一種用于煤氣組分和萘含量測試的氣相色譜儀改造方法

劉 超

(西山煤電集團有限責任公司 技術中心， 山西 太原 030053)

萘(C10H8)是一種有機化合物，白色光亮的片狀晶體，易揮發，有特殊氣味。焦爐煤氣管道中萘的危害極大，當煤氣中萘含量升高時，凝結成的片狀結晶會在管道中積聚，堵塞管路和其他設備。此問題在冬季生產過程中表現得更為明顯，特別是煤氣中萘、氨的含量都達到一定的峰值時，極易堵塞甲醇廠預脫硫槽和合成塔，降低催化劑的轉化效率。同時萘作為一種稠環烴，在化工生產過程中有著極其重要的作用，是生產合成樹脂、苯酐、增塑劑、染料中間體的重要原材料。因此，煤焦油中萘含量高低的測定至關重要。

目前，焦化企業測定萘含量普遍采用的是苦味酸法，但苦味酸屬易制爆品，在市場上購置比較困難，各焦化廠基本都是依靠庫存來繼續實驗。根據國標GB/T 12208—2008《人工煤氣組分與雜質含量測定方法》中的規定,選取氣相色譜法代替苦味酸法用于煤氣中萘含量的分析，并在SP-3420A氣相色譜儀原有基礎上進行升級改造，最終實現一臺氣相色譜儀滿足煤氣組分分析和萘含量分析兩個實驗分析的要求。

1 SP-3420A氣相色譜儀升級改造設計思路

原有氣相色譜儀SP-3420A分析焦爐煤氣中的N2(氮氣)、CH4(甲烷)、CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、H2(氫氣差量法)，若要增加萘含量分析實驗，必須對SP-3420A氣相色譜儀的氣路系統、進樣系統、分離系統、溫度控制系統、記錄系統等進行升級改造，使其具備煤氣和萘含量均能分析的功能[1-2].

2 SP-3420A氣相色譜儀升級改造

2.1 用于萘含量測定的主要參數

1) 儀器型號：氣相色譜儀SP-3420A(北京北分瑞利)。2) 色譜柱：柱管長2 m、內徑3 mm的不銹鋼柱管。a) 載體：201紅色載體，酸洗，0.25～0.8 mm(60～80目)。b) 固定液：丁二酸乙二醇聚酯，液相載荷量6.5%. 3) 檢測器和氫焰集成電路板：增加帶有氫火焰的離子化檢測器、FID氫焰板。4) 載氣及流速：氮氣(40 mL/min)、氫氣(40 mL/min)、空氣(400 mL/min). 5) 柱箱溫度130 ℃、氣化溫度250 ℃、檢測器溫度140 ℃.

2.2 SP-3420A氣相色譜儀升級改造內容

主要升級改造氣相色譜儀的氣路系統、進樣系統、分離系統、溫度控制系統、記錄系統。

1) 氣路系統。氣路系統為SP-3420A氣相色譜儀提供穩定、潔凈的載氣。增加部分：氣源增加了空氣源和氮氣源，獨立的氣路管道。共用部分：氫氣源。

2) 進樣系統。選擇合適的進樣器，不同的進樣器適配不同狀態(氣、液)下的試樣。增加部分：增加了自動六通閥和驅動器進樣器，氣化室和加熱系統獨立的氣路管道。

3) 分離系統。分離系統是色譜儀的核心部分。增加部分：201紅色色譜載體，酸洗，0.25～0.18 mm(60～80目)，或使用性能相似的其他載體。

4) 檢測系統。氫火焰離子化檢測器結構簡單、穩定性好、靈敏度高、響應迅速。增加部分：FID 檢測器。

5) 溫度控制系統。溫度控制系統用于測量和調節檢測器、氣化室、色譜柱的溫度。增加部分：氫火焰控制板。

6) 記錄系統。運用記錄檢測器的檢測信號，定量數據處理，繪制譜圖。增加部分：色譜設備處理機。

相關主要新增配件材料見表1.

表1 相關主要新增配件材料表

3 改造的技術重點

3.1 氣路系統

從氣源出口連接氣路至增加的氣體組合閥，氣體組合閥和氣流控制系統相連，出口與氫焰檢測器的噴嘴相連。H2由噴嘴加入與空氣混合點火燃燒形成氫火焰，通入空氣助燃。增加氮氣鋼瓶用于提供載氣，增加面板壓力表用于顯示萘含量氣路的柱前壓，載氣通過大小過濾器后，將載氣與組合閥、進樣器、面板壓力表相連。

色譜柱的安裝：入口端過分流點4～5 cm.保證柱入口端處于汽化室的中央，即汽化室內色譜柱與襯管是同軸心。柱后過尾吹點9～10 cm.

氣路流程圖：

載氣氮氣鋼瓶→減壓閥壓力表→穩壓閥→穩流閥→轉子流量計→汽化室→色譜柱→檢測室→放空

空氣發生器空氣→減壓閥壓力表→穩壓閥→穩流閥→檢測→放空

氫氣發生器空氣→減壓閥壓力表→穩壓閥→穩流閥→檢測室→放空

3.2 FID檢測系統

選取合適位置，在柱箱里增加一個填充柱和注樣器，并連接放大器。安裝填充柱，注意柱子的連接順序，色譜柱一端有豁口的代表色譜柱氣體入口。填充柱使用前需老化，斷開檢測器，N2流速10～20 mL/min，以程序升溫的方式緩慢將柱溫升至比使用溫度高20 ℃，但不能高于最高使用溫度，并在此溫度下老化4～8 h[3-5].

增加FID氫焰檢測板的卡槽，安裝FID氫焰檢測板，在熱導檢測器后方打孔安裝FID檢測器、氫焰檢測器噴嘴以及色譜柱出氣接頭，用數據線連接FID氫焰檢測板和氫焰檢測器將信號線與氫焰檢測器相連。FID檢測系統要求靈敏度高、噪音低、線性范圍寬、對各類物質都有訊號，但對流速和溫度變化不敏感。

4 SP-3420A氣相色譜儀升級改造后結果

采用改造后氣相色譜儀測定煤氣各組分含量和煤氣中的萘含量，實驗結果譜圖見圖1，表2，圖2，表3.

圖1 煤氣分析譜圖

由圖1，圖2可知，SP-3420A升級改造后煤氣含量分析不受影響，能夠正常分析N2、CH4、CO、CO2. SP-3420A升級改造后萘含量分析采用內標法結果為30.86 mg/m3，與標準物質33.08 mg/m3相比偏差為2.22 mg/m3,該結果小于GB/T 12208—2008《人工煤氣組分與雜質含量測定方法》中規定的重復性要求4.1 mg/m3.

表2 煤氣分析數據表

圖2 萘含量分析譜圖

表3 萘含量分析數據表

5 結 語

苦味酸法測萘含量需用到苦味酸，苦味酸為易制爆藥品，長時間會導致慢性中毒。而氣相色譜法萘含量樣品分離的效果更好，精密性更高，更方便快捷(最快30 min即可完成)，較苦味酸法準確度高，極大提高了檢驗檢測效率。通過對現有SP-3420A氣相色譜儀的升級改造，最終使SP-3420A氣相色譜儀同時具備分析煤氣和萘含量的功能，滿足萘含量測定需求，節省了重新購置設備的費用,為焦化行業相關企業分析實驗提供了新思路。