氣相色譜法測定煤氣中粗苯含量分析

李曉丹 王順利 屈慶臣 李莎莎

（安陽鋼鐵股份有限公司焦化分公司，河南 安陽 455000）

粗苯作為焦化企業(yè)的主要化產(chǎn)品之一，直接影響著企業(yè)的效益。洗苯塔后煤氣含苯族烴的多少是決定粗苯回收率的主要因素。控制指標是洗苯塔后煤氣含苯量<4g/m3。煤氣中粗苯的主要組分是苯、甲苯、二甲苯、三甲苯等，但二甲苯、三甲苯等含量很少。所以，可以以煤氣中苯含量近似代替煤氣中粗苯的含量。測定煤氣中粗苯的方法有活性炭吸附法、干冰冷凍法、氣相色譜法等。其中，活性炭吸附法和干冰冷凍法具有操作繁瑣，通氣量大，測定時間長，不能及時指導生產(chǎn)，且苯系物中低沸點物質(zhì)毒性大，對人體有一定傷害的缺點。氣相色譜法可以有效地避免上述兩種方法的缺點。洗苯塔前和洗苯塔后煤氣中苯的含量是焦爐煤氣脫苯、凈化的一個重要指標，也是焦化煤氣分析的重要指標。為此，決定通過氣相色譜的方式來測定煤氣中的粗苯的含量，以期提高測定技術水平。

1 氣相色譜法的概述

氣液色譜法是一種在有機化學中對易于揮發(fā)而不發(fā)生分解的化合物進行分離與分析的色譜技術。氣相色譜儀是用于分離復雜樣品中的化合物的化學分析儀器。氣相色譜儀中有一根流通型的狹長管道，這就是色譜柱。在色譜柱中，不同的樣品因為具有不同的物理和化學性質(zhì)，與特定的柱填充物（固定相）有著不同的相互作用而被氣流（載氣，流動相）以不同的速率帶動。當化合物從柱的末端流出時，它們被檢測器檢測到，產(chǎn)生相應的信號，并被轉(zhuǎn)化為電信號輸出。在色譜柱中固定相的作用是分離不同的組分，使得不同的組分在不同的時間（保留時間）從柱的末端流出。其它影響物質(zhì)流出柱的順序及保留時間的因素包括載氣的流速，溫度等。氣相色譜的典型用途包括測試某一特定化合物的純度與對混合物中的各組分進行分離（同時還可以測定各組分的相對含量）在某些情況下，氣相色譜還可能對化合物的表征有所幫助。在微型化學實驗中，氣相色譜可以用于從混合物中制備純品。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器、實驗試劑

本次實驗當中，選擇GC-5890C氣相色譜儀；10μl的微量注射器；純度為99.995%的氦氣、氦氣；10mL容量瓶，50mL容量瓶；壓縮空氣(無油干燥)；二氧化碳，十二烷；純苯不低于99.8%的苯。

2.2 實驗步驟

2.2.1 條件

我們選擇氮氣用作FPD檢測器的載氣，每分鐘為30mL；柱溫是90℃。空氣為每分鐘300mL；溫度則普遍要求達到160℃；氫氣則是每分鐘30mL；檢測室內(nèi)的溫度要達160℃。升溫的步驟：升溫，持續(xù)90攝氏度5分鐘，這是初始溫度，之后每分鐘升高20℃；使溫度達150℃，保持最少6分鐘；基線BAS2。

2.2.2 配制外標樣

第一，量取25mL左右無苯的干燥空氣，塞緊瓶塞，然后以10μL的微量注射器吸入4μl的苯，將其注入100mL的注射器內(nèi)，待苯揮發(fā)殆盡，移除掉橡皮塞，稀釋至空氣中至100mL，后緊塞橡皮塞，通過內(nèi)置的薄鐵完全混合。所以樣品苯的質(zhì)量濃度應該為35.2g/m3。

第二，準確稱量一定量純苯，置于容量瓶，用十二烷稀釋至指定刻度，搖勻，做好保存。外標液中苯的含量要與樣品中的含量盡可能的相同，通常情況下，粗苯中純苯的含量要求為：不高于75%，不低于55%。計算外標樣苯質(zhì)量分數(shù)采用的公式為：w=V1/V2×100，其中，w：外標樣的質(zhì)量分數(shù)(%)，V1：純苯體積(mL)，V2：配制外標樣總體積(mL)。

2.2.3 實驗方法

第一次進樣的時候，只需把修改采樣的時間調(diào)整一下便可進行進樣采集數(shù)據(jù)工作，之后更改實驗時間為15分鐘。調(diào)整色譜儀至實驗要求，等到平穩(wěn)，用10mL注射器進2.2.2中(1)樣，進量為1mL，其他條件相同，選擇“采集數(shù)據(jù)”，得出實驗數(shù)據(jù)，單擊“程序升溫”。我們分析實驗數(shù)據(jù)得：留外標樣樣品時間是1.965分鐘，峰面積為1884000.125，峰高的數(shù)值為136318.703mv，苯含量為35.2000g/m3。

在線色譜工作站中形成的方法：

第一，單擊“方法”，之后選擇“采樣控制”，采樣15分鐘。

第二，選擇“積分”，后選擇“面積、外標法”。

第三，組分表的編輯：根據(jù)“組分表”，單擊選擇右邊的“譜圖”，調(diào)整標樣譜圖，將組分表編輯好。按照外標的樣譜圖，便可看出一個高峰，由于外標樣是空氣配入的苯的緣故，所以便可以將時間定為1.965分鐘時刻的峰為苯，將峰名輸入為“苯”。

