CN103954715A

CN103954715A - 一种用于炼厂气分析的气相色谱仪

Info

Publication number: CN103954715A
Application number: CN201410148676.5A
Authority: CN
Inventors: 薛青松; 薛腾; 王一萌; 何鸣元
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-04-15
Also published as: CN103954715B

Abstract

本发明公开了一种用于炼厂气分析的气相色谱仪，该气相色谱仪包括两个六通阀、一个十二通阀、两个三通截止阀、四根色谱柱、两根定量管、两个阻尼阀及TCD检测器；本发明采用三通截止阀、六通阀、十二通阀、阻尼阀及单TCD检测器组合，通过阀柱切换技术实现对炼厂气组分的分析。本发明可应用于炼油厂、大专院校等对炼厂气组分的分析，操作方便，实用性强，结构简单，成本低廉。

Description

一种用于炼厂气分析的气相色谱仪

技术领域

本发明涉及一种分析催化裂化产物的分析仪器，尤其涉及一种用于炼厂气分析的气相色谱仪。

背景技术

随着炼油工艺的发展和加工深度的提高，加工过程中副产的炼厂气产量也随之增加，研究炼厂气的组成是研究炼油工艺和综合利用炼厂气的基础。但炼厂气的组分复杂，分离分析较为困难。早期采用多台色谱、将结果关联归一化分析炼厂气组成，但其分析效率低，分析成本高且结果误差较大（精细石油化工, 2013, 30(5): 83~86）。上世纪80年代，惠普公司首先开发出了应用于炼厂气分析的四阀五填充柱双TCD检测器的多维气相色谱仪（广东化工, 2012, 39(228): 37~38），利用阀切换技术实现分离和检测过程，极大减少了分析误差和降低了分析成本。之后，相继出现了毛细管柱-填充柱组合或全毛细柱的多维气相色谱分析系统，且在检测器的配置上，出现了多个TCD和FID的组合实例（分析化学, 2000, 28(10): 1263~1266；化学分析计量，2012, 21(5): 67~69）。尽管Agilent公司推出的四阀七柱双TCD+TCD检测器的三通道气相色谱系统为迄今为止最完美的炼厂气分析系统：（1）第一通道，采用十通进样反吹阀、两路气体、两根色谱柱分析氢气；（2）第二通道，采用十通进样反吹阀、两路气体、两根色谱柱分析轻烃组分；（3）第三通道，采用十通进样反吹阀、六通隔离阀、两路气体、三个色谱柱分析永久性气体。但其需要六路气体、七根色谱柱、三个检测器，配置极为复杂，制作成本高昂。因此，目前应用最为广泛的仍为三阀四柱TCD+FID双检测器的炼厂气分析系统（石油化工, 2004, 33(10): 983~986；现代仪器, 2004, 6: 48~51；江西石油化工, 2004, 16(1): 23~26），该系统可成功分离分析CO₂，H₂，CH₄，O₂，N₂，CO，C1~C5，少量C6⁺。但其仍需三路气体、TCD+FID双检测器才能完成对炼厂气的分析。

发明内容

本发明的目的是弥补已有技术的不足，提供一种用于炼厂气分析的气相色谱仪，采用三通截止阀、六通阀、十二通阀、阻尼阀和单TCD检测器组合，仅靠阀切换技术、单次程序升温来实现对炼厂气组分的分析，包括对CO₂、H₂、O₂、N₂、CO、C1~C5及少量C6⁺组分的分析。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于炼厂气分析的气相色谱仪，特点在于该色谱仪包括两个六通阀、一个十二通阀、两个三通截止阀、四根色谱柱、两根定量管、两个阻尼阀及TCD检测器，其中，第一个六通阀的第一通道与第一个三通截止阀右路相连，第一个三通截止阀的中路与载气管线相连，第一个六通阀的第二通道与十二通阀的第一通道相连，第一个六通阀的第三、第六通道分别与第一根定量管的两端相连，第一个六通阀的第四通道为样品入口，第一个六通阀的第五通道与十二通阀的第十通道相连，十二通阀的第二通道与第一根色谱柱的一端相连，第一根色谱柱的另一端与第一个阻尼阀的左端相连，第一个阻尼阀右端与第二个三通截止阀的左路相连，十二通阀的第三通道与第一个三通截止阀的左路相连，十二通阀的第四通道与第二根色谱柱的一端相连，十二通阀的第五、第八通道分别与第三根色谱柱即预切反吹色谱柱的两端相连，十二通阀的第七、第六通道为辅助气的出入口，十二通阀的第九、第十二通道分别与第二根定量管的两端相连，十二通阀的第十一通道为样品的出口，第二根色谱柱的另一端与第二个六通阀的第一通道相连，第二个六通阀的第二、第三通道分别与第四根色谱柱的两端相连，第二个六通阀的第四通道与第二个三通截止阀的右路相连，第二个六通阀的第五、第六通道分别与第二个阻尼阀的两端相连，第二个三通截止阀的中路与TCD检测器相连。

