氣相色譜法測(cè)定氮?dú)庵械难鹾?/h1>
2017-01-01 00:00:00周妍
品牌與標(biāo)準(zhǔn)化 2017年5期
【摘 要】 本文主要講述氮封在化工企業(yè)的重要性及用氣相色譜法檢測(cè)氮?dú)庵械难鹾康牟僮鳁l件和對(duì)其結(jié)果的討論。
【關(guān)鍵詞】 氮封 氮?dú)庵械难鹾?氣相色譜
【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.05.003
1 概述
化工類的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，工廠的很多裝置都用到了氮封，氮封在化工類產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中是非常重要的部分，當(dāng)惰性氣體組分濃度增加到一定時(shí)，可使爆炸概率顯著降低，從而大大的降低了發(fā)生事故的幾率。因此在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)氮封后效果的檢測(cè)是尤為重要的。化工產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的可燃性氣體、蒸汽、粉塵與空氣構(gòu)成的混合物的爆炸極限是隨溫度、壓力、火源強(qiáng)度、含氧量和惰性氣體含量的變化而變化的；若混合氣體中的惰性氣體含量增加，就會(huì)使爆炸上限明顯降低，爆炸范圍縮小。當(dāng)惰性氣體濃度增加到一定濃度時(shí)，可使爆炸范圍降低至為零，即不會(huì)爆炸。而氮?dú)庖蚱涠栊詮?qiáng)、成本低、易制取被廣泛的應(yīng)用到企業(yè)中。為了了解氮封效果我們將一定體積的試樣注入氣相色譜中，樣品在載氣攜帶下流經(jīng)色譜柱，分離成單一組份，經(jīng)TCD檢測(cè)各組分含量，用標(biāo)準(zhǔn)氣體組份外標(biāo)法進(jìn)行定量。從而可以準(zhǔn)確的掌握其裝置的氮封效果。
2 企業(yè)中制取氮?dú)獾姆椒?/p>
常用的制取氮?dú)獾姆椒ㄊ强諝夥蛛x法，空氣分離法包括深冷法和變壓吸附法。
2.1 深冷法
此法是先將空氣壓縮、冷卻并使空氣液化，利用氧、氮組分的沸點(diǎn)的不同（在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氧的沸點(diǎn)為90K，氮的沸點(diǎn)為77K）在精餾塔的塔盤上使氣、液接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，高沸點(diǎn)的氧不斷從蒸汽中冷凝成液體，低沸點(diǎn)的氮不斷的轉(zhuǎn)入蒸汽中，使上升的蒸汽中含氮量不斷提高，而下流液體中含氧量越來(lái)越高，從而使氧、氮分離得到氮?dú)饣蜓鯕狻４朔ㄊ窃?20K以下的溫度條件下進(jìn)行的故稱為深冷法空氣分離。
2.2 變壓吸附法
變壓吸附法即PSA法Pressure Swing Adsorption基于吸附劑對(duì)空氣中的氧、氮組分選擇性吸附而使空氣分離得到氮?dú)狻．?dāng)空氣經(jīng)過(guò)壓縮通過(guò)吸附塔的吸附層時(shí)，氧分子優(yōu)先被吸附，氮分子留在氣相中而成為氮?dú)狻Ｎ竭_(dá)到平衡時(shí)，利用減壓將分子篩表面所吸附的氧分子驅(qū)除，恢復(fù)分子篩的吸附能力即吸附劑解析。為了能夠連續(xù)提供氮?dú)庋b置，通常設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的吸附塔，一個(gè)塔吸附和另一個(gè)塔解析按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間切換使用。
3 氮封應(yīng)用
