四閥五柱法分析煉廠氣的應用總結

摘 要：介紹了用HP6890氣相色譜儀分析煉廠氣的工作原理，總結了分析中的常見故障及原因分析，并且提出了解決的對策，改善前后的對比譜圖。

關鍵詞：煉廠氣；四閥五柱；氣相色譜儀

1 前言

煉油廠在加工過程中產生大量煉廠氣，其組成復雜，用HP6890一臺氣相色譜儀及四閥五柱技術，可將煉廠氣中的氫氣、C1-C4烷烴、C2-C4烯烴和少量C5烷烴有效分離。但在實際應用中遇到了一系列問題，氫氣峰、氧氣峰和氮氣峰不能完全分離；C6峰過寬，有時C6以上組分峰尾緊跟著一個細長峰；閥切換時基線波動；化學工作站時有死機。通過工作原理的介紹，闡述了產生這些現象的原因，并且提出了相應的解決對策。最終得到了滿意的分離效果，提高了分析的準確度。并且總結了操作的注意事項。

2 工作原理

四閥五柱技術實現了在一臺色譜儀內通過四個閥的切換使不同的組分在不同的柱子上分離的的效果，結構示意圖見圖1。

柱1長為2英尺，固定相為20%癸二腈柱，主要用于反吹C5以后重組分。

柱2長為4英尺，固定相為13X分子篩柱，主要用于分離氫氣。

柱3長為30英尺，固定相為20%癸二腈柱，主要用于分析C2以后烴類組分。

柱4長為6英尺，固定相為有機多孔聚合物HayeSepQ柱，主要用于分離乙烷和乙烯。

柱5長為10英尺，固定相為13X分子篩柱，主要用于分離氧氣、氮氣、甲烷、一氧化碳。

圖中四閥均為OFF狀態，進樣口串聯閥1和閥4上的兩個定量管，氣路1用氮氣做載氣，是由閥4上的定量管、柱2及檢測器B組成的，閥4為OFF狀態，即定量管沒有接入氣路系統，分析時通過閥4的切換使定量管中的樣品進入柱2分離出其中的氫氣，然后進入檢測器B進行定量；另一氣路用氫氣做載氣，由閥1上的定量管、柱1、柱3、柱4、柱5及檢測器A組成，閥1為OFF狀態，定量管沒有接入氣路系統，閥2、閥3為ON狀態，柱4、柱5沒有接入氣路系統，分析樣品時，切換閥1狀態為ON，定量管接入氣路，樣品通過柱1分離出氧、氮、甲烷、一氧化碳混合組分，乙烷、乙烯混合組分及C3-C5各單體烴組分，C5以上組分可以通過切換閥1為OFF狀態反吹成和峰進檢測器A進行檢定。當氧、氮、甲烷、一氧化碳混合組分到達，切換閥3為OFF狀態，使混合樣品進入柱5，在其全部進入柱5而未流出時，使柱5柱中的氧、氮、甲烷、一氧化碳混合組分分離，通過切換閥3為ON狀態將柱5切出系統，切換閥2為OFF狀態，將柱4切入系統，分離C2組分，切換閥2為ON狀態，將柱4切出系統，釋放C3-C5組分進入檢測器A，將柱4切入系統進檢測器A，最后將永久性氣體氧、氮、甲烷、一氧化碳切入系統進檢測器進行檢測。

3 煉廠氣分析中遇到的問題及原因分析

3.1 遇到的問題

3.1.1 氫氣峰不能與其它烴組分峰完全分離。

3.1.2 氫氣峰無法被自動識別。

3.1.3 閥3切換后基線下降。

3.1.4 氧氣不出峰。

3.1.5 氧氣峰和氮氣峰無法完全分離。

3.1.6 C6組分峰超寬、超胖。

3.1.7 C6以上組分峰有時會在峰尾部跟隨一細長峰。

3.1.8 儀器死機。

3.2 原因分析

針對遇到的問題分析原因如下。

3.2.1 氫氣峰不能與其它烴組分峰完全分離。由于分離氫氣的13X分子篩柱長期使用吸水失活，造成氫氣峰無法與其它烴組分峰完全分離。

3.2.2 氫氣峰無法被自動識別。由于半峰寬太窄造成氫氣峰無法被自動識別。有時出峰時間改變造成氫氣峰無法被識別。

3.2.3 閥3切換后基線下降。由于閥切換前后的兩個柱系統之間壓力不匹配，造成基線下降。

3.2.4 氧氣不出峰。由于閥切換后基線下降與氧氣出峰時間重疊，造成氧氣不出峰。

3.2.5 氧氣峰和氮氣峰無法完全分離。由于分離氧氣和氮氣的13X分子篩柱長期使用吸水失活，造成氧氣峰和氮氣峰無法完全分離。

3.2.6 C6組分峰超寬、超胖。C6組分峰超寬、超胖的原因有兩個，一方面是由于閥1切換與C6出峰時間重疊，基線波動被誤判為C6峰。另一方面是由于進樣口重組分堆積造成。

3.2.7 C6以上組分峰有時會在峰尾部跟隨一細長峰。由于閥切換時間過早，造成小于C6的輕組分被反吹。

3.2.8 儀器死機。造成儀器的原因有很多，現分析如下：

（1）氣路漏氣，特別是氫氣微漏都會造成儀器死機。

（2）誤操作，未按照規定程序退出系統，會造成下一次開機時死機。

（3）環境溫度過高，超過設定值造成死機。

4 針對出現的問題的處理措施

4.1 氫氣峰不能與其它烴組分峰完全分離。活化色譜柱，13X分子篩柱的活化條件是350℃，35ml/min（N2），活化8小時。

4.2 氫氣峰無法被自動識別。可以重設分析參數，將半峰寬由0.08分改為0.04分，若還無法識別，可以手動識別。針對出峰時間改變可以及時調整效準表中的保留時間參數。

4.3 閥3切換后基線下降。可以通過調節阻尼3來平衡前后兩個系統壓力。

4.4 氧氣不出峰。調節阻尼，使閥前后兩路系統達到平衡。

4.5 氧氣峰和氮氣峰無法完全分離。活化色譜柱，13X分子篩柱的活化條件是350℃，35ml/min（N2），活化8小時。

4.6 C6組分峰超寬、超胖。清洗進樣系統，用氮氣吹掃。

4.7 C6以上組分峰有時會在峰尾部跟隨一細長峰。重新設定閥1反吹時間。

4.8 儀器死機

4.8.1 針對氣路漏氣，檢查氣路系統，查出漏點擰緊。

4.8.2 針對未按規定程序退出系統，應重新拷貝系統軟件。

4.8.3 環境溫度過高，超過設定值造成死機。可以適當提高設定溫度或降低環境溫度。

5 結束語

5.1 定期活化色譜柱，尤其是13X色譜柱，對氫氣、氧氣和氮氣的分離效果顯著。

5.2 改變氫氣峰的積分參數和效準參數，可以有效識別氫氣峰。

5.3 適當調節阻尼可以使氧氣峰被識別并且改善閥切換前后基線下降。

5.4 清洗進樣系統可。

5.5 合理的閥切換時間可以有效的阻止輕組分的流失。

5.6 針對儀器死機，應考慮首先檢查氣路系統、系統軟件或環境溫度。

作者簡介：袁維（1970，10-），女，高級工程師，從事質量管理和儀器分析工作。