氣相色譜永久性氣體分析應(yīng)用實(shí)例

向晉紅

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

1 方法背景

對經(jīng)殼牌氣化爐熱解后未經(jīng)凈化的高溫煤氣進(jìn)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(jìn)行準(zhǔn)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(jìn)行配置改善，完成氣體中硫化物的準(zhǔn)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(jìn)樣閥、一個六通隔離閥和一個十通反吹閥；兩根Porapak Q預(yù)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?yàn)椋呵安啃盘?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(shí)現(xiàn)硫化物組分的出峰檢測。首先提高柱箱的運(yùn)行參數(shù)60 ℃提升至80 ℃，其次調(diào)整閥2動作的時間在CO2出峰后，適當(dāng)延后關(guān)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(shí)現(xiàn)了硫化物的分析。優(yōu)化操作參數(shù)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(yōu)化操作參數(shù)后的分析譜圖

組分出峰順序?yàn)椋呵安啃盘?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(zhǔn)確。多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(jié)合樣品氣的形態(tài)特征及色譜資料分析，初步認(rèn)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(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。為驗(yàn)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(fā)現(xiàn)在目標(biāo)峰處有出峰現(xiàn)象。經(jīng)反復(fù)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(zhǔn)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(dāng)延后，避免干擾硫化氫出峰，在實(shí)際應(yīng)用過程中未能達(dá)到預(yù)想的分離效果；進(jìn)而想通過十通閥進(jìn)行反吹，將樣品氣中的水分在進(jìn)行柱分離后進(jìn)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(jìn)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(nèi)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(yōu)化后的氣路閥圖，如圖4所示。

圖4 儀器配置優(yōu)化后的氣路閥圖

目標(biāo)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(yōu)化儀器配置后的色譜峰形圖，如圖5所示。

4) 使用氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析，繼續(xù)優(yōu)化閥事件和柱箱溫度，保證每個組分都得到比較滿意和穩(wěn)定的峰形。采用峰面積進(jìn)行定量，建立線性關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線，各組分線性方程相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.999以上。

圖5 優(yōu)化儀器配置后的色譜峰形圖

3 結(jié)語

通過改善GC配置和操作參數(shù)，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(jié)果的準(zhǔn)確性。