CN2585232Y - 丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置。主要解决以往技术中存在丙烯氨氧化反应产物只能由酸溶液吸收后分别采用色谱分析和化学滴定法测定，操作繁琐，劳动强度大，分析时间长，不能实现装置自动化，也没有在线分析装置的问题。本实用新型通过采用将在分析装置分为采样系统和分离定量系统，其中分离定量系统由三根色谱柱、双切换阀、双检测器以及两路载气构成，通过两次气体直接进样，第一次完成氨组分含量，第二次完成定量丙烯腈、氢氰酸、丙烯醛、乙腈和丙烯酸组分，且将六通阀、四通阀由时间程序控制的技术方案，较好地解决了该问题，可用于丙烯腈工业生产的自动化在线分析中。

Description

丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置

                            技术领域

本实用新型涉及一种氨氧化反应产物的在线分析装置，特别是关于一种用于丙烯腈合成气中可溶性组分的在线分析装置。

                            背景技术

丙烯腈是重要的基本有机化工原料，是三大合成材料的重要单体之一。1960年美国标准油公司(Standard Oil Co.)开发成功丙烯氨氧化法生产丙烯腈，即以丙烯、氨和空气为原料，在流化床反应器中经钼-铋催化剂催化，直接合成丙烯腈。由于丙烯氨氧化法具有明显的技术经济优势，目前已成为唯一的丙烯腈生产方法。

丙烯腈生产过程中的合成气是丙烯氨氧化反应器出口气体，主要含有O₂、N₂、CO、CO₂、C₂ ^＝(乙烯)、C₃ ^＝(丙烯)、C₃ ⁰(丙烷)、NH₃、H₂O、AN(丙烯腈)、HCN(氢氰酸)、ACL(丙烯醛)、ACN(乙腈)、AA(丙烯酸)等组分。对丙烯腈合成气的分析是生产过程控制和评价催化剂的重要依据。目前采用的分析方法是用酸溶液吸收丙烯腈合成气，然后分别分析尾气(不溶性组分)和吸收液(可溶性组分)，其中HCN和NH₃由化学滴定法测定。[龚永强，鲁刚；色谱，16(2)，155-156，1998.龚永强，徐秀林，鲁刚；分析化学，26(4)，492，1998.于桂霞，陈红军；色谱，12(1)，76-77，1994.孙云鹏，孙传经；色谱，15(1)，83-84，1996.]这种分析方法操作繁琐，劳动强度大，且分析时间长，极大地影响了工业装置的自动控制和调节，也制约了丙烯腈催化剂评价装置的自动化。在线分析是解决上述问题的有效途径，其中不溶性组分的在线分析易于实现，关键是解决可溶性组分包括HCN、NH₃以及AA在内的全组分在线分析。关于丙烯腈合成气全组分在线分析未见报导，部分组分的在线分析仅有少量报导。

                            发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是以往技术中存在丙烯氨氧化反应产物只能由酸溶液吸收后分别采用色谱分析和化学滴定法测定，操作繁琐，劳动强度大，分析时间长，不能实现装置自动化操作，同时也没有丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置介绍的问题，提供一种新的丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置。该装置具有能实现丙烯氨氧化反应产物的在线分析，分析快速、操作简便、劳动强度低的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置，由采样系统和分离定量系统两部分组成，采样系统由高温球阀4、普通球阀5、吹扫气罐6、定量管8和六通阀9组成，分离定量系统由载气钢瓶10、四通阀12、预分离柱11、色谱柱13、热导检测器、色谱柱14和氢火焰检测器组成，六通阀9作为进样阀和定量管8的两端相连接；吹扫气罐6经普通球阀5后的管路与经高温球阀4后的管路并联后连接到与定量管一端相通的六通阀9上，与定量管8另一端相通的六通阀9接口与放空管相连，六通阀9的另外两个端口分别连接一路载气管路和预分离柱11，四通阀12的两个端口分别与预分离柱11的另一端和色谱柱13相连接，色谱柱[13]的另一端与热导检测器相连接；四通阀12的另外两个端口分别与载气管路和色谱柱14相连接，色谱柱14的另一端与氢火焰检测器相连，其中色谱柱13是用于分离定量氨组分，色谱柱14是用于分离定量丙烯腈、氢氰酸、丙烯醛、乙腈和丙烯酸组分，六通阀9和四通阀12分别由时间程序控制。

