一次進(jìn)樣同時(shí)測(cè)定低碳烴芳構(gòu)化尾氣中的烴及苯系物含量

王 華

（西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，四川成都，610225）

隨著石油資源的日益減少，利用天然氣、油田輕烴、煉廠氣和煤基合成汽油的尾氣等低碳烴資源已成為當(dāng)今重要的研究課題和人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題。因?yàn)樗梢岳昧畠r(jià)的烴類資源制備價(jià)值較高的苯、甲苯和二甲苯等化工原料。低碳烴類經(jīng)芳構(gòu)化后，尾氣中含有甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷及苯、甲苯、乙苯等組分。對(duì)這些組分要進(jìn)行一次性全分析很困難，因?yàn)橐獫M足烷烴、烯烴的全分離并達(dá)到好的分析效果，一般采用三氧化二鋁柱［1，2］，而苯系物在三氧化二鋁柱上不出峰，需采用高分子有基柱［3］，因此，過去要將這些組分進(jìn)行全分析，采用多維色譜［4］或兩臺(tái)儀器進(jìn)行分析，這樣可能造成誤差，又浪費(fèi)分析儀器。利用十通閥的特點(diǎn)，一次進(jìn)樣后，樣品首先通過聚乙二醇20M填充柱，待樣品中的烷烴、烯烴全部流出（苯系組分還保留在柱內(nèi)）后，將十通閥切換到取樣位置，烷烴及烯烴經(jīng)三氧化二鋁毛細(xì)管柱分離后進(jìn)入氫焰檢測(cè)器，苯系類經(jīng)聚乙二醇柱分離后進(jìn)入熱導(dǎo)檢測(cè)器，這樣，很好地解決了低碳烴芳構(gòu)化尾氣中的烷烴烯烴及苯系物含量測(cè)定問題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

十通閥進(jìn)樣分析過程如圖1，該位置是取樣狀態(tài)。在2、5位置安裝聚乙二醇20M填充柱。將3位置接載氣（Ⅱ）入口，位置4接熱導(dǎo)檢測(cè)器，位置6接到三氧化二鋁毛細(xì)管柱上，出口接氫焰檢測(cè)器。在進(jìn)樣位置時(shí)，載氣（Ⅰ）經(jīng)7到8，流過定體積管，將樣品從定體積管帶出，再從1到2，進(jìn)到聚乙二醇20M柱，經(jīng)聚乙二醇20M柱預(yù)分離后，烷烴與烯烴首先流出該色譜柱，從5流入6，經(jīng)分流裝置后樣品到達(dá)三氧化二鋁毛細(xì)管柱，此時(shí)將十通閥轉(zhuǎn)到取樣位置，載氣（Ⅰ）從7到6進(jìn)入三氧化二鋁毛細(xì)管柱，最后到達(dá)氫焰檢測(cè)器，達(dá)到烷烴與烯烴分析目的。載氣（Ⅱ）從3流到2，進(jìn)入聚乙二醇20M柱，樣品中的苯系物經(jīng)分離后到達(dá)5，從4流出進(jìn)到熱導(dǎo)器，從而測(cè)定出苯系物含量。這樣樣品中的烷烴、烯烴及苯系物全部測(cè)定完成。

圖1 樣品分析流通圖

1.2 試劑及儀器

試劑：甲烷；乙烯；乙烷；丙烯；丙烷；苯；甲苯；乙苯（氣體鋼瓶裝，標(biāo)氣）。

儀器：山東聯(lián)眾生產(chǎn)的GC－2008氣相色譜儀，熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）；氫焰檢測(cè)器（FID）；數(shù)據(jù)處理機(jī)：浙江大學(xué)生產(chǎn)N2000色譜數(shù)據(jù)工作站。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

色譜柱1：長(zhǎng)2m、內(nèi)徑3mm的不銹鋼管柱，內(nèi)裝60～80目的聚乙二醇20M；色譜柱2：AL2O3/Na2SO4毛細(xì)管柱（30m×0.53mm×1.0um）。柱箱溫度：100°C；熱導(dǎo)檢測(cè)溫度120°C；氫焰檢測(cè)溫度180°C；汽化溫度180°C；載氣為純氫；聚乙二醇20M柱載氣流量30mL/分鐘；熱導(dǎo)橋流150mA；毛細(xì)管柱流速：2mL/分鐘；分流比：100：1；氮?dú)饬魉伲?0mL/分鐘；空氣流速：350mL/分鐘；進(jìn)樣量：1mL。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 定性分析

