炼厂气中烷烃、烯烃以及氢气和少量氮气、二氧化碳 等气检测方案(气相色谱仪)

2 检测器(FID)3 李景林刘文民梁立娜 赛默飞世尔科技(中国)有限公司 关键词：：气相色谱；炼厂气分析仪；控温阀箱 Key words： Gas chromatography (GC)； refinery gas analyzer(RGA)； valvebox with temperature control 引言 炼厂气是石油炼制过程中副产的气体烃，它主要来源于加氢裂化、催化重整、加氢精制等过程。不同来源的炼厂气，其成分、含量也各有差异。但其主要成分为碳四(C4)以下的烷烃、烯烃以及氢气和少量氮气、二氧化碳等气体。而炼厂气中的烷烃、烯烃经气体分馏装置后，成为具有很高经济价值的聚乙烯聚丙烯等化工品的原料或LPG等清洁能源，所以炼厂气加工是石油炼厂的重要任务。而加工流程的选择取决于炼厂气的产量、组成和产品要求，因此炼厂气分析是石化项目中很重要的色谱分析。 传统的炼厂气分析仪已经使用了很多年，它通常的配置是使用两个热导检测器(TCD)，四个气体阀，一次进样分析时间大约40分钟左右。但是随着石化装置的大型化以及工艺链的延长，化验室炼厂气样品品量明显增多，而同时人工成本在不断的增加，实验室人员逐渐减少。因此，用户迫切需要缩短炼厂气分析时间、提高炼厂气系统分析效率，减少维护的时间和成本。 赛默飞快速炼厂气分析系统，满足了用户以上的要求。首先它将传统的四阀五柱，两个分析通道、顺序分离各组分的分析方式，修改为三个分析通道同时进样、同时分析，整个分析时间仅为7分钟左右。其次，针对炼厂气色谱柱多(5个以上)，老化温度不同，从而导致维护复杂的特点，提供两个具有独立控温的柱箱。一个柱箱安装阀和预柱，作为阀箱；另一个安装主分析柱，作为柱箱。老化色谱柱时，阀箱和柱箱可以采用不同的温度，避免了拆卸色谱柱所带来的困扰，提高了实验室效率。 此外，做为炼厂气的扩展分析，在额外配备了两个液体阀后，可以满足GPA 2261方法分析热值。这两个分析可以独立完成，也可以合并分析。 仪器 快速炼厂气分析仪的外观如图1所示，侧面板安装的阀箱放置了所有气体阀、液体阀以及阀的驱动器。阀箱同时可以放置色谱柱，用于恒温分析(图2)。而色谱柱箱中可以放置主分析柱，可以用于程序升温(图3)。阀箱和色谱柱箱，在分析过程中温度可以独立控制，互不干扰。详细的流路图请参考图4。 图1.快速炼厂气分析仪的外观 图2.阀箱 图3.色谱柱箱 Liquid Sample In 图4.快速炼厂气分析流路图 在快速炼厂气分析中共有三个通道。通道一FID用于分析C2-C5的烷烃、烯烃和部分炔烃以及C6以上组分。当C6前的组分流出RTX-1预柱后，阀1(V1)反吹，将C6+做为合峰在FID检测， 而C2-C5的组分通过一根AIOs毛细柱进行分离；通道二TCD-1用于H，组分分析。当H，和部分N，流流出出P预柱后，切换阀2(V2)，使得其余组分反吹放空，而H，通过MS-5A色谱柱进行检测；通道三TCD-2用于检测其他永久气体，当CO，通过预柱后，立刻反吹阀3(V3)放空其他组分。使得CO，以及其他永久气体通过阀2(V2)后在TCD上检测。 热值分析 总的热值是根据液化气中分离的不同组分，计算组分的摩尔百分含量，依靠摩尔百分含量来计算热值。使用阀5或是阀1将固定体积的液体或是气体样品带入分析柱中。液体或气体样品首先进入RTX-1的预柱中，该预柱串联AIO的的主分析柱。预柱将保留C6+组分，使得轻组分进入分析柱中。大约0.2 min后阀1切换，使得预柱反吹组分进入FID检测器，而同时主分析柱中的组分，顺序分离，再次经过预柱进入FID中进行检测。 气相色谱分析条件、阀切换时间及色谱柱信息如表1~3所示。所使用的标准气体浓度，如表4所示。 表1.气相色谱分析条件 进样口|(PKD、SSL) Left TCD Right TCD Block Temperature 200℃ 200℃ Transfer Temperature 190℃ 190℃ Filament Temperature 350℃ 350℃ Max Filament 350℃ 350℃ Temperature Aux1(N2) Make-Up Flow 5mL/min 6mL/min Reference Flow 30mL/min 30mL/min Aux3(He) 0.11Mpa 表4标准气体浓度 Aux FID Base Temperature 180℃ Ignition Threshold(pA) 2.0 Air 350mL/min H2 35mL/min Make up 