Metodo di prova standard ASTM D1945-14 per l'analisi del gas naturale mediante gascromatografia

Nello standard "Metodo di prova standard ASTM D1945-14 per l'analisi del gas naturale mediante gascromatografia" pubblicato dall'American Society for Testing and Materials (ASTM), dato nella norma Viene descritto un metodo di prova per determinare la composizione chimica dei gas naturali e di miscele di gas simili nell'intervallo di composizione indicato nella tabella. Questo metodo di prova può essere abbreviato per l'analisi di gas naturali magri contenenti quantità trascurabili di esano e idrocarburi superiori, o per la determinazione di uno o più componenti ove necessario.

I componenti di un campione rappresentativo vengono separati fisicamente mediante gascromatografia (GC) e confrontati con i dati di calibrazione ottenuti nelle stesse condizioni operative da una miscela di standard di riferimento di composizione nota. Più componenti pesanti di un campione possono essere raggruppati in picchi irregolari invertendo la direzione del passaggio del gas di trasporto attraverso la colonna per raggruppare le estremità pesanti come C5 e più pesanti, C6 e più pesanti o C7 e più pesanti. La composizione del campione viene calcolata confrontando le altezze o le aree dei picchi, o entrambe, con i corrispondenti valori ottenuti con lo standard di riferimento.

Questo metodo di prova è importante per fornire dati per il calcolo delle proprietà fisiche del campione, come potere calorifico e densità relativa, o per monitorare le concentrazioni di uno o più componenti in una miscela.

Il rilevatore utilizzato in questi test deve essere del tipo a conduttività termica o equivalente in termini di sensibilità e stabilità. Il rilevatore di conduttività termica deve essere sufficientemente sensibile da produrre un segnale di almeno 0,25 mV per 1 mole di n-butano in un campione da 0,5 ml.

Questi test utilizzano anche strumenti di registrazione come registratori a nastro o integratori elettronici, o entrambi, per visualizzare componenti separati. Sebbene un registratore su carta non sia necessario quando si utilizza l'integrazione elettronica, è altamente consigliabile per valutare le prestazioni dello strumento.

Il registratore deve essere un registratore a nastro con una scala completa di 5 mV o inferiore. La larghezza della grafica deve essere di almeno 150 mm. Sono richiesti un tempo di risposta massimo della penna di 2 s e una velocità grafica minima di 10 mm/min. Se il cromatogramma deve essere interpretato utilizzando metodi manuali per ottenere i campi, sono preferibili velocità più elevate fino a 100 mm⁄min.

Per i display diversi dai registratori grafici sono richiesti integratori elettronici o computazionali, prove di separazione e risposta equivalenti a quelle di un registratore.

Un pezzo dell'attrezzatura utilizzata in questi test è l'attenuatore. Se il cromatogramma deve essere interpretato utilizzando metodi manuali, è necessario utilizzare un attenuatore con il segnale di uscita del rivelatore per mantenere i picchi massimi entro l'intervallo del diagramma del registratore. L'attenuatore deve avere una precisione entro lo 0,5% tra i passi dell'intervallo dell'attenuatore.

Prima di iniziare i test, il dispositivo deve essere preparato. A questo scopo, è necessario eseguire prima il controllo della linearità. Per determinare la linearità della risposta per un rilevatore di conducibilità termica, è necessario completare la seguente procedura:

• Il componente principale di interesse (metano per gas naturale) viene caricato nel cromatografo tramite un circuito campione di dimensioni fisse con incrementi di pressione parziale da 13 a 100 kPa o 13 kPa alla pressione atmosferica prevalente.
• Le risposte di picco integrate per il campo prodotto ad ogni incremento di pressione vengono tracciate rispetto alle rispettive pressioni parziali.
• I risultati tracciati dovrebbero fornire una linea retta. Una risposta perfettamente lineare visualizza una linea retta con un angolo di 45 gradi utilizzando valori logaritmici.
• Qualsiasi linea storta indica che il loop del campione a volume costante è troppo grande. Un circuito di dimensioni inferiori dovrebbe sostituire il circuito a volume costante e la procedura sopra descritta dovrebbe essere ripetuta.
• La linearità nell'intervallo di interesse deve essere nota per ciascun componente. È utile creare una tabella che annoti la deviazione del fattore di risposta al variare della concentrazione.
• Va notato che i gas di azoto, metano ed etano presentano una compressibilità inferiore all'1% a pressione atmosferica. Altri componenti del gas naturale mostrano una compressibilità significativa a pressioni inferiori a quella atmosferica.
• La maggior parte dei componenti con pressione di vapore inferiore a 100 kPa non può essere utilizzata come gas puro per lo studio della linearità perché non presenta una pressione di vapore sufficiente per una lettura del vacuometro fino a 100 kPa. Per questi componenti è possibile utilizzare una miscela contenente azoto o metano per creare una pressione parziale in grado di estendere la pressione totale fino a 100 kPa. Utilizzando la tabella fornita nella norma per le pressioni di vapore a 38 gradi, viene calcolata la pressione massima alla quale un particolare componente può essere miscelato con l'azoto.

Quando si avviano i test, vengono innanzitutto eseguite le colonne appropriate necessarie per lo studio desiderato. Si regolano le condizioni operative e si attende la stabilizzazione del cromatografo. Per gli esani e livelli superiori, il circuito del campione viene riscaldato. La maggior parte dei cromatografi moderni sono dotati di forni a valvole a temperatura controllata. Quando i forni a valvola non sono disponibili, si consiglia di montare la valvola di campionamento del gas nel forno del cromatografo e di utilizzarla alla temperatura della colonna.

Una volta che lo strumento è apparentemente stabilizzato, vengono eseguite analisi di controllo sullo standard di riferimento per determinare la ripetibilità dello strumento. Due controlli consecutivi devono rimanere entro i limiti di ripetibilità per la presente quantità percentuale in moli di ciascun componente.

La media di due controlli consecutivi o dell'ultimo controllo che rientra nei limiti di ripetibilità del controllo precedente su ciascun componente può essere utilizzata come standard di riferimento per tutte le analisi successive fino a quando non si verifica un cambiamento nelle condizioni di funzionamento dello strumento.

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