Método de teste padrão ASTM D1945-14 para análise de gás natural por cromatografia gasosa

A norma “ASTM D1945-14 Método de ensaio padrão para análise de gás natural por cromatografia gasosa”, publicada pela Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM), descreve um método de ensaio para determinar a composição química de gases naturais e misturas gasosas similares dentro da faixa de composição mostrada na tabela fornecida na norma . Este método de ensaio pode ser abreviado para a análise de gases naturais puros contendo quantidades insignificantes de hexano e hidrocarbonetos superiores, ou para a determinação de um ou mais componentes, conforme necessário.

Os componentes de uma amostra representativa são fisicamente separados por cromatografia gasosa (GC) e comparados com dados de calibração obtidos nas mesmas condições operacionais a partir de uma mistura de padrões de referência de composição conhecida. Vários componentes da extremidade pesada de uma amostra podem ser agrupados em picos irregulares invertendo a direção de passagem do gás de arraste através da coluna para agrupar as extremidades pesadas como C5 e mais pesada, C6 e mais pesada, ou C7 e mais pesada. A composição da amostra é calculada comparando as alturas ou áreas dos picos, ou ambas, com os valores correspondentes obtidos com o padrão de referência.

Este método de teste é importante para fornecer dados para o cálculo das propriedades físicas da amostra, como poder calorífico e densidade relativa, ou para monitorar as concentrações de um ou mais componentes em uma mistura.

O detector utilizado nestes testes deve ser do tipo condutividade térmica ou equivalente em sensibilidade e estabilidade. O detector de condutividade térmica deve ser sensível o suficiente para produzir um sinal de pelo menos 0,25 mV para 1 mol de n-butano em uma amostra de 0,5 mL.

Esses testes também usam instrumentos de registro, como registradores gráficos ou integradores eletrônicos, ou ambos, para criar imagens de componentes separados. Embora um registrador gráfico não seja necessário ao usar a integração eletrônica, ele é altamente desejável para avaliar o desempenho do instrumento.

O registrador deve ser um registrador gráfico com escala completa de 5 mV ou menos. A largura do gráfico deve ser de pelo menos 150 mm. É necessário um tempo máximo de resposta da caneta de 2 segundos e uma velocidade gráfica mínima de 10 mm/min. Se o cromatograma precisar ser interpretado usando métodos manuais para obter campos, são preferidas velocidades mais rápidas de até 100 mm⁄min.

Integradores eletrônicos ou computacionais, separação e prova de resposta equivalentes aos de um registrador, são necessários para monitores que não sejam um registrador gráfico.

Um equipamento utilizado nesses testes é o atenuador. Se o cromatograma for interpretado usando métodos manuais, um atenuador deverá ser usado com o sinal de saída do detector para manter os picos máximos dentro da faixa do gráfico do registrador. O atenuador deve ter precisão de 0,5% entre as etapas da faixa do atenuador.

Antes de iniciar os testes, o dispositivo deve estar preparado. Para este propósito, o controle de linearidade deve ser feito primeiro. Para determinar a linearidade da resposta de um detector de condutividade térmica, o seguinte procedimento deve ser concluído:

• O principal componente de interesse (metano para gás natural) é carregado no cromatógrafo através de um loop de amostra de tamanho fixo com incrementos de pressão parcial de 13 a 100 kPa ou 13 kPa na pressão atmosférica predominante.
• As respostas de pico integradas para o campo produzido em cada incremento de pressão são plotadas em relação às suas pressões parciais.
• Os resultados plotados devem fornecer uma linha reta. Uma resposta perfeitamente linear exibe uma linha reta em um ângulo de 45 graus usando valores logarítmicos.
• Qualquer linha torta indica que o loop de amostra de volume constante é muito grande. Um tamanho de loop menor deve substituir o loop de volume constante e o procedimento acima deve ser repetido.
• A linearidade na faixa de interesse deve ser conhecida para cada componente. É útil criar uma tabela que registre o desvio do fator de resposta com concentração variável.
• Deve-se notar que os gases nitrogênio, metano e etano apresentam compressibilidade inferior a 1 por cento à pressão atmosférica. Outros componentes do gás natural apresentam compressibilidade significativa a pressões inferiores à pressão atmosférica.
• A maioria dos componentes com pressões de vapor inferiores a 100 kPa não podem ser usados ​​como gás puro para estudo de linearidade porque não apresentam pressão de vapor suficiente para leituras de vacuômetro de até 100 kPa. Para estes componentes, uma mistura contendo nitrogênio ou metano pode ser usada para criar uma pressão parcial que pode estender a pressão total até 100 kPa. Usando a tabela fornecida na norma para pressões de vapor a 38 graus, é calculada a pressão máxima na qual um determinado componente pode ser misturado com nitrogênio.

Ao iniciar os testes, primeiro são executadas as colunas apropriadas conforme necessário para o estudo desejado. As condições de operação são ajustadas e o cromatógrafo é aguardado pela estabilização. Para hexanos e superiores, o circuito de amostra é aquecido. A maioria dos cromatógrafos modernos possui fornos com válvula com temperatura controlada. Quando fornos de válvula não estiverem disponíveis, recomenda-se montar a válvula de amostragem de gás no forno cromatográfico e operá-la na temperatura da coluna.

Uma vez que o instrumento esteja aparentemente estabilizado, são realizadas execuções de controle no padrão de referência para determinar a repetibilidade do instrumento. Duas verificações consecutivas devem permanecer dentro dos limites de repetibilidade para a quantidade percentual molar atual de cada componente.

A média de duas verificações consecutivas ou a última verificação que esteja dentro dos limites de repetibilidade da verificação anterior em cada componente pode ser usada como padrão de referência para todas as execuções subsequentes até que ocorra uma mudança nas condições de operação do instrumento.

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