氣相色譜技術在石油和石化分析中的應用進展

周劍平

皖西南產品質量監督檢驗中心/國家石油化工產品質量監督檢驗中心（安慶) 安徽安慶 246052

在我國石油和石化領域中氣相色譜技術已經非常普及，能夠應用到的范圍包括石油勘探和石油加工等，能夠實現對于生產的控制和質量的把關。氣相色譜技術因其有良好的性價比，目前尚無其他分析技術能與其媲美，因而贏得了石油和石化行業內各專家的青睞。進入到21世紀以后，氣相色譜技術已經頗為先進，行業內積累了大量的經驗，在創新上也有了不同的成果，但是技術的發展是持續的，所以氣相色譜技術在石油和石化分析之中的研究仍然十分活躍，相關的新技術和新方法在不斷的研究、創新的過程中得到了普及和應用，使我國石油和石化分析越來越便利[1]。

1 氣相色譜的基本原理

樣品在氣化室內進行氣化，隨著載氣的流動，樣品中的各組分在色譜柱中的氣體和液體或氣體和固體之間進行反復的溶解和揮發，或者是反復的吸附和解析。經過實驗操作后，各個組分在色譜柱中得到分離，按照沸點或極性順序進入到檢測器內進行檢測。檢測器可以將樣品中分離出來的各組分轉化為信號，經過放大器放大之后，這些信號會在記錄器中記錄出各組分的保留時間和色譜峰。

2 氣體的組成分析

2.1 常量氣體的組成分析

在石油和石化領域內，進行常量氣體分析主要需要的試樣包括：油田不凝氣、再生氣、蒸汽、裂解氣、天然氣等；能夠選擇使用的分析方法包括：以煉廠氣分析儀為原型的四閥五柱雙熱導填充柱分析系統、基于芯片制造技術的并行多維色譜系統、單閥單氧化鋁毛細管柱+FID的專用分析系統等。不同的方法能夠滿足不同的生產和研究需要，但是卻在不同程度上也存在著一些有待提高的問題。比如，在進行硫化氫的試驗時，由于硫化氫具有較強的腐蝕性和吸附能力，以上述方法進行分析的系統所有相關的儀器部件都必須要經過惰性化處理，才能夠實現順利的實驗操作；而對液態氫進行分析的過程中，系統內必須要配有專門的液體進樣閥，保證實驗的順利開展，同時在實驗的過程中也需要加強對于代表性和重復性的重視，行業內已經出現專門進行帶壓液體進樣的系統，也許將帶來一種新的創新方案來保證與液態氫相類似的液體成分的試驗研究[2]。

2.2 痕量雜質的組成分析

精乙烯、精丙烯等石油化工原料氣分析中，各種痕量雜質的分析一直是分析中的技術難題，對于方法和儀器的標準要求十分高。系統中對于雜質的惰性校正方法、靈敏度選擇、色譜分離柱、分離能力的都會極大的影響到分析結果的準確性。行業內曾經專門就這類雜質分析進行過專業報道，并且發明了專門用于測定低碳氫中的含量成分專用分析系統。美國某家公司甚至提出了以氣相色譜與質譜聯用為原理的專用分析系統，而且該分析系統已經成為行業內最有競爭力的系統方法之一。以氣相色譜與質譜聯用為原理的專用分析系統與現在常用的各類技術所普遍使用的多臺專用色譜分析系統原理不同，這種專用分析系統能夠將各類分析方法融合在一體，經過科學的配置，能夠完全實現全自動的分析操作能力，并且該技術所獲得的檢測結果能夠與色譜分離系統實現完美的結合，使試驗中對于各種雜質化合物的檢測都有了更為準確的結果，從而在最大程度上滿足了現在的實際工作需求[3]。

