GC-8860气相色谱改造升级

GC-8860气相色谱改造升级

陈,卫 ,高博伟 ,刘润玲

（陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西渭南，714000）

摘 要 在气相色谱中用氢火焰检测器分析高纯度一氧化碳中微量二氧化碳和甲烷时，受镍转化炉使用规则的影响对于高纯度一氧化碳无法满足分析要求，同时因一氧化碳在氢火焰检测器上无响故无法直接检出，因此采用了热导池检测器分析高浓度一氧化碳；利用MoleSieve5A填充柱对微量一氧化碳和甲烷再分离，随后用氢火焰检测器分析氮气中微量总碳。

关键字  高浓度一氧化碳；微量碳；MoleSieve5A填充柱；镍转化炉

GC-8860气相色谱投用后，在分析高纯度一氧化碳中微量二氧化碳和甲烷时困难较大，高浓度的一氧化碳峰直接淹没了二氧化碳和甲烷峰；其次在分析氮气中微量一氧化碳时，热导池检测器对微量一氧化碳响应不高，故在原有硬件基础上进行升级改造。以用于产品一氧化碳中微量二氧化碳和甲烷的分析和气化工段烧嘴泄漏检测。

1工作原理

1.1MoleSieve5A填充柱

MoleSieve5A填充柱内填充物质为人工合成的硅铝酸盐，中文名5A分子筛，外文名5A Molecular Sieve，硅铝比SiO2/Al2O3≈2：1，有效孔径约5Å（1Å=0.1纳米）[1]，作用是可吸附小于该孔径的任何分子，在气相色谱中主要用于分离H2、O2、N2、CO、CH4以及低温下分析惰性气体等。

1.2热导检测器（TCD）

热导检测器是利用被测组分和载气的导热系数不同而影响的浓度型检测器，亦称为热导池。热导检测器是由池体、热敏元件、参考臂、测量臂组成；热敏元件为金属丝（钨丝或铂金丝）[2]。热导池体中，只通过载气的通道称为参比池，通载气与样品气的孔道为测量池。热导池检测器的工作原理是基于不同气体具有不同的热导系数，根据每种物质都有导热能力，而且导热能力大小不同，通过一个热敏电阻来测定气体组成变化情况。

1.3气路对比

对现有的GC-8860气相色谱仪器进行改造，加装了1根MoleSieve5A填充柱、1个六通阀和1个TCD检测器。

2检测流路

2.1高浓度CO中的微量CO2和甲烷

载气带动含有微量二氧化碳和微量甲烷的高浓度一氧化碳气体，通过HayeSep Q填充柱分离后，一氧化碳和微量的甲烷进入MoleSieve5A填充柱再分离，阀2、阀3切换后，微量二氧化碳经过镍触媒转化炉催化加氢成甲烷[3]，进入氢火焰检测器进行检测；阀3再次切换后微量甲烷经过镍触媒转化炉进入氢火焰检测器进行检测；待阀2再次切换后高浓度一氧化碳经阀2至热导池检测器检出。

2.2 N2中的微量CO、CO2和CH4

含有微量一氧化碳、二氧化碳、甲烷的氮气通过HayeSep Q填充柱分离后，一氧化碳和微量的甲烷进入MoleSieve5A填充柱，随后在阀2、阀3的配合切换下，

微量二氧化碳、甲烷、一氧化碳依次经过镍触媒转化炉后，进入氢火焰检测器进行检测。

3 应用实例

3.1 高一氧化碳的分析

3.1.1 分析条件

载气：氦气

色谱柱：MoleSieve5A填充柱、柱长2.44m、内径2mm；HayeSep Q填充柱、柱长1.83m、内径2mm

温度：色谱柱温度85-150℃；进样口加热温度250℃；FID检测器温度250℃，镍转化炉温度375℃；TCD检测器温度200℃

3.1.2 谱图实例

高浓度一氧化碳是合成草酸二甲酯的原料气，其纯度含量要求苛刻。因此准确快捷检测出高浓度一氧化碳中微量二氧化碳和微量甲烷的含量至关重要。图1是GC-8860色谱仪进行改造升级后完成仪器调试、参数优化、用标准气体进行标校进样的谱图。

