一種用于煤氣組分和萘含量測(cè)試的氣相色譜儀改造方法

劉 超

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心， 山西 太原 030053)

萘(C10H8)是一種有機(jī)化合物，白色光亮的片狀晶體，易揮發(fā)，有特殊氣味。焦?fàn)t煤氣管道中萘的危害極大，當(dāng)煤氣中萘含量升高時(shí)，凝結(jié)成的片狀結(jié)晶會(huì)在管道中積聚，堵塞管路和其他設(shè)備。此問題在冬季生產(chǎn)過程中表現(xiàn)得更為明顯，特別是煤氣中萘、氨的含量都達(dá)到一定的峰值時(shí)，極易堵塞甲醇廠預(yù)脫硫槽和合成塔，降低催化劑的轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)萘作為一種稠環(huán)烴，在化工生產(chǎn)過程中有著極其重要的作用，是生產(chǎn)合成樹脂、苯酐、增塑劑、染料中間體的重要原材料。因此，煤焦油中萘含量高低的測(cè)定至關(guān)重要。

目前，焦化企業(yè)測(cè)定萘含量普遍采用的是苦味酸法，但苦味酸屬易制爆品，在市場(chǎng)上購置比較困難，各焦化廠基本都是依靠庫存來繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)國標(biāo)GB/T 12208—2008《人工煤氣組分與雜質(zhì)含量測(cè)定方法》中的規(guī)定,選取氣相色譜法代替苦味酸法用于煤氣中萘含量的分析，并在SP-3420A氣相色譜儀原有基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造，最終實(shí)現(xiàn)一臺(tái)氣相色譜儀滿足煤氣組分分析和萘含量分析兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分析的要求。

1 SP-3420A氣相色譜儀升級(jí)改造設(shè)計(jì)思路

原有氣相色譜儀SP-3420A分析焦?fàn)t煤氣中的N2(氮?dú)?、CH4(甲烷)、CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、H2(氫氣差量法)，若要增加萘含量分析實(shí)驗(yàn)，必須對(duì)SP-3420A氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等進(jìn)行升級(jí)改造，使其具備煤氣和萘含量均能分析的功能[1-2].

2 SP-3420A氣相色譜儀升級(jí)改造

2.1 用于萘含量測(cè)定的主要參數(shù)

1) 儀器型號(hào)：氣相色譜儀SP-3420A(北京北分瑞利)。2) 色譜柱：柱管長2 m、內(nèi)徑3 mm的不銹鋼柱管。a) 載體：201紅色載體，酸洗，0.25～0.8 mm(60～80目)。b) 固定液：丁二酸乙二醇聚酯，液相載荷量6.5%. 3) 檢測(cè)器和氫焰集成電路板：增加帶有氫火焰的離子化檢測(cè)器、FID氫焰板。4) 載氣及流速：氮?dú)?40 mL/min)、氫氣(40 mL/min)、空氣(400 mL/min). 5) 柱箱溫度130 ℃、氣化溫度250 ℃、檢測(cè)器溫度140 ℃.

2.2 SP-3420A氣相色譜儀升級(jí)改造內(nèi)容

主要升級(jí)改造氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)。

1) 氣路系統(tǒng)。氣路系統(tǒng)為SP-3420A氣相色譜儀提供穩(wěn)定、潔凈的載氣。增加部分：氣源增加了空氣源和氮?dú)庠矗?dú)立的氣路管道。共用部分：氫氣源。

2) 進(jìn)樣系統(tǒng)。選擇合適的進(jìn)樣器，不同的進(jìn)樣器適配不同狀態(tài)(氣、液)下的試樣。增加部分：增加了自動(dòng)六通閥和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)樣器，氣化室和加熱系統(tǒng)獨(dú)立的氣路管道。

3) 分離系統(tǒng)。分離系統(tǒng)是色譜儀的核心部分。增加部分：201紅色色譜載體，酸洗，0.25～0.18 mm(60～80目)，或使用性能相似的其他載體。

4) 檢測(cè)系統(tǒng)。氫火焰離子化檢測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速。增加部分：FID 檢測(cè)器。

5) 溫度控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)用于測(cè)量和調(diào)節(jié)檢測(cè)器、氣化室、色譜柱的溫度。增加部分：氫火焰控制板。

6) 記錄系統(tǒng)。運(yùn)用記錄檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)，定量數(shù)據(jù)處理，繪制譜圖。增加部分：色譜設(shè)備處理機(jī)。

相關(guān)主要新增配件材料見表1.