如果容器內(nèi)含有易燃易爆或易氧化物質(zhì)，那么充氮?dú)馐菫榱朔乐箍諝膺M(jìn)入而引起爆炸或防止容器內(nèi)物質(zhì)被氧化。有些儲(chǔ)罐是為了保證容器內(nèi)為正壓力，防止設(shè)備內(nèi)因負(fù)壓從而損壞設(shè)備。有的利用儲(chǔ)罐內(nèi)的氮?dú)鈮毫⒐迌?nèi)物質(zhì)壓出去，從而實(shí)現(xiàn)物料的輸送。此外氮?dú)膺€可以用來(lái)置換管線和設(shè)備內(nèi)的氣體，或動(dòng)火時(shí)需要用氮?dú)庵脫Q合格后才能實(shí)行焊接，當(dāng)然，還有設(shè)備保壓用于防腐等原因。
4 分析儀器及實(shí)驗(yàn)條件
（1）儀器：安捷倫7890A氣相色譜儀；色譜柱：PQ填充柱、5A分子篩。
（2）儀器條件設(shè)定：柱溫：50℃；進(jìn)樣口溫度：150℃；檢測(cè)器溫度：180℃。載氣：H2；載氣流速：20ml/min；閥箱溫度：110℃；定量環(huán)：0.5ml。
（3）分析過(guò)程及原理：Porapak Q柱是極性填料柱，用來(lái)分離CO2、C2H2、C2H4、C2H6；5A分子篩柱用來(lái)分離H2、O2、N2、CO、CH4。因?yàn)镃O2氣體是不能進(jìn)入5A分子篩柱的，會(huì)使柱子中毒而永久性失活。因此我們要通過(guò)十通閥將兩根色譜柱串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合，用氫氣為載氣，TCD檢測(cè)器檢測(cè)來(lái)分析樣品。樣品注入定量環(huán)后，打開切換閥使樣品進(jìn)入PQ柱，此時(shí)PQ柱與5A分子篩為串聯(lián)連接。在PQ柱中CO2、H2O與O2、N2等分離且由于H2O與CO2在柱上出峰時(shí)間較靠后，可在O2、N2、CO被分離并進(jìn)入5A分子篩分析柱之后切換閥，同時(shí)接通反吹系統(tǒng)令留在PQ柱內(nèi)的水和CO2以廢氣排除柱外。這樣就使5A分子篩免受污染還能很好的分析出氮?dú)庵械难鹾俊?/p>
5 檢驗(yàn)結(jié)果
表1為一組標(biāo)準(zhǔn)氣體檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，其檢測(cè)結(jié)果如下所示：
樣品通過(guò)色譜分析，顯示結(jié)果為樣品中的百分含量。選取標(biāo)氣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，取六組數(shù)據(jù)的平均值氧氣含量為21.24%，氮?dú)鉃?8.76%。本方法方便簡(jiǎn)單，直觀體現(xiàn)了樣品中的含氧量。標(biāo)氣中氧氣含量標(biāo)識(shí)值為21.25%，氮?dú)夂繕?biāo)識(shí)值為78.75%。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為：0.047%；0.013%。
分析譜圖
6 注意事項(xiàng)
（1）進(jìn)樣時(shí)間要充足，以保證被測(cè)樣品進(jìn)入定量環(huán)中。
（2）取樣時(shí)可以使用氣囊或氣袋，應(yīng)注意密封。
（3）氣相色譜儀應(yīng)定期做標(biāo)準(zhǔn)曲線，或不定期用標(biāo)氣對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。
7 結(jié)論
綜上所述，采用氣相色譜法檢測(cè)氧含量操作簡(jiǎn)單、方便快捷，準(zhǔn)確度和精密度及其檢出限高，檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠，適應(yīng)于大多數(shù)的企業(yè)氣體檢測(cè)。
參考文獻(xiàn)
[1]GB/T 3864-2008 工業(yè)氮[S].
[2]GB/T 3863-2008 工業(yè)氧[S].
[3]HJ 604-2011 環(huán)境空氣 總烴的測(cè)定 氣相色譜法[S].