所述的六通阀、十二通阀、三通截止阀、定量管、样品出入口、阻尼阀以及六通阀和十二通阀之间的管线均置于恒温加热箱中，所述四根色谱柱置于柱箱中，恒温加热箱和柱箱的控温范围为室温~350℃。

所述的四根色谱柱中，第一根色谱柱为用于分析C1~C5及少量C6⁺组分的Al₂O₃担体的毛细管色谱柱，第二根色谱柱为用于分析CO₂的Propak Q毛细管色谱柱，第三根色谱柱为用于预切反吹C2⁺组分的Propak Q毛细管色谱柱，第四根为用于分析H₂、O₂、N₂、CH₄、CO的5A分子筛毛细管色谱柱。

所述四根色谱柱也可选用相同填料的填充色谱柱。

本发明的气相色谱仪仅采用两路气体、一个TCD检测器、一次程序升温、通过调节阀切换时间来实现对汽油柴油催化裂化产物烃类组分的分析，最后经色谱工作站进行数据处理。

本发明的气相色谱仪的制作只需将市场上通用的单进样口和单TCD检测器的气相色谱仪进行改装，在气相色谱仪的上方加装一路反吹气体和一个恒温加热箱，将三通截止阀、六通阀、十二通阀、阻尼阀及定量管等管线置于所述恒温加热箱中，采用1/16英寸的316不锈钢管线将柱箱中的色谱柱连接至恒温加热箱中的各个阀的相应位置上，另增加一路反吹气。

本发明的气相色谱仪在对炼厂气组分分析时，通过切换三通截止阀、十二通阀及六通阀，在 CO₂组分进入第二根色谱柱而C2及以上重组分仍在第三根色谱柱中时开始反吹C2及以上重组分；当CO进入第四根色谱柱而CO₂仍在第三根色谱柱时，CO₂先经第二个阻尼阀进入检测器进行检测；然后，分析滞留在第四根色谱柱中的H₂、O₂、N₂、CH₄、CO等组分；最后通过第一根色谱柱分析C1~C5轻烃组分及少量C6⁺组分。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）同以往的需要三路气体的三阀四柱TCD+FID双检测器的气相色谱仪相比，本发明只需一台配置两路气体、一个TCD检测器的气相色谱仪就可实现对炼厂气组分的分析。

（2）将十二通阀运用到模块化阀柱色谱系统中，替代传统的六通阀，集采样和柱选择等用途于一体，不仅极大节约了成本，操作也趋于简单化。

本发明的气相色谱仪特别适合炼油厂、大专院校等对炼厂气组分的分析，也可通过更换色谱柱等操作用于分析其它复杂气体组分，操作方便，实用性强，结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明待机状态和分析C1~C5及少量C6⁺组分的结构示意图；

图2为本发明采集CO₂、H₂、O₂、N₂、CH₄、CO组分的结构示意图；

图3为本发明的反吹、永久气体组分的分离及除CO₂外的永久气体检测的结构示意图；

图4为本发明检测CO₂的结构示意图；

图5为本发明采集C1~C5及少量C6⁺组分的结构示意图；

图6为本发明分析炼厂气组分的色谱图。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括左六通阀、十二通阀、定量管1和定量管2、一根用于预切反吹色谱柱3、右六通阀、三通截止阀1、三通截止阀2、色谱柱1、色谱柱2、色谱柱4、阻尼阀1和阻尼阀2；载气和辅助气均选用高纯氦气；TCD检测器为市场上通用的热导池检测器；具体工作时，工作站可选用市场上通用的色谱工作站，比如浙江智达N2000或N3000。

本发明中，左六通阀的通道1与三通截止阀1右路相连，三通截止阀1的中路同载气管线相连，左六通阀通道2与十二通阀通道11相连，左六通阀的通道3和6分别与定量管1的两端相连，左六通阀通道4为样品入口，左六通阀通道5与十二通阀通道20相连，十二通阀通道12与色谱柱1的一端相连，色谱柱1的另一端与阻尼阀1的一端相连，阻尼阀1的另一端与三通截止阀2的左路相连，十二通阀通道13与三通截止阀1的左路相连，十二通阀通道14与色谱柱2的一端相连，十二通阀通道15和18分别与色谱柱3的两端相连，十二通阀通道17和16为辅助气的出入口，十二通阀通道19和22分别与定量管2的两端相连，十二通阀通道21为样品的出口，色谱柱2的另一端与右六通阀通道31相连，右六通阀通道32与色谱柱4的一端相连，色谱柱4的另一端与右六通阀通道33相连，右六通阀通道34与三通截止阀2的右路相连，右六通阀通道35和36分别与阻尼阀2的两端相连，三通截止阀2的中路同TCD检测器相连，检测器的信号经色谱工作站进行处理。