表1 相關(guān)主要新增配件材料表

3 改造的技術(shù)重點(diǎn)

3.1 氣路系統(tǒng)

從氣源出口連接氣路至增加的氣體組合閥，氣體組合閥和氣流控制系統(tǒng)相連，出口與氫焰檢測(cè)器的噴嘴相連。H2由噴嘴加入與空氣混合點(diǎn)火燃燒形成氫火焰，通入空氣助燃。增加氮?dú)怃撈坑糜谔峁┹d氣，增加面板壓力表用于顯示萘含量氣路的柱前壓，載氣通過大小過濾器后，將載氣與組合閥、進(jìn)樣器、面板壓力表相連。

色譜柱的安裝：入口端過分流點(diǎn)4～5 cm.保證柱入口端處于汽化室的中央，即汽化室內(nèi)色譜柱與襯管是同軸心。柱后過尾吹點(diǎn)9～10 cm.

氣路流程圖：

載氣氮?dú)怃撈俊鷾p壓閥壓力表→穩(wěn)壓閥→穩(wěn)流閥→轉(zhuǎn)子流量計(jì)→汽化室→色譜柱→檢測(cè)室→放空

空氣發(fā)生器空氣→減壓閥壓力表→穩(wěn)壓閥→穩(wěn)流閥→檢測(cè)→放空

氫氣發(fā)生器空氣→減壓閥壓力表→穩(wěn)壓閥→穩(wěn)流閥→檢測(cè)室→放空

3.2 FID檢測(cè)系統(tǒng)

選取合適位置，在柱箱里增加一個(gè)填充柱和注樣器，并連接放大器。安裝填充柱，注意柱子的連接順序，色譜柱一端有豁口的代表色譜柱氣體入口。填充柱使用前需老化，斷開檢測(cè)器，N2流速10～20 mL/min，以程序升溫的方式緩慢將柱溫升至比使用溫度高20 ℃，但不能高于最高使用溫度，并在此溫度下老化4～8 h[3-5].

增加FID氫焰檢測(cè)板的卡槽，安裝FID氫焰檢測(cè)板，在熱導(dǎo)檢測(cè)器后方打孔安裝FID檢測(cè)器、氫焰檢測(cè)器噴嘴以及色譜柱出氣接頭，用數(shù)據(jù)線連接FID氫焰檢測(cè)板和氫焰檢測(cè)器將信號(hào)線與氫焰檢測(cè)器相連。FID檢測(cè)系統(tǒng)要求靈敏度高、噪音低、線性范圍寬、對(duì)各類物質(zhì)都有訊號(hào)，但對(duì)流速和溫度變化不敏感。

4 SP-3420A氣相色譜儀升級(jí)改造后結(jié)果

采用改造后氣相色譜儀測(cè)定煤氣各組分含量和煤氣中的萘含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果譜圖見圖1，表2，圖2，表3.

圖1 煤氣分析譜圖

由圖1，圖2可知，SP-3420A升級(jí)改造后煤氣含量分析不受影響，能夠正常分析N2、CH4、CO、CO2. SP-3420A升級(jí)改造后萘含量分析采用內(nèi)標(biāo)法結(jié)果為30.86 mg/m3，與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)33.08 mg/m3相比偏差為2.22 mg/m3,該結(jié)果小于GB/T 12208—2008《人工煤氣組分與雜質(zhì)含量測(cè)定方法》中規(guī)定的重復(fù)性要求4.1 mg/m3.

表2 煤氣分析數(shù)據(jù)表

圖2 萘含量分析譜圖

表3 萘含量分析數(shù)據(jù)表

5 結(jié) 語

苦味酸法測(cè)萘含量需用到苦味酸，苦味酸為易制爆藥品，長時(shí)間會(huì)導(dǎo)致慢性中毒。而氣相色譜法萘含量樣品分離的效果更好，精密性更高，更方便快捷(最快30 min即可完成)，較苦味酸法準(zhǔn)確度高，極大提高了檢驗(yàn)檢測(cè)效率。通過對(duì)現(xiàn)有SP-3420A氣相色譜儀的升級(jí)改造，最終使SP-3420A氣相色譜儀同時(shí)具備分析煤氣和萘含量的功能，滿足萘含量測(cè)定需求，節(jié)省了重新購置設(shè)備的費(fèi)用,為焦化行業(yè)相關(guān)企業(yè)分析實(shí)驗(yàn)提供了新思路。