氣相色譜兩閥三柱系統分析微量一氧化碳和二氧化碳

(中國石油化工股份有限公司九江分公司質管中心，九江 332004)

1 前言

氣相色譜分析中，由于微量的一氧化碳和二氧化碳，熱導池檢測器無法檢測，而氫火焰檢測器對其又無響應，因此采用了鎳觸媒轉化爐進行加氫轉化，經色譜柱分離后的二氧化碳，一氧化碳在鎳觸媒的催化下加氫生成甲烷和水，轉化過的樣品進入氫火焰檢測器進行檢測，從而達到對微量一氧化碳、二氧化碳的分離檢測[1]。

鎳觸媒轉化爐主要用于氣相色譜分析丙烯、乙烯中微量一氧化碳、二氧化碳；氫氣中微量一氧化碳、二氧化碳；高純永久性氣體中微量一氧化碳。但石化煉油企業在化驗分析采樣過程中難免會帶入空氣，在化驗分析中發現，用傳統的一根1米長的 TDX-01柱子來分離，空氣峰會對CO峰產生干擾，影響了分析數據的準確。因此現改用兩閥三柱技術，先把分析樣品中的H2O、H2S、C2及C2以上碳氫化合物在柱1反吹掉，剩余部分 O2+N2+CO、CH4、CO2進入分析柱2，待CO2出峰后，通過六通閥切換在分析柱3組分按O2、N2、CH4、CO逐一出峰；用氫火焰離子化檢測器檢測，面積外標法計算各組分的含量[2]。由于FID檢測器對氧氣、氮氣無響應，因此克服了空氣峰對CO的影響，使該方法具有了準確性高、分析速度快的特點。

2 實驗部分

2.1 儀器設備

氣相色譜儀：Agilent 7890B；FID檢測器；Agilent 7890B化學工作站；3根填充柱；鎳觸媒轉化爐；六通閥1個；十通閥1個。

原氣相色譜儀：Agilent 6890；FID檢測器；鎳觸媒轉化爐；六通閥1個；一根1米長的 TDX-01柱。

標氣：二氧化碳 8.21 mL/m3；甲烷 8.92 mL/m3；一氧化碳 8.85 mL/m3。

2.2 色譜柱

2.2.1預柱CoL1

0.91米HayeSep Q填充柱

作用：樣品預分離，分為兩組；第一組：O2+N2+CO、CH4、CO2；第二組：H2O、H2S、C2及C2以上碳氫化合物

2.2.2分析柱CoL2

1.83米HayeSep Q填充柱

作用：分離O2+N2+CO、CH4、CO2；

2.2.3分析柱CoL3

2.43米5A分子篩填充柱

作用：分離O2、N2、CH4、CO；

2.3 主要實驗參數

空氣：流量400mL/min；氫氣：45mL/min；載氣為氫氣；定量管：1mL；柱溫：60℃保持11min；檢測器溫度：300℃；鎳轉化爐(輔助加熱器)：375℃。

Aux PCM C(通道1)：恒流模式：25mL/min; 與柱2及柱3相通；

Aux PCM C(通道2)：恒壓模式： 68.95kPa； 與柱1相通。

2.4 多閥控制事件表(表1)

表1 閥事件

2.5 定量分析

在2.3、2.4規定的實驗條件下，對實際樣品與標樣進行測定，用外標法計算各組份的含量，考察其重復性和準確性。

2.6 分析過程

以氫氣為載氣，待分析樣品通過十通閥進樣，經預柱CoL1分離為兩組，第一組： O2+N2+CO，CH4，CO2；第二組：H2O，H2S，C2及C2以上碳氫化合物；第二組組分經閥1切換反吹放空；第一組組分再經分析柱CoL2分離為O2+N2+CO，CH4，CO2；O2+N2+CO，CH4進入分析柱CoL3并通過六通閥的切換，關在CoL3內；待CO2出峰后，通過閥2切換將CoL3組分按O2，N2，CH4，CO逐一出峰；以氫火焰離子化檢測器檢測，面積外標法計算各組分的含量。圖1為分析過程流程圖。

圖1 分析過程流程圖

3 結果與討論

3.1 原分析儀器分析實際樣品

在對樣品進行微量一氧化碳、二氧化碳的檢測，由于在石化企業進行實際樣品采集分析時，容易帶入空氣，用以前安裝了的1根1米 TDX-01填充柱的儀器來分離，空氣峰會對CO峰產生干擾，影響了分析的準確性，見圖2。

圖2 空氣干擾圖橫坐標：保留時間min;縱坐標：響應值pA

由圖2可以看出，一氧化碳峰附在拖尾的空氣峰上，需要采取手動積分畫出CO峰，來確定峰面積，嚴重影響了分析的準確性與重復性。

3.2 原分析儀器分析標樣

由圖3可以看出，在用鋼瓶標準氣進樣分析時，由于沒有空氣的干擾，峰形標準。

圖3 無空氣干擾標氣圖橫坐標：保留時間min;縱坐標：響應值pA

3.3 現分析技術分析實際樣品

由圖4以看出，分析相同一個實際樣品，空氣峰并沒有對結果產生影響。

圖4 帶空氣實際樣品圖橫坐標：保留時間min;縱坐標：響應值pA

3.4 精密度考察

表2為連續6次分析PSA裝置產品氫中微量一氧化碳，二氧化碳的數據。

表2 產品氫平行測定結果

由以上數據可以看出，樣品分析的相對標準偏差小于 2%，說明該方法具有很好的得重復性，完全滿足生產裝置工藝氣中微量CO與CO2的檢測。

3.5 準確度考察

在與2.3相同的實驗條件下，對氣體標樣進行了6次重復測定，得到的分析結果如表3 。從表3數據可以看出，6次平行測定的絕對差值都未超過其平均值的5%，說明分析結果與標樣值之間無顯著性差異，符合定量分析的要求。

表3 氣體標樣平行測定結果

4 結論

氣相色譜分析中采用了兩閥三柱技術之后，分析的重復性與準確性都比以前的儀器有了很大的提高，分析快速準確，為生產裝置提供的準確有效的分析數據，同時該方法節能環保，操作方便，大大降低了職工的勞動強度。