[4]田貫三，于暢，李興泉.燃?xì)獗O限計(jì)算方法的研究[J].煤氣與熱力，2006，3.
【摘 要】 本文主要講述氮封在化工企業(yè)的重要性及用氣相色譜法檢測(cè)氮?dú)庵械难鹾康牟僮鳁l件和對(duì)其結(jié)果的討論。
【關(guān)鍵詞】 氮封 氮?dú)庵械难鹾?氣相色譜
【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.05.003
1 概述
化工類的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，工廠的很多裝置都用到了氮封，氮封在化工類產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中是非常重要的部分，當(dāng)惰性氣體組分濃度增加到一定時(shí)，可使爆炸概率顯著降低，從而大大的降低了發(fā)生事故的幾率。因此在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)氮封后效果的檢測(cè)是尤為重要的。化工產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的可燃性氣體、蒸汽、粉塵與空氣構(gòu)成的混合物的爆炸極限是隨溫度、壓力、火源強(qiáng)度、含氧量和惰性氣體含量的變化而變化的；若混合氣體中的惰性氣體含量增加，就會(huì)使爆炸上限明顯降低，爆炸范圍縮小。當(dāng)惰性氣體濃度增加到一定濃度時(shí)，可使爆炸范圍降低至為零，即不會(huì)爆炸。而氮?dú)庖蚱涠栊詮?qiáng)、成本低、易制取被廣泛的應(yīng)用到企業(yè)中。為了了解氮封效果我們將一定體積的試樣注入氣相色譜中，樣品在載氣攜帶下流經(jīng)色譜柱，分離成單一組份，經(jīng)TCD檢測(cè)各組分含量，用標(biāo)準(zhǔn)氣體組份外標(biāo)法進(jìn)行定量。從而可以準(zhǔn)確的掌握其裝置的氮封效果。
2 企業(yè)中制取氮?dú)獾姆椒?/p>
常用的制取氮?dú)獾姆椒ㄊ强諝夥蛛x法，空氣分離法包括深冷法和變壓吸附法。
2.1 深冷法
此法是先將空氣壓縮、冷卻并使空氣液化，利用氧、氮組分的沸點(diǎn)的不同（在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氧的沸點(diǎn)為90K，氮的沸點(diǎn)為77K）在精餾塔的塔盤上使氣、液接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，高沸點(diǎn)的氧不斷從蒸汽中冷凝成液體，低沸點(diǎn)的氮不斷的轉(zhuǎn)入蒸汽中，使上升的蒸汽中含氮量不斷提高，而下流液體中含氧量越來(lái)越高，從而使氧、氮分離得到氮?dú)饣蜓鯕狻４朔ㄊ窃?20K以下的溫度條件下進(jìn)行的故稱為深冷法空氣分離。
2.2 變壓吸附法
變壓吸附法即PSA法Pressure Swing Adsorption基于吸附劑對(duì)空氣中的氧、氮組分選擇性吸附而使空氣分離得到氮?dú)狻．?dāng)空氣經(jīng)過(guò)壓縮通過(guò)吸附塔的吸附層時(shí)，氧分子優(yōu)先被吸附，氮分子留在氣相中而成為氮?dú)狻Ｎ竭_(dá)到平衡時(shí)，利用減壓將分子篩表面所吸附的氧分子驅(qū)除，恢復(fù)分子篩的吸附能力即吸附劑解析。為了能夠連續(xù)提供氮?dú)庋b置，通常設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的吸附塔，一個(gè)塔吸附和另一個(gè)塔解析按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間切換使用。
3 氮封應(yīng)用
