石油化工煉廠不凝氣組成分析方法研究

李金龍

（中海油東方石化有限責任公司，海南東方 572600）

煉廠不凝氣是石油化工行業(yè)重要的副產(chǎn)品，關系到煉廠物料平衡、環(huán)境保護、能耗等諸多方面，所以煉廠不凝氣的組成分析就顯得尤為重要。煉廠不凝氣組成分析目前只能采用氣相色譜分析，氫火焰離子化檢測器（FID）和熱導池檢測器（TCD）是石油化工行業(yè)實驗室中最常用的兩種檢測器[1]，但是，由于煉廠不凝氣一般會同時含有永久性氣體，比如氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氣等，以及烴類氣體，如甲烷、丙烷、丙烯等，而氫火焰離子化檢測器（FID）無法檢測永久性氣體組分[2]、熱導池檢測器（TCD）檢出限偏高等原因使煉廠氣不凝氣組成分析一直存在困難，本文將從分析原理、儀器參數(shù)、閥圖設計等方面介紹三種已經(jīng)在實際應用的分析永久性氣體和烴類混合氣體的分析方法。

1 五閥七柱三通道分析煉廠不凝氣

1.1 分析原理

煉廠不凝氣通過串聯(lián)的3只采樣閥進入三個分析通道，烴類、氫氣、永久性氣體分別在三個分析通道中被檢測，通過各組分的響應因子先外標法計算出各組分在各通道中的濃度，最后將三通道測定的各組分含量歸一化，從而得到最后的分析結(jié)果。

1.1.1 烴類通道

樣品先經(jīng)非極性預柱（Column 1），在碳5及以下組分進入氧化鋁柱后，切換閥，使得碳6以上組分從非極性柱洗脫，碳5及碳5以下組分在氧化鋁柱（Column 2）和（Column 1）中得到分離。

1.1.2 氫通道

氫氣和其他組分在前端填高分子微球后端為5A分子篩的聯(lián)合色譜柱（Column 5）中得到分離進入TCD檢測器后，反吹該色譜柱使非氫組分得到放空。

1.1.3 永久性氣體通道

樣品先進高分子微球預柱（Column 3），當硫化氫之前組分流出該柱后，反吹該柱使重組分放空；硫化氫之前組分在高分子微球柱（Column 4）得到分離，二氧化碳之前組分進入13X分子柱（Column 6）后，切換閥5（V5），使高分子微球柱（Column 4）洗脫的二氧化碳、乙烷、乙烯、乙炔、硫化氫在閥5（V5）旁路進入TCD檢測后，再次切換閥5（V5），使13X分子柱（Column 6）中隔離的氧、氮和一氧化碳得到分離進入TCD檢測器。

1.2 閥圖設計

五閥七柱三通道分析煉廠不凝氣閥圖設計如圖1所示。

圖1 五閥七柱三通道分析煉廠不凝氣閥圖設計

1.3 儀器參數(shù)

五閥七柱三通道分析煉廠不凝氣儀器參數(shù)見表1。

表1 五閥七柱三通道分析煉廠不凝氣儀器參數(shù)

2 雙通道分析永久性氣體和烴類組成

2.1 分析原理

煉廠不凝氣通過并聯(lián)的2只采樣閥進入兩個分析通道，氫氣和其他氣體（N2、O2、CH4、CO及CO2）分別在兩個分析通道中被檢測，通過各組分的響應因子先外標法計算出各組分在各通道中的濃度，最后將兩個通道測定的各組分含量歸一化，從而得到最后的分析結(jié)果。

2.1.1 氫氣通道

樣品氣先進入預柱Porapak Q色譜柱，當氫氣進入5A分子篩柱后，切閥，將Porapak Q柱中樣品中除氫以外的其他組分從柱中反吹放空，氫氣從分子篩柱洗脫后，被TCD檢測器檢測，通過保留時間定性，采用外標法定量。

2.1.2 其他氣體通道

樣品氣先進入預柱Porapak Q色譜柱，即當一氧化碳、氮氣、氧氣和甲烷通過5A分子篩分離并進入TCD檢測器后切閥，為避免二氧化碳進入5A分子篩柱，反吹Porapak Q柱使其進入TCD檢測器。通過保留時間定性，外標法定量。

2.2 閥圖設計

2.2.1 氫氣通道閥圖設計

氫氣通道進樣、反吹閥圖設計如圖2所示。

圖2 氫氣通道進樣、反吹閥圖設計

氫氣通道樣品分析閥圖設計如圖3所示。

圖3 氫氣通道樣品分析閥圖設計

2.2.2 其他氣體通道

其他氣體通道進樣閥圖設計如圖4所示。

圖4 其他氣體通道進樣閥圖設計

其他氣體通道樣品分析閥圖設計如圖5所示。

圖5 其他氣體通道樣品分析閥圖設計

2.3 儀器參數(shù)

雙通道分析永久性氣體和烴類組成儀器參數(shù)見表2。

表2 雙通道分析永久性氣體和烴類組成儀器參數(shù)

3 TCD和FID串連分析煉廠不凝氣

3.1 分析原理

將氣態(tài)試樣通過十通閥、四通閥，以時間程序相繼流入3根色譜柱，待測定的各組分相互分離后進入串聯(lián)的熱導池檢測器和氫火焰離子化檢測器，得到各組分的色譜峰，用外標法定量測定各組分的含量，最后將各檢測器得到結(jié)果進行歸一化處理。

3.2 閥圖設計

TCD和FID串連分析煉廠不凝氣氣路設計如圖6所示。

圖6 TCD和FID串連分析煉廠不凝氣氣路圖[3]

3.3 儀器參數(shù)

TCD和FID串連分析煉廠不凝氣儀器參數(shù)見表3。

表3 TCD和FID串連分析煉廠不凝氣儀器參數(shù)

4 討論

五閥七柱三通道分析煉廠不凝氣的方法是目前使用最廣泛、最成熟的方法，幾乎能夠測定煉廠所有的不凝氣組分，但是儀器價格昂貴，閥路系統(tǒng)復雜，維護成品較高。雙通道分析永久性氣體和烴類組成是一種相對簡單的方法，但是能夠分析的組分數(shù)量有限，可以進一步根據(jù)需要進行完善；TCD和FID串連分析煉廠不凝氣的方法難點在于如何將TCD和FID進行完美地串聯(lián)，目前該方法能夠分析大部分煉廠不凝氣，同時通過改變色譜柱和閥圖能夠?qū)崿F(xiàn)更多組分的分析。

5 結(jié)論

三種分析不凝氣組成的方法均是已經(jīng)在使用的成熟方法，滿足不同程度的煉廠不凝氣組成分析需要；通過改變色譜柱、溫度、流速等方式可以衍生出更多的方法，實現(xiàn)更多組分的分析，可以根據(jù)需要和實驗室條件及樣品性質(zhì)選擇采用合適的分析方法。