氣相色譜永久性氣體分析應用實例

向晉紅

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200)

1 方法背景

對經殼牌氣化爐熱解后未經凈化的高溫煤氣進行組成分析。原料煤多采用高硫煤，硫含量在2%左右，合成粗煤氣中含少量的硫化氫和羰基硫成分，樣品在采取過程中帶少量水分。對樣品氣中的硫化氫和羰基硫的含量進行準確定量，對下游凈化裝置脫硫有重要的影響意義。

本方法通過對永久性氣體分析儀進行配置改善，完成氣體中硫化物的準確定量工作。

儀器初始配置：色譜分析儀配置兩個TCD檢測器；一個六通氣體進樣閥、一個六通隔離閥和一個十通反吹閥；兩根Porapak Q預分離柱，兩根MolSieve 5A分子篩柱；色譜操作條件為柱溫60 ℃。

色譜閥圖如圖1所示。永久性氣體出峰譜圖(不含硫化物)，如圖2所示。

圖1 色譜圖

出峰順序為：前部信號-CO2、Ar、N2、CH4、CO；后部信號-H2。

2 思路過程

1) 通過改變儀器操作條件實現硫化物組分的出峰檢測。首先提高柱箱的運行參數60 ℃提升至80 ℃，其次調整閥2動作的時間在CO2出峰后，適當延后關閉閥2，使氣體中的硫化氫和羰基硫組分可以分離并檢測出峰，實現了硫化物的分析。優化操作參數后的分析譜圖，如圖3所示。

圖2 永久性氣體出峰譜圖

圖3 優化操作參數后的分析譜圖

組分出峰順序為：前部信號-CO2、C2H4、C2H6、H2S、COS、Ar、N2、CH4、CO；后部信號-H2。

2) 在分析低濃度硫化氫時，硫化氫峰形拖尾，含量定量不準確。多次試驗發現硫化氫峰形后還有一個未知峰，兩個組分出峰時間接近且有重疊趨勢。

結合樣品氣的形態特征及色譜資料分析，初步認為是樣品中水分的存在造成了硫化氫的峰形變化，并對定量結果產生了一定的影響。為驗證這一推測，我們使用100 mL玻璃注射器取適量水蒸氣注入到色譜儀中，發現在目標峰處有出峰現象。經反復論證，確定了該位置是由于水分的存在而造成的，水分的存在干擾了硫化氫的定量準確性。

3) 解決水峰的干擾。我們增加了兩根Porapak N柱，替換了一根Porapak Q柱，期望通過Porapak N柱的分離，使水的出峰時間適當延后，避免干擾硫化氫出峰，在實際應用過程中未能達到預想的分離效果；進而想通過十通閥進行反吹，將樣品氣中的水分在進行柱分離后進入檢測器前被反吹掉。通過更改氣路連接和改善閥事件，同時避免樣品氣中的重組分進入到5A分子篩中，尤其CO2會吸附在5A柱子的固定相中，使柱子失活，降低柱效，損毀色譜柱。采用一根TDX-01的柱子替代5A分子篩柱，這樣就滿足了在兩個通道內完成所有組分的分離需求，且避免了水分的干擾。儀器配置優化后的氣路閥圖，如圖4所示。

圖4 儀器配置優化后的氣路閥圖

目標峰的出峰順序：前部信號-H2后部信號-CO2、C2H4、C2H6、H2S、COS、Ar、N2、CH4、CO。優化儀器配置后的色譜峰形圖，如圖5所示。

4) 使用氣體標準物質進行數據驗證分析，繼續優化閥事件和柱箱溫度，保證每個組分都得到比較滿意和穩定的峰形。采用峰面積進行定量，建立線性關系標準曲線，各組分線性方程相關系數可達到0.999以上。

圖5 優化儀器配置后的色譜峰形圖

3 結語

通過改善GC配置和操作參數，解決樣品中低濃度硫化氫和羰基硫的含量分析，解決樣品中帶微量水分的出峰干擾問題，保證定量結果的準確性。