如果容器內(nèi)含有易燃易爆或易氧化物質(zhì)，那么充氮?dú)馐菫榱朔乐箍諝膺M(jìn)入而引起爆炸或防止容器內(nèi)物質(zhì)被氧化。有些儲(chǔ)罐是為了保證容器內(nèi)為正壓力，防止設(shè)備內(nèi)因負(fù)壓從而損壞設(shè)備。有的利用儲(chǔ)罐內(nèi)的氮?dú)鈮毫⒐迌?nèi)物質(zhì)壓出去，從而實(shí)現(xiàn)物料的輸送。此外氮?dú)膺€可以用來(lái)置換管線和設(shè)備內(nèi)的氣體，或動(dòng)火時(shí)需要用氮?dú)庵脫Q合格后才能實(shí)行焊接，當(dāng)然，還有設(shè)備保壓用于防腐等原因。
4 分析儀器及實(shí)驗(yàn)條件
（1）儀器：安捷倫7890A氣相色譜儀；色譜柱：PQ填充柱、5A分子篩。
（2）儀器條件設(shè)定：柱溫：50℃；進(jìn)樣口溫度：150℃；檢測(cè)器溫度：180℃。載氣：H2；載氣流速：20ml/min；閥箱溫度：110℃；定量環(huán)：0.5ml。
（3）分析過(guò)程及原理：Porapak Q柱是極性填料柱，用來(lái)分離CO2、C2H2、C2H4、C2H6；5A分子篩柱用來(lái)分離H2、O2、N2、CO、CH4。因?yàn)镃O2氣體是不能進(jìn)入5A分子篩柱的，會(huì)使柱子中毒而永久性失活。因此我們要通過(guò)十通閥將兩根色譜柱串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合，用氫氣為載氣，TCD檢測(cè)器檢測(cè)來(lái)分析樣品。樣品注入定量環(huán)后，打開切換閥使樣品進(jìn)入PQ柱，此時(shí)PQ柱與5A分子篩為串聯(lián)連接。在PQ柱中CO2、H2O與O2、N2等分離且由于H2O與CO2在柱上出峰時(shí)間較靠后，可在O2、N2、CO被分離并進(jìn)入5A分子篩分析柱之后切換閥，同時(shí)接通反吹系統(tǒng)令留在PQ柱內(nèi)的水和CO2以廢氣排除柱外。這樣就使5A分子篩免受污染還能很好的分析出氮?dú)庵械难鹾俊?/p>
5 檢驗(yàn)結(jié)果
表1為一組標(biāo)準(zhǔn)氣體檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，其檢測(cè)結(jié)果如下所示：
樣品通過(guò)色譜分析，顯示結(jié)果為樣品中的百分含量。選取標(biāo)氣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，取六組數(shù)據(jù)的平均值氧氣含量為21.24%，氮?dú)鉃?8.76%。本方法方便簡(jiǎn)單，直觀體現(xiàn)了樣品中的含氧量。標(biāo)氣中氧氣含量標(biāo)識(shí)值為21.25%，氮?dú)夂繕?biāo)識(shí)值為78.75%。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為：0.047%；0.013%。
分析譜圖
6 注意事項(xiàng)
（1）進(jìn)樣時(shí)間要充足，以保證被測(cè)樣品進(jìn)入定量環(huán)中。
（2）取樣時(shí)可以使用氣囊或氣袋，應(yīng)注意密封。
（3）氣相色譜儀應(yīng)定期做標(biāo)準(zhǔn)曲線，或不定期用標(biāo)氣對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。
7 結(jié)論
綜上所述，采用氣相色譜法檢測(cè)氧含量操作簡(jiǎn)單、方便快捷，準(zhǔn)確度和精密度及其檢出限高，檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠，適應(yīng)于大多數(shù)的企業(yè)氣體檢測(cè)。
參考文獻(xiàn)
[1]GB/T 3864-2008 工業(yè)氮[S].
[2]GB/T 3863-2008 工業(yè)氧[S].
[3]HJ 604-2011 環(huán)境空氣 總烴的測(cè)定 氣相色譜法[S].
[4]田貫三，于暢，李興泉.燃?xì)獗O限計(jì)算方法的研究[J].煤氣與熱力，2006，3.
