一次进样同时测定低碳烃芳构化尾气中的烃及苯系物含量

王 华

（西南化工研究设计院有限公司，四川成都，610225）

随着石油资源的日益减少，利用天然气、油田轻烃、炼厂气和煤基合成汽油的尾气等低碳烃资源已成为当今重要的研究课题和人们关注的热点问题。因为它可以利用廉价的烃类资源制备价值较高的苯、甲苯和二甲苯等化工原料。低碳烃类经芳构化后，尾气中含有甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷及苯、甲苯、乙苯等组分。对这些组分要进行一次性全分析很困难，因为要满足烷烃、烯烃的全分离并达到好的分析效果，一般采用三氧化二铝柱［1，2］，而苯系物在三氧化二铝柱上不出峰，需采用高分子有基柱［3］，因此，过去要将这些组分进行全分析，采用多维色谱［4］或两台仪器进行分析，这样可能造成误差，又浪费分析仪器。利用十通阀的特点，一次进样后，样品首先通过聚乙二醇20M填充柱，待样品中的烷烃、烯烃全部流出（苯系组分还保留在柱内）后，将十通阀切换到取样位置，烷烃及烯烃经三氧化二铝毛细管柱分离后进入氢焰检测器，苯系类经聚乙二醇柱分离后进入热导检测器，这样，很好地解决了低碳烃芳构化尾气中的烷烃烯烃及苯系物含量测定问题。

1 实验部分

1.1 实验原理

十通阀进样分析过程如图1，该位置是取样状态。在2、5位置安装聚乙二醇20M填充柱。将3位置接载气（Ⅱ）入口，位置4接热导检测器，位置6接到三氧化二铝毛细管柱上，出口接氢焰检测器。在进样位置时，载气（Ⅰ）经7到8，流过定体积管，将样品从定体积管带出，再从1到2，进到聚乙二醇20M柱，经聚乙二醇20M柱预分离后，烷烃与烯烃首先流出该色谱柱，从5流入6，经分流装置后样品到达三氧化二铝毛细管柱，此时将十通阀转到取样位置，载气（Ⅰ）从7到6进入三氧化二铝毛细管柱，最后到达氢焰检测器，达到烷烃与烯烃分析目的。载气（Ⅱ）从3流到2，进入聚乙二醇20M柱，样品中的苯系物经分离后到达5，从4流出进到热导器，从而测定出苯系物含量。这样样品中的烷烃、烯烃及苯系物全部测定完成。

图1 样品分析流通图

1.2 试剂及仪器

试剂：甲烷；乙烯；乙烷；丙烯；丙烷；苯；甲苯；乙苯（气体钢瓶装，标气）。

仪器：山东联众生产的GC－2008气相色谱仪，热导检测器（TCD）；氢焰检测器（FID）；数据处理机：浙江大学生产N2000色谱数据工作站。

1.3 实验条件

色谱柱1：长2m、内径3mm的不锈钢管柱，内装60～80目的聚乙二醇20M；色谱柱2：AL2O3/Na2SO4毛细管柱（30m×0.53mm×1.0um）。柱箱温度：100°C；热导检测温度120°C；氢焰检测温度180°C；汽化温度180°C；载气为纯氢；聚乙二醇20M柱载气流量30mL/分钟；热导桥流150mA；毛细管柱流速：2mL/分钟；分流比：100：1；氮气流速：30mL/分钟；空气流速：350mL/分钟；进样量：1mL。

1.4 实验方法

1.4.1 定性分析

按照色谱分析条件及步骤，采用标准样对照法定性，将未知物保留时间与已知标准样保留时间对照，从而判断未知峰。出峰顺序为：氢焰；甲烷；乙烷；乙烯；丙烷。热导：苯；甲苯；乙苯。其色谱分析如图2、图3。

图2 热导测定苯、甲苯、乙苯

图3 氢焰测定甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷

1.4.2 定量分析

色谱分析的定量方法很多［4］，本文采用面积外标法计算。则各组分的计算其公式为：

ci＝KAi

式中：Ai—— 试样中各组分的峰面积；K——试样中各组分的校正因子。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

根据色谱固定相的特性［5］，聚乙二醇固定相能很好地分离苯系物等物质，因此选用聚乙二醇20M柱作为分析苯、甲苯、乙苯；分离效果很好。三氧化二铝柱是分离烷烃与烯烃的特效柱，达到满意的分析效果。

2.2 十通阀切换时间的确定

按色谱分析操作条件，通过十通阀进标气样品后，将十通阀切换到取样位置，让样品全部通过聚乙二醇20M柱到达热导检测器，考查样品中的烷烃及烯烃通过聚乙二醇20M需要的时间，确定十通阀在进样后的切换时间。通过实验证明，进样一分钟内，样品中的烷烃与烯烃全部从聚乙二醇20M柱中成一个峰流出，而苯、甲苯、乙苯组分仍保留在聚乙二醇20M柱中。因此，进样一分钟时，将十通阀切换到取样位置，这样样品的烷烃及烯烃就进入三氧化二铝毛细管柱，分离后，通过氢焰检测器测定出含量；而样品中的苯、甲苯、乙苯经聚乙二醇20M柱分离后进入热导检测器，从而测出其含量。

2.3 分析方法的准确性

为检验该方法的准确性，按照分析实验条件，用标准进样测定，以检测其准确性，结果见表1。

由表1可以看出，采用本方法测定芳构化尾气中的烷烃、烯烃及芳烃含量，准确性高，相对误差小于4.00%。

2.4 样品分析

将该分析方法用于实际样品分析，其结果见表2。

由表2可见，将该方法应用于实际样品测定，取得很好的效果，完全可满足科研及生产的需要。

表1 检验方法的精确度

表2 试样分析

3 结论

本方法分析快速、准确性好、操作简便，完全满足科研及生产的需要。

［1］李继文，冯钰安.气相色谱法分析高纯度异丁烯中的微量烃类杂质［J］.色谱，2004，22（1）：81～83.

［2］SH/T1482－2004，工业用异丁烯纯度及杂质的测定（气相色谱法）［S］.

［3］徐广通，杨玉蕊，等.多维气相色谱快速测定汽油中的烯烃、芳烃及苯含量［J］.石油炼制与化工，2003，34（3）：61～65.

［4］丁洪生，程志林，等.轻烃芳构化的系统研究（Ⅵ）——芳构化液相产物的定性和定量分析［J］.石油化工高等学校报，2003，13（1）：10～14.

［5］缪征明.仪器分析.机械工业出版社出版.1984：705～708.

［6］周良模，等.气相色谱新技术.科技出版社，1994：446－447.