ГОСТ 23781-87 Газы горючие природные. Хроматографический метод определения компонентного состава.
ГОСТ 23781-87
Группа Б19
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
ГАЗЫ ГОРЮЧИЕ ПРИРОДНЫЕ
Хроматографический метод определения компонентного состава
Natural combustible gases. Chromatographic method for determination of component composition
МКС 75.160.30
ОКСТУ 0209
Дата введения 1988-07-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством газовой промышленности СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24.12.87 N 5021
Изменение N 2 принято Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 18 от 18.10.2000)
За принятие изменения проголосовали:
|
|
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджанская Республика | Азгосстандарт |
Республика Армения | Армгосстандарт |
Республика Беларусь | Госстандарт Республики Беларусь |
Грузия | Грузстандарт |
Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Кыргызская Республика | Кыргызстандарт |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Республика Таджикистан | Таджикстандарт |
Туркменистан | Главгосслужба "Туркменстандартлары" |
Украина | Госстандарт Украины |
3. ВЗАМЕН ГОСТ 23781-83
4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
|
|
Обозначение НТД, на который дана ссылка | Номер пункта, подпункта |
1.2 | |
1.2 | |
1.2 | |
1.2 | |
1.2 | |
1.2 | |
1.2 | |
1.2 | |
1.1.1, 2.1.1 | |
1.1.3 | |
1.2 | |
1.2 | |
1.2 | |
1.2 |
5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4-94)
6. ИЗДАНИЕ с Изменениями N 1, 2, утвержденными в мае 1992 г., октябре 2001 г. (ИУС 8-92, 1-2002)
Настоящий стандарт распространяется на природные углеводородные газы и устанавливает два метода хроматографического количественного определения компонентов:
Метод основан на сочетании газожидкостной и газоадсорбционной хроматографии с использованием детектора по теплопроводности.
Анализ проводится в изотермическом режиме параллельно на двух колонках. Результаты анализа объединяются.
1.1 Отбор проб
1.1.1. Пробу газа для анализа отбирают по ГОСТ 18917 или непосредственно из пробоотборной линии, по которой подается газ из газопровода к месту установки хроматографа.
1.1.2. Пробу газа подают в кран-дозатор хроматографа непосредственно из пробоотборника (контейнера) или газовой пипетки через фильтр-патрон, заполненный хлористым кальцием для осушки газа от влаги и уплотненный по краям стекловатой или металлической сеткой для улавливания механических загрязнений.
1.1.4. Если температура пробоотборника, в котором находится проба, ниже температуры в период его заполнения, перед вводом пробы в хроматограф пробоотборник нагревают до температуры на 10 °С выше температуры газа при отборе пробы, и выдерживают при этой температуре 3-4 ч.
1.2. Аппаратура, материалы
Хроматографы газовые одно- и двухколоночные, оснащенные детектором по теплопроводности. Чувствительность детектора по теплопроводности должна быть такой, чтобы высота пика, соответствующего объемной доле пентана 0,5%, была не менее 2 см.
Аналогичный хроматограф с пламенно-ионизационным детектором.
Хроматографические колонки из нержавеющей стали, стекла или других материалов, не изменяющих состава газа.
Термостат, обеспечивающий установленную температуру с погрешностью не более 1 °С при изотермическом режиме хроматографирования.
Печь муфельная, обеспечивающая нагрев до 750 °С - 800 °С.
Шкаф сушильный, обеспечивающий нагрев до 150 °С.
Весы лабораторные по ГОСТ 24104* 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г.
________________
* С 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ 24104-2001.
Насос вакуумный типа ВН-461-М или другого типа.
Баня водяная.
Линейка измерительная по ГОСТ 427 или аналогичного типа.
Лупа измерительная по ГОСТ 25706.
Секундомер.
Шприц медицинский по ГОСТ 22967.
Эксикатор по ГОСТ 25336 исполнения 2.
Термометр от 0 до 200 °С с ценой деления 0,5 °С.
Посуда лабораторная фарфоровая по ГОСТ 9147.
Посуда лабораторная стеклянная по ГОСТ 1770 и ГОСТ 25336.
Набор сит "Физприбор" или сита аналогичного типа.
Адсорбент твердый: молекулярные сита NaX (13X) или СаА (5А), порапак, полисорб.
Носитель твердый инертный: сферохром, хроматон, инертон, хромосорб или другие.
