Xác định oxi nito và metan trong khí thiên nhiên bằng sắc ký khí

TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA HĨA
MƠN PHÂN TÍCH CƠNG NGHIỆP
ĐỀ TÀI :

Xác định Oxi, Nito và Metan trong khí thiên nhiên
bằng sắc ký khí
(TCVN 3756 : 1983)
GVHD
SVTH

: Ths. Trần Nguyễn An Sa
: Nguyễn Thị Kim Chi

TP. HCM, 3 - 2011


Nội dung
Phân biệt khí thiên nhiên và khí dầu mỏ
Phương pháp xác định
Quy trình xác định
Tóm tắc qua trình
Kết quả


Phân
Phân biệt
biệt khí
khí thiên
thiên nhiên
nhiên và

và khí
khí đồng
đồng hành
hành trong
trong dầu
dầu mỏ
mỏ

Khí thiên nhiên: Là
các khí chứa trong các
mỏ khí riêng biệt.
Trong khí này thành
phần chủ yếu là khí
metan( CH4) (từ 93
đến 99%), cịn lại là
các khí như etan
(C2H6),
propan(C3H8) và rất
ít butan(C4H10)


Khí đồng hành trong
dầu mỏ: Là khí nằm lẫn
trong dầu mỏ, được hình
thành cùng với dầu,
thành phần chủ yếu là
các khí nặng như
propan, butan, pentan…
( cịn gọi là khí dầu mỏ)


THÀNH PHẦN KHÍ DẦU
MỎ VÀ KHÍ THIÊN NHIÊN
Đặc trưng chủ yếu của khí thiên nhiên và khí dầu mỏ bao gồm hai thành phần
thành phần hydrocacbon và phi hydrocacbon

Thành phần

KHÍ THIÊN NHIÊN

% Thể
tích

% khối
lượng

KHÍ ĐỒNG HÀNH( KHÍ
DẦU MỎ)
% Thể
tích

% khối
lượng

Metan

92.34

89.4

51.06

35.7

Etan

1.92

3.5

18.52

24.3

Propan

0.58

1.4

11.53

22.2

Butan

0.3

1.1

4.37

11.1

Pentan

1.05

4.6

2.14

6.7

Phi hydrocacbon

3.85

4.6

12.38

6.7


Phương pháp xác định


Phương pháp được tiến hành dựa trên nguyên tắc dùng sắc ký khí tách

các cấu tử oxy, nito và metan trên zeolit 5A.


Các cách lấy mẫu thử












Lấy mẫu vào bình chịu được áp suất thấp.
Sử dụng bình thủy tinh hay kim loại có khóa hai đầu, cũng sử dụng
ống cao su chân khơng hoặc ống nhựa mềm để dẫn mẫu vào bình.
Dùng khơng khí thay nước để lấy mẫu khí.
Lấy mẫu khí với khối lượng lớn trong các bình chứa chịu được áp suất
cao.
Lấy mẫu theo phương pháp thổi quét.
Lấy mẫu vào bình đã hút chân khơng.
Nạp mẫu bằng cách thay thế thủy ngân, phương pháp này chỉ dùng khi
bình lấy mẫu chế tạo bằng thép khơng gỉ.
Nạp mẫu khí với một lượng lớn vào nhiều bình cùng lúc


Lấy mẫu( có nhiều cách lấy mẫu nhưng trong tiêu

chuẩn này ta sử dụng cách lấy mẫu sau






Mẫu thử phải được bảo quản tốt trong chai kim
loại có áp suất cao tự đẩy hoặc trong các chai
thủy tinh hay chai nhựa với áp suất thấp không
tự đẩy mẫu vào thiết bị phân tích được. Lấy
mẫu trong trường hợp này được tiến hành như
sau: chuẩn bị chậu nước muối bão hòa.
Dụng cụ lấy mẫu gồm có buret 2 khóa đặt ở 2
đầu, một đầu nối với ống cao su để lấy mẫu
vào cịn đầu kia nối với bình thăng bằng qua lỗ
chứa đầy nước muối, bình này có thể nâng lên
hoặc hạ xuống lấy hay đưa mẫu ra.
Đối với việc xác định oxy và nito do hai chất
này có trong khơng khí, nên khi tiếp xúc với
mẫu phải hết sức cẩn thận, nếu không kết quả
sẽ bị ảnh hưởng.