所述的左六通阀、右六通阀、十二通阀、三通截止阀、定量管、样品出入口以及六通阀和十二通阀之间的管线均置于恒温加热箱中，所述四根色谱柱置于柱箱中，恒温加热箱和柱箱的控温范围为室温~350 ℃。

所述的色谱柱中，色谱柱1为用于分析C1~C5及少量C6⁺组分的Al₂O₃担体的毛细管色谱柱，选用HP-AL/S，规格为50 m （长） * 0.53 mm （外径） * 15 μm （膜）；色谱柱2为用于分析CO₂的Propak Q毛细管色谱柱，选用HP-PLOT/Q，规格为30 m （长） * 0.53 mm （外径） * 40 μm （膜）；色谱柱3为用于预切反吹C2⁺组分的Propak Q毛细管色谱柱，选用HP-PLOT/Q，规格为2 m （长） * 0.53 mm （外径） * 40 μm （膜）；色谱柱4为用于分析H₂、O₂、N₂、CH₄、CO的5A分子筛毛细管色谱柱，选用HP-MOLESIEVE，规格为30 m （长） * 0.53 mm （外径） * 25 μm （膜）。

实施例

参阅图1，本发明处于待机状态或分析C1~C5及少量C6⁺组分，载气He回路为：载气入口→三通截止阀1中路→三通截止阀1右路→左六通阀通道1→左六通阀通道2→十二通阀通道11→十二通阀通道12→色谱柱1→阻尼阀1→三通截止阀2左路→三通截止阀2中路→TCD检测器；样品回路为：左六通阀通道4→左六通阀通道3→定量管1→左六通阀通道6→左六通阀通道5→十二通阀通道20→十二通阀通道19→定量管2→十二通阀通道22→十二通阀通道21；反吹回路为：辅助气入口→十二通阀通道16→十二通阀通道15→色谱柱3→十二通阀通道18→十二通阀通道17；在柱选择中从三通截止阀1至色谱柱2再到三通截止阀2的详细路线为：三通截止阀1左路→十二通阀通道13→十二通阀通道14→色谱柱2→右六通阀通道31→右六通阀通道32→色谱柱4→右六通阀通道33→右六通阀通道34→三通截止阀2右路；阻尼阀2回路为：右六通阀通道36→阻尼阀2→右六通阀通道35。

参阅图2，切换十二通阀和三通截止阀2至如图2所示位置实现CO₂、H₂、O₂、N₂、CH₄、CO组分的在线采样，载气He回路为：载气入口→三通截止阀1中路→三通截止阀1右路→左六通阀通道1→左六通阀通道2→十二通阀通道11→十二通阀通道22→定量管2→十二通阀通道19→十二通阀通道18→色谱柱3→十二通阀通道15→十二通阀通道14→色谱柱2→右六通阀通道31→右六通阀通道32→色谱柱4→右六通阀通道33→右六通阀通道34→三通截止阀2右路→三通截止阀2中路→TCD检测器；样品回路为：左六通阀通道4→左六通阀通道3→定量管1→左六通阀通道6→左六通阀通道5→十二通阀通道20→十二通阀通道21；反吹回路为：辅助气入口→十二通阀通道16→十二通阀通道17；在柱选择中从三通截止阀1至色谱柱1再到三通截止阀2的详细路线为：三通截止阀1左路→十二通阀通道13→十二通阀通道12→色谱柱1→阻尼阀1→三通截止阀2左路；阻尼阀2回路为：右六通阀通道36→阻尼阀2→右六通阀通道35。

参阅图3，切换十二通阀和三通截止阀1至如图3所示位置实现反吹、永久气体组分的分离及除CO₂外的永久气体检测，载气He回路为：载气入口→三通截止阀1中路→三通截止阀1左路→十二通阀通道13→十二通阀通道14→色谱柱2→右六通阀通道31→右六通阀通道32→色谱柱4→右六通阀通道33→右六通阀通道34→三通截止阀2右路→三通截止阀2中路→TCD检测器；样品回路、反吹回路及阻尼阀2回路同图1；在柱选择中从三通截止阀1至色谱柱1再到三通截止阀2的详细路线为：三通截止阀1右路→左六通阀通道1→左六通阀通道2→十二通阀通道11→十二通阀通道12→色谱柱1→阻尼阀1→三通截止阀2左路。

