Überwachung von H2 im Erdgas in Leitungsqualität mit Micro GC Fusion

Jüngste Bemühungen um mehr Nachhaltigkeit und eine Verringerung der Treibhausgasemissionen haben zur Erforschung der Einspeisung von Wasserstoff in Erdgaspipelines geführt. Wasserstoff, der bei der Verbrennung keine Treibhausgasemissionen verursacht, stellt eine potenzielle grüne Energiequelle dar und trägt zur Dekarbonisierung bei. Wasserstoff kann jedoch nur in einer Menge von bis zu 30 % zugesetzt werden, um die Nutzung der derzeitigen Verbrauchergeräte, wie z. B. Gasherde, aufrechtzuerhalten. Wasserstoff im Erdgas kann mit Hilfe der Gaschromatographie leicht identifiziert und quantifiziert werden.

Der Micro GC Fusion misst und meldet die Daten der Gaskomponenten in Molprozent, was für das Verständnis der Brennstoffzusammensetzung und die Berechnung von Heizwerten und anderen Gaseigenschaften entscheidend ist. Hochwertige Analysedaten sind für die Produktentwicklung, die Leistung, die Einhaltung von Umweltauflagen und die Berichterstattung von großem Vorteil. Mit seiner Präzision, seiner geringen Größe und seiner schnellen Analyse ist der Micro GC Fusion ein ideales BTU-Analysegerät für die Überwachung von Erdgas mit zusätzlichen Wasserstoffanteilen.

Für die Analyse von Erdgas in Pipeline-Qualität mit Wasserstoff wurde eine Konfiguration mit zwei Modulen verwendet - ein 10-m-Molsieb-Modul und ein 12-m-Q-Bond-Modul.  Jedes Modul wurde mit einem eigenen Trägergas-anschluss versehen um maximale Vielseitigkeit zu ermöglichen. 

Ein Erdgas-Kalibrierungsstandard wurde mit einem Micro GC Fusion mit zwei Modulen getestet, um die Retentionszeit, das Trennvermögen, die Auswirkungen des Trägergases auf die Peaks und die Wiederholbarkeit zu bestimmen. Diesem Kalibrierungsstandard wurde Wasserstoff in einer Konzentration von 1 % bis 30 % zugesetzt, um das Verhalten der Peaks mit verschiedenen Trägergasen sowie die Gesamtänderung des Bruttoheizwerts zu untersuchen.

Helium bietet eine ausgezeichnete Empfindlichkeit für Kohlenwasserstoffe und Permanente Gase, außer für Wasserstoff. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff ist sehr ähnlich wie die von Helium, was zu einer geringeren Empfindlichkeit führt. Außerdem beginnt sich bei höheren Wasserstoffkonzentrationen der Peak aufzuspalten und es kommt zu einer Peak Umkehr, was die Integration erschwert und ungenau macht. Auch die eingespritzte Menge spielt bei diesem Phänomen eine Rolle: Je länger die Einspritzzeit, desto stärker wird der Peak verzerrt. 

Das Q-Bond-Modul zeigt eine ausgezeichnete Empfindlichkeit und Wiederholbarkeit, wenn Helium als Trägergas verwendet wird. Helium als Trägergas ist jedoch nur dann eine brauchbare Option für die Molsieb-Säule, wenn der Wasserstoffanteil zwischen 1 und 10 % liegt und die Injektionszeit weniger als 15 ms beträgt. 

Argon als Trägergas für die Wasserstoffdetektion liefert ein stärkeres Signal für Wasserstoff und ist über einen breiten Konzentrationsbereich viel linearer, führt aber zu einer geringeren Empfindlichkeit für alle anderen Verbindungen. Darüber hinaus zeigt das Q-Bond-Modul eine Inversion von Butanen, Pentanen und Hexanen mit Argon als Trägergas. Mit negativen Integrationsereignissen kann der Micro GC Fusion diese Verbindungen analysieren, allerdings mit reduzierter Empfindlichkeit. 

Die ideale Kombination von Trägergasen wäre Argon für das Molsieb-Modul und Helium für das Q-Bond-Modul, wie in den Chromatogrammen gezeigt. Der Micro GC Fusion kann so konfiguriert werden, dass jedes Modul unabhängig von den Trägergasen betrieben wird, und diese Konfiguration ergibt die beste Empfindlichkeit für Wasserstoff und die anderen Erdgaskomponenten. Darüber hinaus gibt es keine Invertierung von Peaks. 

Die Zugabe von Wasserstoff in einen Erdgasstrom erfordert den Einsatz eines Molsieb-Moduls zur Analyse der Wasserstoffkonzentration und seiner Auswirkungen auf den Heizwert des Gases. Mit einer Konfiguration aus zwei Modulen und einer Temperaturprogrammierung kann der Micro GC Fusion innerhalb von Minuten Wasserstoff und eine ganze Reihe von Erdgaskomponenten bis zu C6+ analysieren. Die Wahl des Trägergases ist wichtig; die Verwendung von nur Argon oder nur Helium ist in bestimmten Situationen praktikabel, aber die optimale Konfiguration ist sowohl Argon als auch Helium für beste Empfindlichkeit und Wiederholbarkeit. Für größere Mengen von Butanen, Pentanen und Hexanen sollte ein zusätzliches Rxi-1ms-Modul konfiguriert werden.  

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