Фаза неподвижная жидкая: триэтиленгликолевый эфир масляной кислоты (триэтиленгликольдибутират ТЭГМ) или другие, позволяющие в изотермическом режиме разделять предельные углеводороды до гексана, а также диоксид углерода; диметилсиликон (SE-30), сквалан или другие, позволяющие разделять тяжелые углеводороды.
Растворитель: эфир этиловый технический, ацетон по ГОСТ 2603.
Кальций хлористый гранулированный.
Аскарит.
Известь натронная.
Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300.
Газ-носитель: гелий по нормативной документации, аргон по ГОСТ 10157, азот по ГОСТ 9293.
Вспомогательные газы: водород по ГОСТ 3022, воздух сжатый без углеводородных примесей.
Образцовые вещества (квалификации х.ч.) для идентификации пиков: пентан, гексан, гептан, октан, бензол, толуол, циклогексан.
Градуировочные газовые смеси: готовые по нормативной документации; смеси газов чистотой не менее 99%; природный газ известного состава, соответствующего ГСО природного газа или образцу природного газа, аттестованному в установленном порядке.
Градуировочные смеси метана, диоксида углерода, этана, пропана и бутанов готовят смешиванием этих компонентов с гелием.
Градуировочные смеси азота, кислорода, водорода и гелия готовят смешиванием этих компонентов с аргоном. Допускается использовать в качестве градуировочной смеси для определения кислорода и азота осушенный воздух, свободный от углеводородных примесей.
Концентрация компонентов в градуировочных смесях не должна отличаться от концентрации их в анализируемой пробе более чем в два раза.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.3. Подготовка к анализу
1.3.1. Подготовка газохроматографических колонок
1.3.1.1. Хорошо очищенные от загрязнений хроматографические колонки промывают растворителем, высушивают в токе чистого сухого воздуха или инертного газа.
Две подготовленные колонки заполняют молекулярными ситами (цеолитами) NaX (13X) или СаА (5А) фракции 0,25-0,50 мм или 0,15-0,25 мм и применяют для разделения гелия, водорода, кислорода, азота, метана.
Перед заполнением цеолиты прокаливают при температуре 350 °С в течение 3-4 ч с одновременной откачкой форвакуумным насосом или в токе сухого инертного газа, затем охлаждают в эксикаторе.
1.3.1.2. Колонки заполняют любым способом, обеспечивающим однородную набивку колонки.
Для заполнения колонки один конец закрывают стекловолокном и заполняют цеолитом при легком постукивании (вибрации), подключая к выходу колонки вакуумный насос через ресивер или на вход колонки поток азота давлением до 0,4 МПа.
Когда колонка заполнится полностью, постепенно выравнивают давление с атмосферным и другой конец колонки также уплотняют стекловолокном.
Разделительную и сравнительную колонки устанавливают в хроматограф в соответствии с требованиями к монтажу и эксплуатации хроматографа и затем активируют, продувая сухим газом-носителем (не подключая к детектору) при 110 °С в течение 5-8 ч. После активизации колонки подключают к детектору хроматографа.
1.3.1.1, 1.3.1.2 (Измененная редакция, Изм. N 2).
1.3.1.3. Две другие колонки, подготовленные по п.1.3.1.1, заполняют сферохромом или другим инертным твердым носителем, указанным в п.1.2.
Носитель для одной (разделительной) колонки пропитывают эфиром ТЭГМ и применяют для разделения этана, диоксида углерода, пропана, бутанов, пептанов и гексанов.
Твердый носитель с размером зерен 0,25-0,50 мм или 0,15-0,25 мм отсеивают, сушат при 110 °С не менее 3 ч до постоянной массы.
Охлажденный носитель обрабатывают эфиром ТЭГМ, взятым в количестве 15% к массе носителя, в одном из растворителей, указанных в п.1.3. Твердый носитель должен быть покрыт раствором жидкой фазы. Растворитель удаляют нагреванием на водяной бане при перемешивании смеси. После охлаждения и тщательного перемешивания материал готов для использования в качестве насадки колонки.
Колонку заполняют насадкой по п.1.3.1.2. Заполненные разделительную и сравнительную колонки устанавливают в хроматограф и активируют, продувая при 50 °С в течение 5-6 ч газом-носителем и затем подключают к детектору.
