用阀柱反吹气相色谱技术快速分析乙烯中氮气氧气氢气

徐 刚，刘 磊，裴宝山，丁昌法

(青岛海湾化学有限公司，山东 青岛 266000)

乙烯氯化法产二氯乙烷生产过程中，乙烯作为主要原材料，其纯度和杂质的检测工作贯穿原料装卸和工艺生产的各个环节中，乙烯中一氧化碳、二氧化碳、烃类参照“GBT 7715-2014工业用乙烯”建立方法。乙烯中氧气、氮气、氢气等永久性气体的分析，则需要多台仪器多个方法，耗时耗力，不能满足槽车装卸或者工艺调整期间，大批量乙烯样品的分析工作。因此，建立个快速、同时准确分析乙烯中氧气、氮气、氢气的方法十分必要。本工作借助安捷伦7890B气相色谱仪，通过双通道分析分析流路，双TCD检测器的气相色谱仪，采用阀切换和柱反吹技术，分别用氢气和氮气做载气，建立了一台仪器，一次进样测定乙烯中氧气、氮气、氢气分析方法，三个组分全部出峰仅需2min。

1 实验部分

1.1 仪器配置

十通进样阀2个；PORAPARK Q 填充柱1个；Unibeads 1s填充柱2个；5A分子筛2个；热导检测器TCD 2个。

1.2 阀柱配置

示意图见图1。

图1 阀柱配置示意简图

1.3 工作原理简介

测 H2通道(TCD后通道)：用氮气做载气，通过转动十通阀1将1 mL，样品环中的气体注射到色谱柱1( PORAPARK Q)中，氢气、氧气、氮气、乙烯、烃类进入到色谱柱1，氢气最先流出色谱柱1，当氢气进入到色谱柱2(5A分子筛)，阀1关上，色谱柱1进行反吹，将氧气、氮气、乙烯、烃类反吹出系统外。氢气经色谱柱2进入检测器。

测O2，N2通道(TCD前通道)：氢气做载气，通过转动十通阀2将1 mL，样品环中的气体注射到色谱柱3(Unibeads 1s)中，待测组分氢气被载气吞并，当待测组分氧气、氮气进入到色谱柱4(Unibeads 1s)，阀2关上，色谱柱3进行反吹，将乙烯、烃类反吹出系统外。氧气、氮气经5A分子筛后进入检测器

1.4 气相色谱分析条件

柱箱温度：柱箱起始温度80℃，保持8.0 min；以50℃/min到200℃，保持1.0 min；

进样口：温度：250℃、压力：21.0 psi、分流比5∶1；

前检测器：温度：200℃、参比流量：30 mL/min；尾吹气5 mL/min；

后检测器：温度：200℃、参比流量：50 mL/min；尾吹气5 mL/min；

载气(氢气)：流量30 mL/min压力20 psi；

载气(氮气)：流量50 mL/min压力20 psi。

色谱阀切换设定条件见表1。

表1 色谱阀切换设定条件

1.5 建立校正表

进标准气体进行单独标定分析，对待侧组分进行定性、定量分析，建立待测组分的校正表见图2。

图2 乙烯中氮氧氢校正表

2 结果与讨论

2.1 两种载气的原因

测氢气色谱气路通道(TCD后通道)要选择,氮气做载气，虽然氢气的热导系数最高，但因为待测组分为氢气，不能选择氢气做载气。

测氧气、氮气色谱气路通道(TCD前通道)要选择氢气做载气，氢气热导系数比氮气高，测量更加灵敏。

2.2 反吹时间的确定

乙烯样品中含氧气、氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等永久性气体、乙烯、烃类等有机组分，所以当氢气通过柱1(见图1)后大约0.7 min，氧气、氮气通过柱3(见图1)大约0.9 min，就通过阀切换进行反吹。

2.3 色谱谱图分析

将包含氮气、氧气、氢气等组分的乙烯标准气体用此方法进行色谱分分析，得到谱图件图3。

图3 乙烯全分析标气分析谱图

分别由氮气、氧气、氢气的单组分标气验证出峰情况可知 ,前检测器1.337 min为氧气峰，1.663为氮气峰，后检测器0.998为氢气峰，样品分离较好，出峰时间较早，极大地缩短了分析时间。

2.4 标气与分析结果对照

图4 标气检测报告

进大连光明的标准气体(氢气：19.57 ppm 氧气：22.0 ppm 氮气：998.2 ppm)分析结果检测报告见图4。

标气各组分的标准含量与色谱分析结果对照，经计算 ,氧气相对标准偏差为 4.6%；氮气相对标准偏差为 1.0%；氢气相对标准偏差为 3.1%；可见各组分相对标准偏差均小于5% 。以上数据均符合分析仪器重复性要求。

3 结论

采用阀切换和柱反吹技术，分别用氢气和氮气做载气，可实现一台仪器，一次进样快速测定乙烯中氮气、氧气、氢气，不到2分钟就可以实现三个组份全部出峰。通过实验摸索出了最佳色谱条件，建立了乙烯中氮气、氧气、氢气的分析方法。此方法操作简便、分析速度快，适合槽车装卸或者工艺调整期间，大批量乙烯样品的分析工作。在乙烯纯度和杂质的分析中有很好的推广应用性。