第四，校正工作，按“組分含量”，濃度為35.2g/m3。重復三次。

第五，加入標樣，按“加入標樣”，校正標樣譜圖，這樣連續(xù)三次，然后選“校正完畢”，將方法保存，這便是方法一。這樣就形成了測定粗苯量的方法。用微量注射器抽取0.2μL2.2.2中(2)標樣進樣，按“采集數(shù)據(jù)”，之后選擇“程序升溫”。建立粗苯中苯含量測定的方法，這種方法和方法一是不一樣的，單擊“組分含量”，調(diào)整質(zhì)量分數(shù)W。重復進行三次。其他的地方和方法一相同，這種方法便是方法二。

2.3 樣品的測定

方法確定之后，開始測定，如塔前煤氣，以多功能氣體軟袋進1mL的樣品，進之后，開始點擊“采集數(shù)據(jù)”，得出數(shù)據(jù)，然后點擊“程序升溫”，讓儀器升溫。之后便可以到離線工作站查看樣品譜圖，選擇方法一，可以得到數(shù)據(jù)結果如下：

1）保留時間0.457min，峰高為441213.188ml，峰面積為3151190.500㎡，苯質(zhì)量濃度0.0000g/㎡；

2）保留時間0.857min，峰高為11101.308ml，峰面積為30965.451㎡，苯質(zhì)量濃度0.0000g/㎡；

3）保留時間1.940min，峰高為133380.828ml，峰面積為1517995.625㎡，苯質(zhì)量濃度28.3617g/㎡；

4）保留時間2.790min，峰高為982.211ml，峰面積為9166.400㎡，苯質(zhì)量濃度0.0000g/㎡；

5）保留時間3.248min，峰高為10005.324ml，峰面積為109054.297㎡，苯質(zhì)量濃度0.0000g/㎡。

通過上述分析，得出煤氣樣品中的苯的質(zhì)量濃度為28.3617g/m3。

3 分析結果與討論

3.1 確定苯和粗苯比例系數(shù)

得到苯和粗苯的比例系數(shù)(K)是得到焦爐煤氣中粗苯含量的前提。用微量注射器抽取0.2μL合格粗苯，然后進樣，單擊“采集數(shù)據(jù)”，收集數(shù)據(jù)之后，然后選擇“程序升溫”，這樣便出了譜圖。便可取離線工作站，得到粗苯樣譜圖，選擇方法2進行查看，就能苯的含量，由此確定K值。取合格粗苯進樣，得出數(shù)據(jù)為：粗苯中苯的含量達到75%，K是1.33。

3.2 轉(zhuǎn)換苯的含量為粗苯含量

色譜法算出純苯含量，得出純苯的含量，接下來換算為粗苯的含量。使用分析結論：苯的質(zhì)量濃度是28.3617g/m3，粗苯的質(zhì)量濃度是37.72g/m3(1.33×28.3617)。

如果想算出標準狀況下一立方米煤氣的粗苯的含量，還要按照溫度和氣壓換算，換算按照以下公式計算：

其中公式中：Y0是煤氣中粗苯的量；Y是粗苯的量；V0是1m3中的煤氣換算成煤氣的體積m3；P是取樣時候的大氣壓力，133.322Pa；b是煤氣與大氣壓力的差值；W是t℃的時候飽和水汽的分壓，133.322Pa；t是煤氣的平均溫度。

色譜法和冷凍法、活性炭法比較，實驗的誤差一般都小于5%。色譜法產(chǎn)生誤差的一個十分關鍵的原因就是實驗中的比例系數(shù)K，K可以隨粗苯中苯、甲苯、二甲苯的含量的變化而不斷進行調(diào)整的，如果想要數(shù)據(jù)更加準確，就要用粗苯進行校正。外標樣的濃度的數(shù)值越接近樣品的濃度書數(shù)值，所產(chǎn)生的結果越有說服力。重復至兩次平行誤差不大于5%。同樣，一定要用多功能氣體軟袋量取，普通的取煤氣用的膠囊很容易吸附苯，對實驗數(shù)據(jù)有所影響。

通過這次的試驗，我們得出，如果用不一樣的色譜柱，不一樣的實驗儀器條件，實驗得出的峰值就不會相同。因此，如果要改變色譜的條件或者調(diào)整色譜柱，就要對樣本進行核對。普遍用氣相色譜法直接測定煤氣中粗苯的含量，建立方法后，色譜柱性能比較優(yōu)越，大致2個月校正一次就可以。如果測定樣品，需要15分鐘得出結果。為了得到更為有說服力的數(shù)據(jù)，可多測幾次求得平行結果，進樣后儀器自動分析并且顯示出結果。用這種氣相色譜法所測定出來的煤氣中的粗苯含量的方法有著分析速度快、操作簡單、樣品用量少、安全可靠的優(yōu)勢。

4 結束語

綜上所述，現(xiàn)如今焦化企業(yè)的主要產(chǎn)品就是粗苯，所以要想提高企業(yè)的經(jīng)濟效益就要提高粗苯的回收率。洗苯塔后的煤氣的含苯族烴量也是對于粗苯回收率有著直接影響的一個關鍵因素。正是因為這個原因，普通的焦化企業(yè)平時會把塔后煤氣里的苯族烴的含量調(diào)控在3～5g/m3，據(jù)有效數(shù)據(jù)顯示，最終的這種含量對于粗苯的回收是較為讓人滿意的，處于合理的范圍之內(nèi)。通常情況下，我們會通過活性炭吸附的方法測定煤氣中的粗苯的含量，不足的是采用這種方法要耗費兩個小時以上的時間用來蒸餾，不僅是這樣，不管是吸收管的吸收率的測定，還是測定補正值，甚至是檢驗氣密性的等各項工作都比較麻煩，給整個過程的進行帶來了困難，不但浪費時間，而且十分不便。因此，我們探究用氣相色譜的方式來測定煤氣中的粗苯的含量。