按照色譜分析條件及步驟，采用標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)照法定性，將未知物保留時(shí)間與已知標(biāo)準(zhǔn)樣保留時(shí)間對(duì)照，從而判斷未知峰。出峰順序?yàn)椋簹溲妫患淄?；乙烷；乙烯；丙烷。熱?dǎo)：苯；甲苯；乙苯。其色譜分析如圖2、圖3。

圖2 熱導(dǎo)測(cè)定苯、甲苯、乙苯

圖3 氫焰測(cè)定甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷

1.4.2 定量分析

色譜分析的定量方法很多［4］，本文采用面積外標(biāo)法計(jì)算。則各組分的計(jì)算其公式為：

ci＝KAi

式中：Ai—— 試樣中各組分的峰面積；K——試樣中各組分的校正因子。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

根據(jù)色譜固定相的特性［5］，聚乙二醇固定相能很好地分離苯系物等物質(zhì)，因此選用聚乙二醇20M柱作為分析苯、甲苯、乙苯；分離效果很好。三氧化二鋁柱是分離烷烴與烯烴的特效柱，達(dá)到滿意的分析效果。

2.2 十通閥切換時(shí)間的確定

按色譜分析操作條件，通過十通閥進(jìn)標(biāo)氣樣品后，將十通閥切換到取樣位置，讓樣品全部通過聚乙二醇20M柱到達(dá)熱導(dǎo)檢測(cè)器，考查樣品中的烷烴及烯烴通過聚乙二醇20M需要的時(shí)間，確定十通閥在進(jìn)樣后的切換時(shí)間。通過實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)樣一分鐘內(nèi)，樣品中的烷烴與烯烴全部從聚乙二醇20M柱中成一個(gè)峰流出，而苯、甲苯、乙苯組分仍保留在聚乙二醇20M柱中。因此，進(jìn)樣一分鐘時(shí)，將十通閥切換到取樣位置，這樣樣品的烷烴及烯烴就進(jìn)入三氧化二鋁毛細(xì)管柱，分離后，通過氫焰檢測(cè)器測(cè)定出含量；而樣品中的苯、甲苯、乙苯經(jīng)聚乙二醇20M柱分離后進(jìn)入熱導(dǎo)檢測(cè)器，從而測(cè)出其含量。

2.3 分析方法的準(zhǔn)確性

為檢驗(yàn)該方法的準(zhǔn)確性，按照分析實(shí)驗(yàn)條件，用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣測(cè)定，以檢測(cè)其準(zhǔn)確性，結(jié)果見表1。

由表1可以看出，采用本方法測(cè)定芳構(gòu)化尾氣中的烷烴、烯烴及芳烴含量，準(zhǔn)確性高，相對(duì)誤差小于4.00%。

2.4 樣品分析

將該分析方法用于實(shí)際樣品分析，其結(jié)果見表2。

由表2可見，將該方法應(yīng)用于實(shí)際樣品測(cè)定，取得很好的效果，完全可滿足科研及生產(chǎn)的需要。

表1 檢驗(yàn)方法的精確度

表2 試樣分析

3 結(jié)論

本方法分析快速、準(zhǔn)確性好、操作簡(jiǎn)便，完全滿足科研及生產(chǎn)的需要。

［1］李繼文，馮鈺安.氣相色譜法分析高純度異丁烯中的微量烴類雜質(zhì)［J］.色譜，2004，22（1）：81～83.

［2］SH/T1482－2004，工業(yè)用異丁烯純度及雜質(zhì)的測(cè)定（氣相色譜法）［S］.

［3］徐廣通，楊玉蕊，等.多維氣相色譜快速測(cè)定汽油中的烯烴、芳烴及苯含量［J］.石油煉制與化工，2003，34（3）：61～65.

［4］丁洪生，程志林，等.輕烴芳構(gòu)化的系統(tǒng)研究（Ⅵ）——芳構(gòu)化液相產(chǎn)物的定性和定量分析［J］.石油化工高等學(xué)校報(bào)，2003，13（1）：10～14.

［5］繆征明.儀器分析.機(jī)械工業(yè)出版社出版.1984：705～708.

［6］周良模，等.氣相色譜新技術(shù).科技出版社，1994：446－447.