым определяют концентрацию компонентов.

Способ измерения компонентного состава природного газа, включающий его разделение на отдельные компоненты в хроматографической колонке с последующим определением их концентраций, отличающийся тем, что анализируемый газ пропускают над акустическим резонатором, установленным на выходе хроматографической колонки, измеряют резонансную частоту и/или его добротность, по которым определяют концентрацию компонентов.