焦炉煤气组分气相色谱分析方法的研究与应用

焦炉煤气组分气相色谱分析方法的研究与应用

何英 ,闫倩茹

陕西英陵煤化工有限责任公司   陕西延安    727307

摘要：根据国家标准，气相色谱法测定焦炉煤气组分选用氦气为载气、双色谱柱、双检测器，对其组分进行定性和定量分析，进而可以精确地计算出其发热值。通过实验和数据分析，通过在气路系统添加10通阀，用双通道阀切换技术达到一次进样，有效地利用PQ和13X色谱柱特性，以获得最佳分离结果，能够满足国标要求，准确地测定各组分含量。

关键词：双检测通道；阀切换；载气；气相色谱法

焦炉煤气中组分主要包括甲烷、氢、一氧化碳、氧、氮。含量与一系列重要参数有关，如热量、华白数。因此，准确捕获各组分含量对于后续生产至关重要。气相色谱法是一种高度选择性、高效和敏感的分析方法，常用于气体分析和检测。1989年通过了国家标准GB 10410.1气相色谱人工煤气组分分析法。几十年来应用上出现了很多问题，许多研究者也对其进行了改进，并与传统的化学分析法作了比较。但是，其中仍缺乏对分析条件系统研究，也没有详细的实验数据。新标准GB/T 10410《常量组分气相色谱分析法》出版和修订。新标准中减小了柱箱允许的温度范围，表明旧标准中规定的温度条件有争议。在采用新标准之前我们也在实验室里研究并测试了类似的问题。考虑到二氧化碳在分子筛的不可逆吸收以及分子筛遇水易老化，实际试验中必须定期更换色谱柱。

一、气相色谱分析

气相色谱基于分离，在这种情况下，为了进行有效的色谱分析，必须在色谱柱中将样品中各组分完全分离，以便进行定性和定量分析。在分离过程中，溶质分子之间的相互作用以及固定相和载气之间的固定关系，直接关系到溶质的保存和溶解物质的影响。当溶质在色谱柱中移动时，质量传递过程对谱带宽度有直接影响。色谱分离反映了热力学与力学的结合，研究色谱对分离的作用，确定正确色谱柱，并使它能更好地工作。合理运用色谱技术进行各种复杂体系的分析研究气相色谱的特点：一是分析速度快。通常可在几分钟到几分十钟内完成。整个分析过程由工作站利用色谱来控制，从而加快了分析自动化。二是分离效能高。非常复杂的混合可以在短时间内分离和测定。例如，可以使用空心毛细管柱同时分析150个元件样本。它还可以分离和分析非常相似特性的物质组分，如手性物质，顺、反异物质、芳香烃中的邻、间、对位异同位素，以及石油、污染水和天然精油等极其复杂的混合物。三是高灵敏度，可以检测出超纯气体、高分子单体和高纯试剂等数量级在。非常适合于量和痕量。提高利用率，他分析了易挥发液体以及固体中所含的气体。通常，对于沸点低于500℃且在运行条件下热阻较高的物质，可以使用气相色谱技术分析。化学品用于将易分解或挥发性低转化为高衍生物热稳定性或高挥发性，同样可以实现气相色谱的分离和分析。

二、气相色谱的实验原理

混合气体组分由载气带入，样品中的所有气体成分从多个色谱柱中分离，微量碳氢化合物从毛细管柱中分离。依次导入检测器，以得到各组分的检测信号，根据探测器入口的顺序，可以通过比较获得定量分析。成分含量可以根据峰面积计算。热导检测器是根据组件和载气的不同导热原理设计的热导检测器。当加热金属丝铺设在安全载气中时，混合物和纯气体的导热系数将发生变化，加热丝传递到金属丝池壁的热量也将发生变化，从而导致金属丝温度和电阻的变化。因此，将电桥输出处的不平衡电位用作输出信号氢火焰离子化检测器称为氢火焰离子化检测器当氢与空气按一定比例（通常为1:10）混合时，氢火焰将燃烧。当混合气体中的有机物在火中燃烧时，火焰中会产生离子。通过静电计测量这些离子的电流，可以获得相应物质的气相色谱。

三、焦炉煤气组分分析方法的研究

1.选择载气。在国家标准中，用于分析人工煤气的氢，但是氢气比较危险。因此，还考虑了其他类型的气体。当选择氮气作为载气时，不需要在氮气出峰采用差减法。当选择氢作为载气时，氢和氧的导热系数几乎接近，炉内氧含量非常低0.1至0.5%。如果氧气过低，就无法检测。最后选择高纯度氦作为载气。

2.分析色谱条件。

表1色谱分析条件表

3.阀时间表。根据阀门3的打开和关闭，确定氢和二氧化碳出峰，并根据停机时间确定阀门3的闭合时间。阀门1和2是进口阀门，如表2。

表2阀时间事件表

PQ柱的混合成分分离不足，因此具有13X柱，但13X柱吸收二氧化碳，首先利用阀切换，分离二氧化碳和氢，最后通过13X分子筛分离其他组分。

3.色谱图。阀切换采用技术，可充分利用PQ和13X谱板柱的分离特性，将目标组分分离。

4.重复实验。对标准连续进行6次分析，对于重复实验，选择了预防探测氢气、后检测器乙烷和测量气体的全部测量值，保留时间氢和乙烷标准偏差小于0.01，峰面积标准偏差在3左右，总含量百分比在97%~100%之间。在该方法中，用氦作载气，比氢更安全；氮气做载气氮组只能通过差减法计算，误差较大；选择氩作为载气，由于氩与氧气的导热系数很接近，低氧的氧气可能无法检测到。采用双通道阀切换，可同时分析所有组分。国标只使用热导检测器，但其不响应特别是不到1%的碳氢化合物的测定，可通过增加FID检测器来解决。通过将10通阀添加到气路系统中，可以在分析过程中切换阀，并有效地使用PQ和13X色谱柱。

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