1.3.1.4. В случае использования порапака или полисорба для разделения углеводородов и диоксида углерода после заполнения колонки для наиболее полного разделения компонентов ее активируют при температуре, соответствующей используемому адсорбенту, до прекращения шумов хроматографических колонок в рабочем режиме.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.3.1.5. Наладка, проверка герметичности, вывод хроматографа на режим - согласно инструкции по монтажу и эксплуатации хроматографа. Ток детектора устанавливают в зависимости от технической характеристики детектора и газа-носителя.
1.3.2. Проверка разделяющей способности колонок
1.3.2.1. Разделяющую способность колонки с цеолитом для анализа кислорода и азота проверяют по анализу воздуха. Испытания проводят с использованием гелия в качестве газа-носителя при условиях, указанных в п.1.4.5.1.
1.3.2.2. Разделительную способность колонки с ТЭГМ или другим наполнителем проверяют по анализу пробы природного газа при условиях, указанных в п.1.4.6.1. В качестве газа-носителя применяют гелий или водород.
Полученная хроматограмма должна показать четкое разделение метана+неуглеводородные газы, этана, диоксида углерода, пропана, бутанов, пентанов и гексанов.
1.4. Проведение анализа
1.4.1. Анализ природного газа проводят в изотермическом режиме на двух хроматографах или на одном двухколоночном с переключающимися колонками.
1.4.2. Перед началом измерений устанавливают рабочие режимы анализа и проверяют стабильность нулевой линии при максимальной чувствительности прибора.
1.4.3. Пробу газа подают в кран-дозатор хроматографа через осушительный патрон с хлористым кальцием, продувают газом на атмосферу через водяной маностат и вводят пробу в хроматограф.
Пробу газа, при наличии в ней диоксида углерода и сероводорода, на колонку с цеолитом подают через трубку, заполненную аскаритом или натронной известью, и соответственно делают поправку на объем пробы.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.4.4. После ввода пробы записывают хроматограмму при установлении масштаба записи каждого пика в зависимости от концентрации компонентов и условии наибольшего значения высоты пика.
1.4.5. Определение неуглеводородных компонентов и метана на колонке с цеолитом
1.4.5.1. Гелий, водород, кислород и азот определяют на колонке с цеолитом при следующих условиях:
|
|
длина колонки, м | 2-3 |
диаметр колонки, мм | 3-4 |
температура термостата, °С | 40-50 |
расход газа носителя, дм /ч | 2-5 |
объем пробы, см | 1-3 |
газ-носитель | аргон |
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.4.5.2. Кислород (совместно с аргоном) и азот определяют при тех же рабочих условиях, но в качестве газа-носителя применяют гелий.
Объемную долю компонентов рассчитывают методом абсолютной калибровки.
Градуировочная газовая смесь должна быть выбрана так, чтобы она была достаточно близка к концентрации компонентов в пробе (п.1.2).
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.4.5.3. Хроматограмма разделения газа на колонке с цеолитами приведена на черт.1. Порядок выхода компонентов и относительное время удерживания компонентов (газ носитель - аргон) приведены в табл.1.
1 - гелий; 2 - водород; 3 - кислород; 4 - азот; 5 - метан
Черт.1
Таблица 1
|
|
Компонент | Относительное время удерживания |
Гелий | 0,25 |
Водород
| 0,29
|
Кислород
| 0,47
|
Азот
| 0,59
|
Метан
| 1,00
|
1.4.6. Разделение углеводородов и диоксида углерода на колонке с эфиром ТЭГМ, нанесенным на сферохром
1.4.6.1. Углеводороды и диоксид углерода определяют на колонке с ТЭГМ при следующих условиях:
|
|
длина колонки, м | 6-9 |
диаметр колонки, мм | 3 |
температура термостата, °С | 40-50 |
расход газа носителя, дм /ч | 2-5 |
объем пробы, см | 1-3 |
В качестве газа-носителя при определении объемной доли углеводородов и диоксида углерода применяют гелий или водород.
Типичная хроматограмма разделения газа на колонке с эфиром ТЭГМ, нанесенным на сферохром, приведена на черт.2. Порядок выхода компонентов и относительное время удерживания (газ-носитель - гелий) приведены в табл.2.
