天然气作为蕞清洁低碳的化石能源，是我国新型能源体系建设中不可或缺的重要组成部分，当前及未来较长时间内仍将保持稳步增长。原料天然气指由井口采出的未经加工的天然气，我国部分气藏天然气中苯系物（BTEX）含量大概在0.02%～0.07%（摩尔分数）之间，一般包括苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯，有必要对其含量进行准确分析。一方面，通过深冷处理实现天然气液化和脱乙烷越来越广泛，原料天然气中的苯系物容易使深冷工艺冻堵，因此天然气液化工厂设计标准要求，芳烃类应分析到1×10-⁴（摩尔分数）级。另一方面，为避免管道积液、腐蚀，需要对天然气的组分、尤其是重烃组分进行检测，苯和甲苯单体组分的含量是参与烃露点/烃含量计算的必要参数。
原料天然气从井口采出，未经脱烃、脱硫、脱碳和深度脱水，通常具有较下游更高的压力和温度，气相中可夹带液滴，俗称“湿气”。目前，原料天然气中的苯系物含量无法准确测定，主要问题是现有的样品取样保存方式、分离定量方法均未考虑其组分和工况的复杂性。在样品取样保存方式上，现有的ISO 10715和GB/T 13609方法仅适用于纯气相天然气，方法仅能提供借鉴，仍需要进一步的选择和优化，因为其未考虑到原料天然气的相态变化风险，苯系物有可能在取样和保存过程中发生凝析、吸附损失。在分离定量方面，过去的组分分析侧重于常规C₁~C₅ 组分，无法对C₆+ 组分进行单独分离定性和标物直接定量，原料天然气中还含有多种和苯系物碳数相同的C₆~C₈异构体和沸点接近的组分，分离和定量难度大。在过去的研究中，刘志伟等针对页岩气中的苯系物含量建立了罐采样/气相色谱-质谱法（GC-MS），所使用的苏玛罐和气质联用仪造价较高，且所研究的页岩气藏本身为干气藏，C₅及以上重烃含量极低，参考意义不大。曾文平等建立了气相色谱法（GC）分析天然气中苯系物含量，使用非极性色谱柱HP-PONA，各苯系物重复性在11%以内，各组分检测限可达约2×10-¹⁰ g/s，但是缺少复杂基底对苯系物出峰干扰的探讨，也缺少样品采集和保存方法研究，以及对方法精密度的广泛试验，因此应用价值有限。综上，针对原料天然气如何准确分离定量、如何取样和保存，仍然需要一个创新的解决方案。
对此，建立了基于气源相态模拟结合气相色谱法测定天然气中苯系物的方法，实验优化了原料天然气样品的取样、保存条件，确定了一套快速、高效、抗干扰的气相色谱分析条件，提供了方法的灵敏度和稳定性指标。将该套方法应用于典型气藏苯系物的取样分析，在一定范围内得到了实际天然气中苯系物的含量特征，为原料天然气的深度处理和集输工艺设计、问题诊断提供了数据支撑。
1.仪器与材料
气相色谱仪，氢火焰离子检测器（FID），配备六通阀进样装置；色谱柱为Elite-WAX色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm），固定液为聚乙二醇；4040型智能气体稀释仪；电热恒温干燥箱。
苯系物气体标准物质：甲烷中的苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯，钢瓶号分别为156230324155、156230324085、156230324036，均购自大连大特气体有限公司。天然气组分气体标准物质：乙烷、丙烷、二氧化碳、一氧化碳、氮、氧、异丁烷、正丁烷、正戊烷、甲烷余量，钢瓶号310108-2104-2100601201，购自上海伟创标准气体分析技术有限公司。C₆~C₈ 烃类气体标准物质：2,2-二甲基丁烷、2,3-二甲基丁烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、正己烷、苯、环己烷、正庚烷、甲基环己烷、甲苯、正辛、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、2-甲基庚、3-甲基庚烷、4-甲基庚烷、2,2-二甲基己烷、2,3-二甲基己烷、2,4-二甲基己烷、顺二甲基环己烷、乙基环己烷，其余为甲烷，钢瓶号156230082107，购自西南化工研究设计院。
载气和辅助气体：高纯氩气，纯度≥99.999%；燃烧气：氢气，纯度≥99.99%；助燃气：空气，用净化管净化；标 准物质稀释气：甲烷气，纯度≥99.99%。
采样钢瓶和采样管：由不锈钢制成。钢瓶为双阀式结构，容积4L，耐压15 MPa。
2.原料天然气取样及保存条件的选择
气源相态变化模拟：AspenHYSYS是一款由AspenTechnology公司开发的流程模拟软件，广泛应用于石油、化工、天然气液化等领域的工艺设计。筛选国内典型气源，收集气源组分信息，用Aspen-HYSYS模拟各类气源在一定温度压力下的相态变化，辨别取样过程中的凝析与反凝析风险。
样品容器的保存条件研究：钢瓶采样时，预先将清洁的钢瓶抽真空至压力降至100 Pa以下，通过不锈钢取样管线连接至气源，打开阀门充气，使样品容器压力达到气源压力。气袋采样时，将清洁的气袋连接到气源，取样前先用待测天然气以充满、排空方式清洗3次，待气袋充满至约80%容积时，关闭阀门。将钢瓶和气袋两种气体样品容器，在室温下避光保存，定期检测浓度变化。根据回收率判断容器的适宜保存时间，判断是否需要加热进样。参考相关标准中使用75℃来加热钢瓶实现天然气中重组分的测定。
3.气相色谱分离方法开发与优化
极性色谱柱对苯系物有非常好的分离效果，使用固定相为聚乙二醇的WAX色谱柱，经过柱型、进样量、分流比、柱流量、升温程序的优化，确定了以下色谱分析参数：ELITE-WAX（30m×0.25mm×0.25μm）色谱柱；进样口温度250℃，分流比20：1，定量管5mL，辅助加热区（阀盒）100℃；氩气载气，柱流量2.5mL/min；升温程序是初始温度40℃，一阶以15℃/min升温到50℃（保持2min），二阶以10℃/min 升温到75℃（保持2min）；FID检测器温度280℃，空气流量400 mL/min, 氢空比：1：10，尾吹气：30mL/min。
（可以利用质谱开展方法的抗干扰性验证。质谱离子源温度：250℃；传输线温度：250℃；离子化方式为：电子轰击离子源，70eV；扫描方法：全扫描，扫描范围35～270u）。
免责声明：本文章部分内容及图片采摘自张琦，王雨，王兴华，吴永花，林莉莉“基于气源相态模拟-气相色谱分析原料天然气中苯系物”，《分析科学学报》第42卷第2期（2026年4月）。基于知识学习与交流，不代表本人观点，亦无任何利益驱动，如有侵权请联系做删除处理。
