一种用于煤气组分和萘含量测试的气相色谱仪改造方法

刘 超

(西山煤电集团有限责任公司 技术中心， 山西 太原 030053)

萘(C10H8)是一种有机化合物，白色光亮的片状晶体，易挥发，有特殊气味。焦炉煤气管道中萘的危害极大，当煤气中萘含量升高时，凝结成的片状结晶会在管道中积聚，堵塞管路和其他设备。此问题在冬季生产过程中表现得更为明显，特别是煤气中萘、氨的含量都达到一定的峰值时，极易堵塞甲醇厂预脱硫槽和合成塔，降低催化剂的转化效率。同时萘作为一种稠环烃，在化工生产过程中有着极其重要的作用，是生产合成树脂、苯酐、增塑剂、染料中间体的重要原材料。因此，煤焦油中萘含量高低的测定至关重要。

目前，焦化企业测定萘含量普遍采用的是苦味酸法，但苦味酸属易制爆品，在市场上购置比较困难，各焦化厂基本都是依靠库存来继续实验。根据国标GB/T 12208—2008《人工煤气组分与杂质含量测定方法》中的规定,选取气相色谱法代替苦味酸法用于煤气中萘含量的分析，并在SP-3420A气相色谱仪原有基础上进行升级改造，最终实现一台气相色谱仪满足煤气组分分析和萘含量分析两个实验分析的要求。

1 SP-3420A气相色谱仪升级改造设计思路

原有气相色谱仪SP-3420A分析焦炉煤气中的N2(氮气)、CH4(甲烷)、CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、H2(氢气差量法)，若要增加萘含量分析实验，必须对SP-3420A气相色谱仪的气路系统、进样系统、分离系统、温度控制系统、记录系统等进行升级改造，使其具备煤气和萘含量均能分析的功能[1-2].

2 SP-3420A气相色谱仪升级改造

2.1 用于萘含量测定的主要参数

1) 仪器型号：气相色谱仪SP-3420A(北京北分瑞利)。2) 色谱柱：柱管长2 m、内径3 mm的不锈钢柱管。a) 载体：201红色载体，酸洗，0.25～0.8 mm(60～80目)。b) 固定液：丁二酸乙二醇聚酯，液相载荷量6.5%. 3) 检测器和氢焰集成电路板：增加带有氢火焰的离子化检测器、FID氢焰板。4) 载气及流速：氮气(40 mL/min)、氢气(40 mL/min)、空气(400 mL/min). 5) 柱箱温度130 ℃、气化温度250 ℃、检测器温度140 ℃.

2.2 SP-3420A气相色谱仪升级改造内容

主要升级改造气相色谱仪的气路系统、进样系统、分离系统、温度控制系统、记录系统。

1) 气路系统。气路系统为SP-3420A气相色谱仪提供稳定、洁净的载气。增加部分：气源增加了空气源和氮气源，独立的气路管道。共用部分：氢气源。

2) 进样系统。选择合适的进样器，不同的进样器适配不同状态(气、液)下的试样。增加部分：增加了自动六通阀和驱动器进样器，气化室和加热系统独立的气路管道。

3) 分离系统。分离系统是色谱仪的核心部分。增加部分：201红色色谱载体，酸洗，0.25～0.18 mm(60～80目)，或使用性能相似的其他载体。

4) 检测系统。氢火焰离子化检测器结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速。增加部分：FID 检测器。

5) 温度控制系统。温度控制系统用于测量和调节检测器、气化室、色谱柱的温度。增加部分：氢火焰控制板。

6) 记录系统。运用记录检测器的检测信号，定量数据处理，绘制谱图。增加部分：色谱设备处理机。

相关主要新增配件材料见表1.

表1 相关主要新增配件材料表

3 改造的技术重点

3.1 气路系统

从气源出口连接气路至增加的气体组合阀，气体组合阀和气流控制系统相连，出口与氢焰检测器的喷嘴相连。H2由喷嘴加入与空气混合点火燃烧形成氢火焰，通入空气助燃。增加氮气钢瓶用于提供载气，增加面板压力表用于显示萘含量气路的柱前压，载气通过大小过滤器后，将载气与组合阀、进样器、面板压力表相连。

色谱柱的安装：入口端过分流点4～5 cm.保证柱入口端处于汽化室的中央，即汽化室内色谱柱与衬管是同轴心。柱后过尾吹点9～10 cm.

气路流程图：

载气氮气钢瓶→减压阀压力表→稳压阀→稳流阀→转子流量计→汽化室→色谱柱→检测室→放空

空气发生器空气→减压阀压力表→稳压阀→稳流阀→检测→放空

氢气发生器空气→减压阀压力表→稳压阀→稳流阀→检测室→放空

3.2 FID检测系统

选取合适位置，在柱箱里增加一个填充柱和注样器，并连接放大器。安装填充柱，注意柱子的连接顺序，色谱柱一端有豁口的代表色谱柱气体入口。填充柱使用前需老化，断开检测器，N2流速10～20 mL/min，以程序升温的方式缓慢将柱温升至比使用温度高20 ℃，但不能高于最高使用温度，并在此温度下老化4～8 h[3-5].

增加FID氢焰检测板的卡槽，安装FID氢焰检测板，在热导检测器后方打孔安装FID检测器、氢焰检测器喷嘴以及色谱柱出气接头，用数据线连接FID氢焰检测板和氢焰检测器将信号线与氢焰检测器相连。FID检测系统要求灵敏度高、噪音低、线性范围宽、对各类物质都有讯号，但对流速和温度变化不敏感。

4 SP-3420A气相色谱仪升级改造后结果

采用改造后气相色谱仪测定煤气各组分含量和煤气中的萘含量，实验结果谱图见图1，表2，图2，表3.

图1 煤气分析谱图

由图1，图2可知，SP-3420A升级改造后煤气含量分析不受影响，能够正常分析N2、CH4、CO、CO2. SP-3420A升级改造后萘含量分析采用内标法结果为30.86 mg/m3，与标准物质33.08 mg/m3相比偏差为2.22 mg/m3,该结果小于GB/T 12208—2008《人工煤气组分与杂质含量测定方法》中规定的重复性要求4.1 mg/m3.

表2 煤气分析数据表

图2 萘含量分析谱图

表3 萘含量分析数据表

5 结 语

苦味酸法测萘含量需用到苦味酸，苦味酸为易制爆药品，长时间会导致慢性中毒。而气相色谱法萘含量样品分离的效果更好，精密性更高，更方便快捷(最快30 min即可完成)，较苦味酸法准确度高，极大提高了检验检测效率。通过对现有SP-3420A气相色谱仪的升级改造，最终使SP-3420A气相色谱仪同时具备分析煤气和萘含量的功能，满足萘含量测定需求，节省了重新购置设备的费用,为焦化行业相关企业分析实验提供了新思路。