Таблица 2
|
|
Компонент | Относительное время удерживания |
Метан + неуглеводородные газы | 0,20 |
Этан | 0,31 |
Диоксид углерода | 0,38 |
Пропан | 0,49 |
-Бутан | 0,75 |
-Бутан | 1,00 |
-Пентан | 1,76 |
-Пентан | 2,19 |
2-Метилпентан + 2,3-диметилбутан | 3,88 |
3-Метилпентан | 4,50 |
-Гексан | 5,06 |
(Измененная редакция, Изм. N 1).
Черт.2
1.5. Обработка результатов
Компонентный состав газа вычисляют методом абсолютной калибровки.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.5.1. Метод абсолютной калибровки
1.5.1.1. Объемную долю компонентов природного газа вычисляют сравнением площадей или высот пиков, соответствующих компонентов на хроматограммах испытуемого газа и градуировочной газовой смеси, записанных при одинаковых условиях испытания.
Для оценки хроматограмм можно использовать интегратор или электронный процессор.
Примечание. Если в газе присутствует сероводород, и вводимую на анализ пробу газа предварительно очищали от сероводорода и диоксида углерода, концентрации которых измеряли другими способами (п.1.1.3), то вычисленные по п.1.5.1 результаты хроматографического анализа должны быть скорректированы на объемные доли сероводорода и диоксида углерода по формуле
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.5.1.4. Объемную долю метана вычисляют как разность 100% и суммы всех объемных долей остальных компонентов испытуемого газа.
1.5.1.5. Хроматограммы градуировочной смеси воспроизводят дважды в начале каждой серии испытаний анализируемых проб газа, минимально один раз в день.
1.5.1.6. Метод абсолютной калибровки требует соблюдения одинаковых режимов и условий при анализе пробы и градуировочной смеси.
1.5.1.7. За результат определений принимают средне-арифметическое результатов двух последовательных определений.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.5.1.9. Точность метода абсолютной калибровки
Сходимость метода
Два результата определений, полученные одним исполнителем, признаются достоверными (с 95%-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает значений, указанных в табл. 3а.
Воспроизводимость метода
Два результата определений, полученные в двух лабораториях, признаются достоверными (с 95%-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает значений, указанных в табл.3а.
Таблица 3а
|
|
|
Объемная доля компонента, % | Допускаемые расхождения между результатами двух определений, % абс., не более | |
| Сходимость | Воспроизводимость |
От 0,01 до 0,1 | 0,005 | 0,01 |
Св. 0,1 " 1,0 | 0,01 | 0,02 |
" 1,0 " 10,0 | 0,02 | 0,04 |
" 10,0 " 100,0 | 0,1 | 0,2 |
1.5.1.7 - 1.5.1.9. (Введены дополнительно, Изм. N 1).
1.5.2-1.6.2. (Исключены, Изм. N 2).
2.1. Отбор проб
2.1.1. Пробы для анализа отбирают по ГОСТ 18917 в двухвентильные металлические пробоотборники, испытанные на давление, соответствующее условиям с учетом дополнительного нагрева газа в пробоотборниках (контейнерах) до 60 °С.
2.1.2. Перед отбором температура пробоотборных трубок должна быть выше температуры газа (п.2.4.2).
2.1.3. При отборе проб в контейнер давление должно соответствовать давлению газа в месте отбора.
2.1.4. Пробы хранят в утепленном помещении.
2.1.5. Отбор пробы в хроматограф производят в соответствии с пп.1.1.2-1.1.4.
2.2. Аппаратура и материалы - по п.1.2.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
2.3. Подготовка к анализу
2.3.1. Хроматографические колонки готовят по п.1.3.1.1, заполняют твердым (инертным) носителем; носитель одной колонки предварительно пропитывают скваланом или диметилсиликоном (SE-30) в количестве 5-15% от масс твердого носителя в зависимости от применяемого носителя (для хроматона 5%), используя один из растворителей, указанных в п.1.2.
2.3.2. Наладка прибора и подготовка к анализу - согласно инструкции по эксплуатации прибора.
2.3.3. Колонку со скваланом активируют при 140-150 °С, а колонку с диметилсиликоном (SE-30) - при 300 °С в потоке газа-носителя не менее 6 ч при отсоединенных от детектора колонках.