30mL/min(N2) Range 100(3) 色谱柱箱(Oven) Initial Temperature 60℃ Initial Time 1.20min Ramp1 20C/min Final temp) 1 1 120℃ Ramp2 30℃/min Final temp 2 180℃ Final time 2 1.80min Valve Oven Temperature 116℃ 表2阀切换时间表 阀切时间 阀号 状态 0.01 V1 ON 0.21 V1 OFF 0.01 V2 ON 0.55 V2 OFF 0.01 V3 ON 1.28 V3 OFF 0.80 V4 ON 1.28 V4 OFF 编号 成分 浓度(%，V/V) 1 甲烷完 5.99 2 乙烷 5.13 3 乙烯 2.99 4 丙烷 7.93 5 环丙烷 0.51 6 丙烯 3.01 7 异丁烷 2.72 8 正丁烷 2.07 9 丙二烯 0.95 10 乙炔 0.12 11 反丁烯 1.54 12 正丁烯 1.00 13 异丁烯 0.80 14 顺丁烯 1.23 15 异戊烷 0.11 16 正戊烷 0.14 17 1.3-二二烯 1.53 18 丙炔 0.47 19 反-2-戊烯 0.19 20 2-甲基-2-丁烯 0.15 21 1-戊烯 0.09 22 顺-2-戊烯 0.14 23 正己烷 0.10 24 氢气 14.93 24 氧气 0.53 26 一氧化碳 1.50 27 二氧化碳 3.00 28 氮气 基质 表3色谱柱信息 P/N 描述 数量(pc) 26017900 色谱柱：6FT， 1/8” MolSieve 5A 60-80 mesh，13133-U 2 26017800 色谱普：6FT，1/8" Porapak N， 80-100 mesh， 13063-U 2 1515804 Rtx-1 Cap.Column 30m， 0.53mm ID， 3.00um 1 1515933 HP AL/S 25m，0.32mm ID， 8.00um 1 结果 本仪器可以在7min之内完成快速炼厂气或是液化气分析，分析结果如图5~7所示。保留时间的重现性和色谱工作站提供的峰识别功能，可以将快速炼厂气分析中复杂的组分很容易的进行识别。 图5.H，通道色谱图 图6.永久气体通道色谱图 图7.FID烃类分析通道色谱图 结论 赛默飞快速炼厂气分析系统，可以在7 min完成炼厂气复杂组分的分析，提高了实验室的工作效率。而且采用两个具有独立控温的阀箱和柱箱，通过使用不同的温度，避免了因为老化色谱柱而带来的拆卸色谱柱所引起的问题，简化了维护程序。 此外，做为炼厂气的扩展分析，在额外配备了两个液体阀后，可以满足GPA 2261方法分析热值。这两个分析可以独立完成，也可以合并分析，从而提升了仪器的使用效率，降低了成本。 Thermo FisherSCIENTIFIC hermo Fisher Scientific，San Jose， CA USA is ISO Certified. 炼厂气是石油炼制过程中副产的气体烃，它主要来源于加氢裂化、催化重整、加氢精制等过程。不同来源的炼厂气，其成分、含量也各有差异。但其主要成分为碳四（C4）以下的烷烃、烯烃以及氢气和少量氮气、二氧化碳等气体。而炼厂气中的烷烃、烯烃经气体分馏装置后，成为具有很高经济价值的聚乙烯聚丙烯等化工品的原料或LPG等清洁能源，所以炼厂气加工是石油炼厂的重要任务。而加工流程的选择取决于炼厂气的产量、组成和产品要求，因此炼厂气分析是石化项目中很重要的色谱分析。传统的炼厂气分析仪已经使用了很多年，它通常的配置是使用两个热导检测器（TCD），四个气体阀，一次进样分析时间大约40分钟左右。但是随着石化装置的大型化以及工艺链的延长，化验室炼厂气样品数量明显增多，而同时人工成本在不断的增加，实验室人员逐渐减少。因此，用户迫切需要缩短炼厂气分析时间、提高炼厂气系统分析效率，减少维护的时间和成本。赛默飞快速炼厂气分析系统，满足了用户以上的要求。首先它将传统的四阀五柱，两个分析通道、顺序分离各组分的分析方式，修改为三个分析通道同时进样、同时分析，整个分析时间仅为7分钟左右。其次，针对炼厂气色谱柱多（5个以上），老化温度不同，从而导致维护复杂的特点，提供两个具有独立控温的柱箱。一个柱箱安装阀和预柱，作为阀箱；另一个安装主分析柱，作为柱箱。老化色谱柱时，阀箱和柱箱可以采用不同的温度，避免了拆卸色谱柱所带来的困扰，提高了实验室效率。此外，做为炼厂气的扩展分析，在额外配备了两个液体阀后，可以满足GPA 2261方法分析热值。这两个分析可以独立完成，也可以合并分析。