上述技术方案中，吹扫气罐6优选方案为氮气钢瓶，载气钢瓶10优选方案为氦气钢瓶。在线分析反应产物时，第一次样品气依次经定量管8、六通阀9、预分离柱11粗分，低沸点组分进入四通阀12，经色谱柱13分离定量，热导检测器检测出氨组分含量；第二次样品气依次经定量管8、六通阀9、预分离柱11、四通阀12、色谱柱14分离定量，氢火焰检测器检测丙烯腈、氢氰酸、丙烯醛、乙腈和丙烯酸组分含量。

本实用新型的在线分析装置由采样系统和分离定量系统即色谱系统两部分构成，通过两次气体直接进样，由一个多维色谱系统完成了NH₃、AN(丙烯腈)、HCN(氢氰酸)、ACL(丙烯醛)、ACN(乙腈)、AA(丙烯酸)等组分的在线分析。

采样系统中丙烯腈合成气不经过溶液吸收，由定量管实现气体直接进样。采样管路以及进样阀的温度控制在180～250℃之间，以防止水分冷凝并减少聚合反应的发生。进样结束后，用氮气吹扫进样管路，以防管路堵塞。

色谱系统是一个多维气相色谱系统，通过两次进样实现NH₃、AN(丙烯腈)、HCN(氢氰酸)、ACL(丙烯醛)、ACN(乙腈)、AA(丙烯酸)等组分的分析。第一次进样分析NH₃等组分，第二次进样分析AN、HCN、ACL、ACN、AA等组分。第一次进样后，样品首先被载气带入预分离色谱柱11中，它将样品按沸点高低粗分，低沸点组分包括O₂、N₂、CO、CO₂、C₂ ^＝(乙烯)、C₃ ^＝(丙烯)、C₃ ⁰(丙烷)、NH₃等组分由四通阀12切入色谱柱13中分离，并由热导检测器检测，其余组分切入色谱柱14流出，以保护色谱柱13。第二次进样时将四通阀12置于ON的位置，此时相当于色谱柱11和色谱柱14串联，样品流经这两根色谱柱以分离AN、HCN、ACL、ACN、AA等组分，并由氢火焰检测器检测。

丙烯腈合成气中可溶性组分的在线分析装置见图1，它由采样系统和色谱分析系统两部分构成。色谱分析系统包括两路载气、双阀、三根色谱柱以及两个检测器，连接方法如图1所示。六通阀9、四通阀12由时间程序控制。

本实用新型提供的丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置，由于采用气体直接进样，由一个多维色谱系统完成NH₃、AN(丙烯腈)、HCN(氢氰酸)、ACL(丙烯醛)、ACN(乙腈)、AA(丙烯酸)等组分的在线分析，避免了传统分析方法的吸收过程以及NH₃和HCN的化学滴定分析，操作简便，降低了劳动强度，提高了工作效率，且整个分析系统装置易于实现自动化，取得了较好的技术效果。

                            附图说明

图1是本实用新型的流程图，其中虚线框I为采样部分，虚线框II为色谱分离部分。

图2是NH₃等组分的分离色谱图。

图3是AN、HCN、ACL、ACN、AA等组分的分离色谱图。

图1中：1为丙烯腈合成反应器、2为原料气、3为反应气出口、4为高温球阀、5为普通球阀、6为普氮钢瓶、7为放空、8为定量管、9为六通阀、10为载气钢瓶、11为色谱柱、12为四通阀、13为色谱柱、14为色谱柱，TCD为热导检测器，FID为氢火焰检测器。