2.3.5. Анализ проводят при следующих условиях:
|
|
длина колонки, м | 6 |
внутренний диаметр, мм | 3-4 |
температура термостата, °С | 40-50 |
расход газа носителя, дм /ч | 2-3 |
газ-носитель | гелий |
объем пробы, см | 0,5-3,0 |
Таблица 4
|
|
Компонент | Относительное время удерживания |
Легкая фракция (С - С ) | 0,78 |
-Бутан | 0,92 |
-Бутан | 1,00 |
-Пентан | 1,28 |
-Пентан | 1,40 |
Неогексан | 1,65 |
2-Метилпентан + 2,3-диметилбутан | 1,95 |
3-Метилпентан | 2,10 |
-Гексан | 2,32 |
Метилциклопентан | 2,78 |
Неогептан+бензол | 3,26 |
Циклогексан | 3,43 |
2-Метилгексан | 3,56 |
3-Метилгексан | 3,77 |
3-Этилпентан | 4,08 |
-Гептан | 4,45 |
Метилциклогексан | 5,22 |
Толуол | 6,78 |
-Октан | 9,50 |
2.4. Проведение анализа
2.4.1. Устанавливают скорость потока водорода и воздуха так, чтобы достичь оптимального соотношения; скорость диаграммной ленты 5-10 мм/мин. Хроматограф выводят на рабочий режим, проверяют стабильность нулевой линии.
2.4.2. Контейнер с пробой газа нагревают, используя водяной или воздушный нагреватель, до температуры, превышающей на 10 °С - 15 °С температуру газа при отборе пробы. Присоединяют контейнер с пробой к вентилю ввода пробы (крану-дозатору) с помощью трубок из нержавеющей стали. При необходимости соединительные трубки нагревают, используя трубчатый электрический нагреватель.
2.4.3. Кран-дозатор продувают испытуемым газом 20-кратным объемом петли. Отобранную краном-дозатором пробу газа приводят к атмосферному давлению, вводят в хроматограф и записывают хроматограмму.
2.4.4. При тех же условиях перед анализом или сразу после анализа дважды вводят в хроматограф градуировочную газовую смесь и записывают хроматограмму.
2.4.5. Градуировочная газовая смесь должна содержать бутан, концентрация которого не должна различаться более чем на 50% от концентрации бутана в анализируемой пробе газа.
Черт.3
2.4.6. Градуировочную газовую смесь бутана готовят на гелии или азоте (п.1.2). В качестве смеси можно использовать природный газ. Концентрацию бутана определяют по методике, описанной в разд.1.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
2.5. Обработка результатов
2.5.1. Измеряют площади пиков углеводородов от бутана и выше в пробе и площадь пика бутана в градуировочной смеси и приводят их к одной шкале чувствительности, как описано в п.1.5.1.2.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
2.5.3. Результаты полного анализа природного газа получают, объединяя данные результатов анализа, полученных двумя методами.
2.5.4. Если концентрация бутана в пробе менее 0,1%, то концентрацию углеводородов от бутана и выше рассчитывают по п.2.5.2.
2.5.6. За результат определений принимают среднеарифметическое результатов двух последовательных определений.
(Введен дополнительно, Изм. N 1).
2.6. Точность метода
Сходимость метода
Два результата определений, полученные одним исполнителем, признаются достоверными (с 95%-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает значений, указанных в табл.5.
Таблица 5
|
|
Объемная доля компонента, % | Допускаемые расхождения между результатами двух определений |
До 0,01 | ± 0,002 |
Св. 0,01 " 0,1 | ± 0,005 |
" 0,1 " 0,5 | ± 0,01 |
(Измененная редакция, Изм. N 1).
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
|
|
|
Наименование компонента | ||
| по бутану | по пропану |
Кислород | 2,13 | 1,64 |
Азот | 2,02 | 1,55 |
Диоксид углерода | 1,77 | 1,36 |
Метан | 2,33 | 1,79 |
Этан | 1,67 | 1,28 |
Пропан | 1,30 | 1,00 |
И-Бутан | 1,03 | 0,79 |
Н-Бутан | 1,00 | 0,77 |
И-Пентан | 0,90 | 0,69 |
Н-Пентан | 0,80 | 0,62 |
2-метилпентан+2,3-диметилбутан | 0,70 | 0,54 |
3-метилпентан | 0,70 | 0,54 |
Н-Гексан | 0,70 | 0,54 |
Примечание. Коэффициенты чувствительности приведены для гелия, с достаточной степенью приближения их можно применять и для газа-носителя водорода.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. (Измененная редакция, Изм. N 1).
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное