乙二醇裝置在線氣象色譜分析儀和質譜儀的應用

連子涵 李天洺

摘要：乙二醇單元的EO反應是乙烯與純氧之間的反應，反應速度非常快。反應的產物EO是具有最大爆炸極限的化學介質。乙二醇單元EO反應的理論研究是乙烯與純氧的反應，反應速度非常快。反應的產物EO是具有最大爆炸極限的化學介質。如何在有安全裝置的前提下確保反應裝置的穩定運行，EO的最大輸出值在在線分析儀器中起著重要作用;本文介紹了氣相色譜儀和質譜儀的原理和特點，介紹了氣相色譜儀和質譜儀在乙二醇單元EO反應器中的應用。

關鍵詞：工業氣相色譜分析儀;質譜儀;多流路;多組分

一、工業氣相色譜分析儀

（一）結構與原理

氣相色譜儀的原理是通過氣體混合物或含有其他物質的管（柱）分離混合物。這取決于管中的物質對于不同化合物具有不同的保留特性的事實。即是基于時間的對化合物進行分離。氣體混合物的組分流過塔，并通過塔填料連續吸附，解吸，溶解和分解。在一段時間之后，它根據分離的順序從柱的末端流出到檢測器中，將每個組分的峰值放大產生信號。并將每個組分的峰值映射顯示在記錄器上。根播放記錄峰的時間和位置，確定組件的名稱，并計算峰的大小以確定組件的濃度。

色譜法的分離技術性能較高。色譜中有兩個階段，一個是固定的固定相，另一個是稱為流動相的連續相連續流量測量介質。除色譜單元檢測和載氣系統測試外，在線GC分析儀還包括一個采樣單元。預處理單元、流路選擇系統和載氣以及校準氣體的檢測。

（二）氣相色譜儀的特點

1、高靈敏度：在線氣相色譜儀檢測痕量ppm（×10 -6）至ppb（×10 -9）。

2、高效能：氣相色譜儀可以將復雜樣品分離成單一組分。

3、速度快：氣相色譜儀可在幾分鐘到幾十分鐘內完成復雜的樣品分析，從而有效地指導和控制生產。

4、樣品用量少：對于典型的氣體樣品，氣相色譜儀需要幾毫升。

二、質譜儀

（一）工作原理

質譜法是用于測量離子質量比或電荷質量比的分析方法。質譜儀是用于質譜分析的儀器。通過對物質原子、分子、分子片段的質量進行分析，運用它們之間的差異進行分離或檢測物質的成分。

（二）質譜儀的特點：分析速度極快

單流路分析時間小于 10 s;極高的精度和準確度;多組分分析;寬量程;快速多流，1到64個通道，可擴展到更多。

三、氣相色譜儀和質譜儀具有相同的特性

氣相色譜儀和質譜儀都是用于多組分分離的高精度分析儀器。在線氣相色譜儀和質譜儀都配有取樣探針，預處理站和絕緣示蹤劑取樣電纜。儀器分析樣品預處理系統并選擇切換采樣快速循環和流路。

（一）質譜儀

1、高精度，多組分分析質譜儀是復雜，快速變化過程的理想選擇

以乙二醇裝置為例：在乙烯氧化水合過程中，乙二醇單元與作為原料的C2H4和O2反應形成環氧乙烷，稱為EO。EO經過水合成乙二醇。E循環氣體主要包括C2H4，O2，EO和通過氧化反應形成的穩定劑CH4，N2和CO2，H2O等。

2、環氧乙烷是反應中爆炸極限最大的化學介質

控制C2H4，O2和EO水平對反應堆的安全性和性能尤為重要。EO反應是循環的，循環氣體循環通過整個裝置不到3分鐘。存在三種待測量的分析流路徑，即EO反應器的入口，反應器的出口和循環氣體壓縮機的出口。每條流路都需要分析9種成分，分別為乙烯、氧氣、EO、氬氣（Argan）、乙烷（Ethane）、CO2、甲烷（Methane）、氮（Nitrogen）、水（Water）。如果使用氣相色譜儀，則需要使用4個色譜儀，每個流路檢測所需的最短分析時間約為4到5分鐘;如果色譜儀執行多流切換分析，檢測周期將超過20分鐘。在此期間EO循環氣體可以進行多個循環。四條流路只能在不同的循環周期內采樣，不能同時比較不同的流路。

用質譜儀可全面解決此難題。還執行計算和采樣以及預處理。質譜分析允許四個流路的分析數據處于相同的循環氣體循環中，使用計算機和相應的軟件來計算反應轉化率和催化劑選擇性。實現了 EO反應的實時監視。

乙二醇裝置的重點是驅動在線質譜儀進行分析的結果。當中央控制室的DCS操作站在EO反應器出口處顯示EO含量從0變化到0.1時，測量成功。

（二）工業氣相色譜儀

因為氯離子含量對高選擇性催化劑的性能和壽命有很大影響。應用高選擇性催化劑對氯離子的監測很重要

可以使用現有的質譜儀檢測氯離子，但循環氣體的氯含量小于10×10-6（10ppm），而其他組分是恒定的。如果使用質譜儀檢測氯離子，將不可避免地導致流路增加，使標準氣體復雜化，并大大延長質譜儀的分析周期;循環氣體中氯離子含量的變化與其他反應介質的變化不同。色譜儀本身是一種很好的分離儀器，可用于確定色譜柱數量和使用色譜柱技術。當需要保護色譜柱免受重組件影響時，等到要進行測量的組分流出色譜柱。用載氣吹向色譜柱，吹出不需要分析的重組分;為了將所需組分與不需要的組分分離，可首先使用柱分離柱，然后吹掉不需要的組分。所需的組分保留在下一欄中以供進一步分析，這是色譜儀獨特的“反吹”和“預切”技術。使用氣相色譜儀在線監測氯離子是最好的檢測方法。管網的負壓值越低，負壓值越接近作為理想氣體的廢氣的計算，主要是因為氣壓低且與理想氣體相似。

四、小結

乙二醇單元EO反應的理論研究是乙烯與純氧的反應，反應速度非常快。反應的產物EO是具有最大爆炸極限的化學介質。如何在有安全裝置的前提下確保反應裝置的穩定運行，EO的最大輸出值在在線分析儀器中起著重要作用;結合氣相色譜和質譜的原理和特點，可以更好地實現氣相色譜儀和質譜儀在乙二醇單元EO反應器中的應用。使用氣相色譜儀在線監測氯離子是最好的檢測方法。管網的負壓值越低，負壓值越接近作為理想氣體的廢氣的計算，主要是因為氣壓低且與理想氣體相似。

氣相色譜儀與質譜儀兩個多列切換和清洗，使用兩個 FID檢測器，在循環氣體中實現20分鐘的氯甲烷（CH3 Cl），氯乙烷（C2 H3 Cl）循環、氯乙烯（C2 H5 Cl）、烯丙基氯（C3 H5 Cl）、2二氯乙烷（1，2 DCE），檢測精度和范圍可達（0.1～10）×10-6[（0.1～10）ppm]。

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（作者單位：濮陽永金化工有限公司）