图1 微量二氧化碳、甲烷处理谱图

3.1.3 阀切换解读

高浓度一氧化碳从阀1的10#位进入，过定量环后由9#位放空；当阀2切换后载气在阀1的7#位进入，过8#位带着定量环中高浓度一氧化碳样品依次经过1#位、2#位、1# HayeSep Q填充柱、6#位、5#位、2# HayeySep Q填充柱，分离出微量二氧化碳；微量甲烷和一氧化碳经阀3的5#位、6#位进入MoleSieve5A填充柱(如图2)后，阀3切换；二氧化碳由阀3的5#位进，6#位出至阀2的5#位进，6#位出到镍转化炉，随后在镍转化炉内加氢成甲烷，进入氢火焰检测器进行检测；微量甲烷经MoleSieve5A填充柱再分离后，待阀3再次切换后由阀3的3#位出，经阀2的5#位、6#位后过镍转化炉进入氢火焰检测器。

一氧化碳从MoleSieve5A填充柱由阀3的2#位出待阀2再次切换后，过阀2的5#位、4#位进入热导池检测器进行检测

图2  一氧化碳、甲烷阀线流路图

3.2 氮气中微量总碳的分析

3.2.1 分析条件

载气：氦气

色谱柱：MoleSieve5A填充柱、内径2mm、柱长2.44m；HayeSep Q填充柱、内径2mm、柱长1.83m

温度：柱温85-150℃；进样口加热温度250℃；FID检测器温度250℃，镍转化炉温度375℃

3.2.2 谱图实例

氮气中一氧化碳、甲烷、二氧化碳的分析主要用于气化炉烧嘴处泄露的检测。使用经编辑处理过的氮气中微量总碳采集方法、氮气中微量总碳处理方法（如图3）；此方法也可用于高浓度氢气中微量一氧化碳、甲烷、二氧化碳的分析等。

图3 氮气中总碳处理谱图

3.2.3 阀切换解读

含有微量一氧化碳、二氧化碳、甲烷的氮气从阀1的10#位进入，依次经1# HayeSep Q填充柱、2# HayeSep Q填充柱，分离出的微量甲烷和一氧化碳由阀3的5#位进入MolSieve5A填充柱(如图6)后，阀3的3#位、4#位迅速关闭。此时微量的二氧化碳从2# HayeSep Q填充柱由阀3的5#位经流量调节阀由阀3的2#位进入阀2的5#位(如图4)从6#位出，随后经镍转化炉转化后进入氢火焰检测器检出；微量甲烷和一氧化碳依次从MoleSieve5A填充柱分离，由阀3的3#位经阀2的6#位从5#位出进入镍转化炉，最终由氢火焰检测器进行检测。

图4 氮气中总碳阀线流路图

4  操作要点

4.1  关键操作

开机升温前要先打开氢气和载气。载气纯度要求99.999%。氢气中氧气应＜1×10-6，氢气用来保护镍转化炉，即富氢气的条件下充分还原CO、CO2为甲烷，从而保证了镍转化炉的转化效率和使用寿命。

MoleSieve5A填充柱使用时应避免接触油和液态水、二氧化碳等，分析进样前应根据样品的含量选择相对应的采集方法和处理方法。

4.2 日常维护和检查

定期检查GC-8860色谱温度、压力、流量等各项参数，定期用标准气体进行曲线校验。

在分析一氧化碳中微量甲烷和微量二氧化碳时，严禁一氧化碳以及含有高浓度二氧化碳的样品进入镍转化炉；同时少量的硫化物也会使镍催化剂中毒[4]，难以再生；低浓度的乙炔、乙烯、丙烯同样也会影响到转化炉的转化效率。

参考文献

[1]色谱柱PLOT柱的发展及简介

[2]薛婷，郭洪海.仪器分析技术.大连:大连理工大学出版社，2014.7

[3]林陪川，张秀梅.低温与特气.2008年03期

[4]吴方迪，张庆合.色谱仪器维护与故障排除.北京：

化学业出版社，2008.9