Điều chế cột tách








Rửa sạch cột thép không rỉ dài 2m với đường kính trong bằng 3mm
bằng nước cất, sau đó tráng lại bằng axeton và cho khơng khí nóng
chảy qua cột.
Lấy 20g zeolit 5A cở hạt 0.3mm đến 0.5mm( loại dùng riêng cho sắc ký
khí), nung nóng đến 3500C với khoảng thời gian 24 giờ trong tủ sấy
hoặc lò nung. Sau đó để nguội trong bình hút ẩm và đem rây lại để loại
các hạt bị vụn do thao tác gây ra.
Bịt một đầu cột bằng một lớp bông thủy tinh dầy 0.5cm và dùng một
lưới đồng nhỏ ra ngồi rồi lắp vào máy hút chân khơng qua một bình
bảo hiểm. Lắp đầu cịn lại với ống nạp cột hay một phễu nhỏ. Đổ zeolit
đã hoạt động hóa như ở trên vào ống nạp hay phễu nhỏ. Cho máy bơm
chân không hoạt động và tiến hành nạp zeolit vào cột( vừa nạp vừa gõ
nhẹ đầu cột).
Trong trường hợp có máy rung, lắp cột vào máy rung để các hạt zeolit
phân bố đều trong cột. Khi cột đã được nạp đầy, tắt máy bơm và bịt đầu
cịn lại bằng bơng thủy tinh và lưới đồng.


Chuẩn bị thử







Lắp cột vào máy và cho khí mang (H2) chạy qua cột, sấy máy và cột ở nhiệt độ

3500C trong 48 giờ.
Trước khi tiến hành thử, cho khí mang vào cột để kiểm tra hệ thống khi đi qua đã
kín chưa.
Chạy thử máy vài lần để chọn chế độ làm việc của máy cho tốt.


Tiến hành thử


Cho máy sắc ký khí với độ dẫn nhiệt hoạt động. Đảm bảo áp suất khí
mang bằng 0.6 at và lưu tốc khoảng 45l/phút, duy trì nhiệt độ cột ở
600C, nhiệt độ củ bộ phận dẫn nhiệt(detecto) là 80 0C, và dòng cầu
180mA. Điều chỉnh để tốc độ của băng giấy đạt 600mm/h. Cho mẫu
chảy qua ống làm khô bằng canxi clorua (CaCl2) trước khi qua bộ bơm
mẫu.



Quan sát khả năng tách của các pic riêng biệt: bút tự ghi ghi lại các
đường cơ sở sau mỗi pic, khảo sát tỷ lệ giữa các thang và đối chiếu
kết quả phân tích bằng sắc ký khí với kết quả ở VTl -2(BNT – 2) trên
cùng một mẫu.


Tóm tắc quy trình

Bật máy với bộ dẫn
nhiệt hoạt động

Kết quả

Áp suất 0.6 at và lưu tốc
45 1/phút, t0=600C
T0 của bộ phận dẫn
nhiệt800C và vòng cầu
180mA

Quang sát khả năng
tách pic, đối chiếu
kết quả phân tích
bằng sắc ký khí

Điều chỉnh tốc độ bằng
giấy đạt 600mm/h

Cho mẫu chảy qua ống
làm khô( CaCl2)
trước khi qua bộ
bơm mẫu


Kết quả
Kết quả phân tích được tính bằng phần trăm theo cơng thức:

* K *100
S
C 
C *K
i

i

0

i

i

Trong đó: Si là diện tích của cấu tử
Ki là độ nhạy của các cấu tử khí mang H2
Ci là nồng độ phần trăm của từng cấu tử.


Riêng đối với kết quả phân tích một mẫu khí tồn diện( có
chứa các cấu tử khác ngồi oxy, nito, metan) thì phải thực
hiện phương pháp loại trừ trong tính toán
1
2
3
Nồng độ Oxy thực Nồng độ nito thực Nồng độ metan thực
(100  n) * B
(100  n) * A
(100  n) * C

X 
X1

X
2
100

100
100

n:tổng số phần trăm của các cấu tử đã phân tích được.
A: là nồng độ của oxy đã tính khi chưa loại trừ
B: là nồng độ của nito đã tính khi chưa loại trừ
C: là nồng độ của metan đã tính khi chưa loại trừ


Sai lệch cho phép giữa hai lần xác định song song
không vượt quá các giá trị trong bảng sau:

Cấu tử ( % thể tích)

Sai lệch cho phép

Từ 0 đến 1

0.05

Lớn hơn 1 đến 5

0.07

Lớn hơn 5 đến 25

0.15

Lớn hơn 25

0.40


LỜI CẢM ƠN
Chân
Chân thành
thành cảm
cảm
ơn
ơn sự
sự theo
theo dõi
dõi
của
của cô
cô và
và các
các bạn
bạn
về
về phần
phần thuyết
thuyết
trình
trình em.
em.