参阅图4，切换右六通阀至如图4所示位置实现对CO₂组分的检测，载气He回路为：载气入口→三通截止阀1中路→三通截止阀1左路→十二通阀通道13→十二通阀通道14→色谱柱2→右六通阀通道31→右六通阀通道36→阻尼阀2→右六通阀通道35→右六通阀通道34→三通截止阀2右路→三通截止阀2中路→TCD检测器；样品回路及反吹回路同图1；在柱选择中从三通截止阀1至色谱柱1到三通截止阀2的详细路线为：三通截止阀1右路→左六通阀通道1→左六通阀通道2→十二通阀通道11→十二通阀通道12→色谱柱1→阻尼阀1→三通截止阀2左路；色谱柱4回路为：右六通阀通道32→色谱柱4→右六通阀通道33。

参阅图5，切换左六通阀、右六通阀、三通截止阀1、三通截止阀2至如图5所示位置实现C1~C5及少量C6⁺组分的采样，载气He回路为：载气入口→三通截止阀1中路→三通截止阀1右路→左六通阀通道1→左六通阀通道6→定量管1→左六通阀通道3→左六通阀通道2→十二通阀通道11→十二通阀通道12→色谱柱1→阻尼阀1→三通截止阀2左路→三通截止阀2中路→TCD检测器；样品回路为：左六通阀通道4→左六通阀通道5→十二通阀通道20→十二通阀通道19→定量管2→十二通阀通道22→十二通阀通道21；反吹回路、阻尼阀2回路、在柱选择中从三通截止阀1至色谱柱2再到三通截止阀2的详细路线同图1。

如图6所示，分析炼厂气组分的色谱图是在以下条件下实现的：恒温加热箱的温度设置为80 ℃ ；柱箱的升温程序为60 ℃停留10 min，以20℃ /min升温至130 ℃ ，停留12 min，再以25 ℃/min升温至150 ℃，停留30.7 min；在切换十二通阀和三通截止阀2至如图2所示位置时开始启动色谱仪的运行程序；待色谱程序运行0.23 min后切换十二通阀和三通截止阀1至如图3所示位置；待色谱程序运行2.6 min后切换右六通阀至如图4所示位置；待色谱程序运行3.6 min后切换右六通阀至如图3所示位置；待色谱程序运行9.8 min后切换左六通阀、三通截止阀1、三通截止阀2至如图5所示位置；待色谱程序运行10.3 min后之切换左六通阀至如图1所示位置直至色谱程序运行结束。

Claims

1.一种用于炼厂气分析的气相色谱仪，其特征在于该色谱仪包括两个六通阀、一个十二通阀、两个三通截止阀、四根色谱柱、两个定量管、两个阻尼阀及TCD检测器，其中，第一个六通阀的第一通道与第一个三通截止阀右路相连，第一个三通截止阀的中路与载气管线相连，第一个六通阀的第二通道与十二通阀的第一通道相连，第一个六通阀的第三、第六通道分别与第一根定量管的两端相连，第一个六通阀的第四通道为样品入口，第一个六通阀的第五通道与十二通阀的第十通道相连，十二通阀的第二通道与第一根色谱柱的一端相连，第一根色谱柱的另一端与第一个阻尼阀的左端相连，第一个阻尼阀右端与第二个三通截止阀的左路相连，十二通阀的第三通道与第一个三通截止阀的左路相连，十二通阀的第四通道与第二根色谱柱的一端相连，十二通阀的第五、第八通道分别与第三根色谱柱即预切反吹色谱柱的两端相连，十二通阀的第七、第六通道为辅助气的出入口，十二通阀的第九、第十二通道分别与第二根定量管的两端相连，十二通阀的第十一通道为样品的出口，第二根色谱柱的另一端与第二个六通阀的第一通道相连，第二个六通阀的第二、第三通道分别与第四根色谱柱的两端相连，第二个六通阀的第四通道与第二个三通截止阀的右路相连，第二个六通阀的第五、第六通道分别与第二个阻尼阀的两端相连，第二个三通截止阀的中路与TCD检测器相连。

2.根据权利要求1所述的用于炼厂气分析的气相色谱仪，其特征在于所述的六通阀、十二通阀、三通截止阀、定量管、样品出入口、阻尼阀以及六通阀和十二通阀之间的管线均置于恒温加热箱中，所述四根色谱柱置于柱箱中，恒温加热箱和柱箱的控温范围为室温~350℃。

3.根据权利要求1所述的用于炼厂气分析的气相色谱仪，其特征在于所述的四根色谱柱中，第一根色谱柱为用于分析C1~C5及少量C6⁺组分的Al₂O₃担体的毛细管色谱柱，第二根色谱柱为用于分析CO₂的Propak Q毛细管色谱柱，第三根色谱柱为用于预切反吹C2⁺组分的Propak Q毛细管色谱柱，第四根为用于分析H₂、O₂、N₂、CH₄、CO的5A分子筛毛细管色谱柱。