3 汽油的組成分析

在石化分析的過程中，汽油的組成分析是一項重要的分析內容。汽油組成的分析方法，根據不同的需要可以分成兩種用于研究的分析方法和作為產品質量控制的分析方法。

通常而言，單體烴的分析方法就是指用于研究的分析方法，最為常用的分析方法是以毛細管單柱分離為原則的汽油單體烴分析法。在進行單體烴分析的時候將會衍生出一系列的信息和定量結果，但是受到單體分離容量的限制，不同類型的試樣數據在如何定性和定量分析上已經嚴重制約了該方法的技術提升。行業內已經開發出幾種較為新穎的技術來彌補這些缺陷，與傳統的單柱分離技術相比，這些新的技術在分離能力提升上有了顯著的成績，但是這也導致了系統的復雜性被同時提高了，所以這些新的技術在推廣上存在一定的困難。對飽和烴、芳烴或烷烴、烯烴等汽油組成成分的分析方法一般被認定為行業內的標準分析方法，并且作為產品質量控制的主要手段，成為了氣相色譜技術的常用分析方法之一。該系統方法的主要技術關鍵是，對烯烴進行選擇性分離和定量檢測，具有較強的復雜性和較高的成本花銷，在日常維護中也要保持較為精細的管理手段才能夠保證最終的分析結果的準確性，而這些也將成為該技術未來改進的方向[4]。

4 模擬蒸餾的分析

氣相色譜技術在石油和石化分析領域中另一個重要的應用領域便是模擬蒸餾的分析。以原油、渣油等作為模擬蒸餾的代表所采用的系列方法在過去的幾十年里已經普遍的得到了行業內的關注和認同。隨著技術的發展，目前模擬蒸餾的分析的發展趨勢表現在兩個方面：其一，發展趨勢擴張化，向著其他領域不斷延伸；其二，發展進程快速化，將模擬蒸餾的分析原理應用到其他的領域中，進行檢測所產生的分析方法便是模擬蒸餾分析法在發展過程中所衍生出的新一類應用思路；而模擬蒸餾的分析方法快速化是表現在通過選擇使用細徑的毛細管柱和直熱柱來得以實現。

需要注意的是對揮發物測定或者是對二甲苯等苯類產品的流程測定，汽油機油、柴油機油內的輕油稀釋量分析都是模擬蒸餾的分析應用典型案例，而將模擬蒸餾分析應用到具體的生產過程中。如何實現定量的分析控制，也是目前分析研究的重要領域。

5 單體硫化物的分析

對單體硫化物進行分析主要是針對柴油和汽油的硫化物單體分析，樣本中的硫化物含量不高，但是范圍廣泛，在與高含量的烴類進行分離時，操作十分困難，所以需要更為靈敏檢測設備來進行實驗操作。目前我們常用的是原子發射光譜檢測器以及硫選擇性檢測器，能夠實現較好的檢測目的，現有的單體分離技術還沒有實現完整的單體硫化物測定目的，過程之中除了要對主要的硫化單體進行測試以外，還需要對存在數目多但是含量極低的硫化物進行定量分析，目前的手段只能實現按照碳原子數來實現定量的目的，這樣的結果會存在一定的偏差。如何實現更好的單體硫化物試驗準確、結果詳細，將成為未來研究的努力目標。

6 含氧化合物的分析

在促進生態環境保護大環境下，對于汽油中的含氧化合物的分析越發重要起來，這主要是在無鉛汽油得到普及使用之后所產生的技術手段，為了提升汽車所使用的無鉛汽油的質量標準，在汽油中加入適當比例的含氧化合物，已經成為業界普遍采用的有效策略。這里含氧化合物包括醇類和醚類，種類較為復雜，目前所采用的分析方法分為兩個方面：一是柱閥切換技術的分析方法；二是氧選擇性火焰離子化檢測器檢測法。兩種方法各具特點，對于第一種方法而言，由于切閥的時間較為短，使得操作難度大大提升，不同時期的氧化物響應情況不一樣，所以必須要定時定量的進行標樣試驗；對于第二種方法而言，所使用的檢測器維護標準較高，是其存在的最大缺陷。近年來由國外的公司創新出諸多的方法能夠實現將氣液分配與氣固吸附色譜優點融合的分析柱，性價比極高，能夠將甲醇保存在最佳峰值之上，從而實現良好的試驗結果，該方法的出現為整個行業的研發領域提供了嶄新的思路和分析方法，但是由于目前這種色譜柱的市場價格非常高，并沒有得到普及應用，而這也將成為我國進行研發的重要方向[5]。

7 結語

氣相色譜技術在石油和石化行業的應用已經獲得了顯著的成績，為我國行業的發展提供了良好的技術支持。為了更好的實現氣相色譜技術應用價值，研究將會保持持續和更新，一方面要提升技術應用的范圍；另一方面也要開拓創新，解決目前存在的難題，從而使該技術的使用不斷的滿足行業發展的需要。