六通阀和四通阀中实线表示阀处于OFF状态，虚线表示ON状态。

图2中各色谱峰依次为空气峰(4.130)、NH₃(5.570)、C₃ ^＝(5.819)、C₃ ⁰(5.978)。

图3中各色谱峰依次为ACL(8.239)、AN(12.004)、ACN(12.331)、HCN(12.666)、AA(22.452)。

下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述。

                          具体实施方式【实施例1】

参照附图1，使用的气相色谱仪为HP4890D，配有双阀、TCD和FID两个检测器以及两个毛细管进样口以提供两路载气。载气为高纯He。色谱柱11为WAX 30米×0.32毫米×0.25微米，色谱柱13为Pora-PLOT Amines 25米×0.32毫米×10微米，色谱柱14为FFAP50米×0.32毫米×0.50微米。安装上述流程时，应采取合适的毛细管柱与阀连接方式，以尽可能减小系统死体积。

色谱条件如下：

柱头压A(连四通阀12)：87KPa；

柱头压B(连六通阀9)：145KPa；

TCD：温度，250℃；辅助气流量，3.4毫升；参考气流量，15.0毫升；

FID：温度，250℃；辅助气流量，19.0毫升；空气流量，350毫升；氢气流量，20.5毫升；

毛细管分流进样器，分流比：40∶1；

进样量：250微升；

预备进样时，六通阀9处于OFF状态。打开球阀4，样品气即丙烯腈合成气流经定量管8至放空。当样品气冲洗定量管约1分钟后，将六通阀9置于ON状态，样品即由载气带入色谱柱进行分析。然后，关闭球阀4并打开球阀5，用氮气冲洗进样管路约3分钟后，再关闭球阀5，就完成了一次进样过程。进样管路，包括六通阀9都保持在200℃以上。

分析NH₃时，色谱炉温度置于恒温110℃，进样2.8分钟后，将四通阀12由OFF状态切换到ON状态。分离色谱图见图2。

分析AN等组分时，色谱炉温度初始温度50℃(10分钟)，升温速率40℃/分钟，终点温度190℃(12分钟)。四通阀12置于ON状态。分离色谱图见图3。

由分离色谱图2和图3可见，各组分分离良好且峰形对称，完全适合于色谱定量分析。

Claims (3)

1、一种丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置，由采样系统和分离定量系统两部分组成，其特征在于采样系统由高温球阀[4]、普通球阀[5]、吹扫气罐[6]、定量管[8]和六通阀[9]组成，分离定量系统由载气钢瓶[10]、四通阀[12]、预分离柱[11]、色谱柱[13]、热导检测器、色谱柱[14]和氢火焰检测器组成，六通阀[9]作为进样阀和定量管[8]的两端相连接；吹扫气罐[6]经普通球阀[5]后的管路与经高温球阀[4]后的管路并联后连接到与定量管一端相通的六通阀[9]上，与定量管[8]另一端相通的六通阀[9]接口与放空管相连，六通阀[9]的另外两个端口分别连接一路载气管路和预分离柱[11]，四通阀[12]的两个端口分别与预分离柱[11]的另一端和色谱柱[13]相连接，色谱柱[13]的另一端与热导检测器相连接；四通阀[12]的另外两个端口分别与载气管路和色谱柱[14]相连接，色谱柱[14]的另一端与氢火焰检测器相连，其中色谱柱[13]是用于分离定量氨组分，色谱柱[14]是用于分离定量丙烯腈、氢氰酸、丙烯醛、乙腈和丙烯酸组分，六通阀[9]和四通阀[12]分别由时间程序控制。

2、根据权利要求1所述丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置，其特征在于吹扫气罐[6]为氮气钢瓶，载气钢瓶[10]为氦气钢瓶。

3、根据权利要求1所述丙烯氨氧化反应产物的在线分析装置，其特征在于在线分析反应产物时，第一次样品气依次经定量管[8]、六通阀[9]、预分离柱[11]粗分，低沸点组分进入四通阀[12]，经色谱柱[13]分离定量，热导检测器检测出氨组分含量；第二次样品气依次经定量管[8]、六通阀[9]、预分离柱[11]、四通阀[12]、色谱柱[14]分离定量，氢火焰检测器检测丙烯腈、氢氰酸、丙烯醛、乙腈和丙烯酸组分含量。

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