在线色谱仪和质谱仪在石化工业中的应用 |
| 2012-09-08 14:00 作者：张瑜 关淞云 刘巨才 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
|
|
硅谷网9月8日消息 《硅谷》杂志2012年第14期刊文称，概括介绍在线色谱仪和质谱仪的发展原理和结构，并通过在石油化工行业的应用比较，得出二者作为定性定量成分分析仪表在工业自动化设备领域长期占据主导地位。
在石化工业领域，工业色谱仪和质谱仪的正确应用，能够及时准确地分析工业介质和产品的组分，为装置的操作和判断提供数据支持，以其全面、准确、快速的性能，正得到越来越多的应用。
1在线色谱仪
在线色谱仪是目前世界上发展速度最快的分析仪器之一，其中气相色谱仪技术比较成熟。色谱法初时作为一种分离手段而研究的，到了20世纪50年代，色谱发展最快，开始把这种分离手段与检测系统连接起来，构成了一种独特的分析方法。这种方法发展极快，成为分析化学中最富活力的一个领域，也成为生物化学和有机化学中广泛应用的一种手段。现在在线色谱仪是一种重要的在线分析仪表，作为工艺操作开环指导或直接参与闭环控制，已得到日益广泛的应用[1]。
1.1色谱分离基本原理：
在线色谱仪分离的基本原理是待测样品靠色谱中连续流动的流动相（载气）携带通过固定相（被填充在色谱柱中静止不动的物相），由于样品中的各个组分的物理化学性质不同，它们与固定相分子间发生相互作用的强弱不同，因此各自在两相间的浓度比也不同，于是待测样品中的各组分沿色谱柱向前流动的速度也不同，在色谱柱后接上适当的检测器，就可实现待测样品中各组分的分离与检测，并对依次流出的各个单组分物质可分别进行定性、定量分析。
1.2在线色谱仪的结构
在线色谱仪包括采样单元、预处理单元、流路选择系统、载气系统和色谱单元等。采样单元从工艺管道上取出被测样品。样品预处理系统使样品符合色谱分析和检测要求，包括降压、稳压、稳流、保温、降温、除尘、除水干燥、清除对仪器有害的非待测物质等。流路选择系统是用一套色谱仪轮流分析两个以上的采样流路就要进行流路选择。气路系统包括气源、气路管线和气体压力、流量控制的压力表、流量计及阀件等。色谱单元中色谱柱使待测样品混合物分离，色谱检测器将组分浓度转变成其他易于测量的信号的传感器。
1.3在线色谱仪的特点
在线色谱仪分离效率高，理论上几十种甚至上百种性质类似的化合物可在同一根色谱柱上得到分离，能解决许多其他分析方法无能为力的复杂样品分析。分析速度较快，可在几分钟至几十分钟的时问内完成一个复杂样品的分析。检测灵敏度高，随着信号处理和检测器制作技术的进步，目前TCD检测器分析下限一般为10ppm，FID一般为1ppm，FPD一般为0.05ppm[1]。样品用量少，一次分析通常只需10-6-10-9升的样品。选择性好，通过选择合适的分离模式和检测方法，可以只分离和检测需要的物质组分。多流路分析，使用多流路切换装置，1台色谱仪可以测量多流路的样品。自动化水平高，现在的在线色谱分析仪已经可以实现从进样到数据处理的全自动化操作。
1.4在线色谱仪在石化工业中的应用
在线色谱仪技术成熟，广泛应用于乙烯裂解、分离、催化裂化等石油化工装置，用于测量C1～C9，H2，N2，CO，CO2，SO2，H2S等多种组分。色谱仪本身就是一个很好的分离仪器，可根据需要来确定色谱柱的数量和采用何种切柱技术。如需要缩短分析周期和保护色谱柱不受重组分污染，可在待测组分流出色谱柱后，用载气反方向吹入色谱柱，将不要分析的重组分吹出；为了使有用的组分和不需要的组分分离，可用一个色谱柱先将它们分开，然后将不需要的组分反吹掉，保留有用的组分进分析柱进一步分离，这就是色谱独有的“反吹”和“预切”技术。快速、可靠、专用和标准化的特性使得在线色谱仪在石油和石化分析领域得到很好的应用，长期应用于石化常量气体组成分析、痕量杂质组成分析、汽油组成分析、模拟蒸馏分析、单体硫化物分析、含氧化合物分析、生物柴油分析等方面。未来以标准分析方法为基础的各类专用系统的开发和应用将是一个活跃的发展领域，而以直热柱、微柱阀切换和并行系统为基础的快速分析技术也将更多地引起人们的关注[2]。
2在线质谱仪
质谱仪是对一种或多种气体组分进行快速、准确、灵活分析的仪表。1919年，英国科学家弗朗西斯•阿斯顿于制成第一台质谱仪。将近一个世纪的发展，从早期测定同位素、分析无机元素到有机物的分析，质谱分析取得了长足进展。目前质谱分析法已广泛地应用于地质能源、环境检测、化工材料、生命科学、医学药物等各个领域，其中在石化行业在线质谱仪已应用在乙烯裂解炉、EO/EG装置、催化剂评价、常压渣油加氢预处理过程和合成氨等的工艺样品分析。
2.1在线质谱仪的工作原理
在线质谱仪的原理就是通过对被测样品离子的质荷比（m/e）的测定来对样品进行分析。具体步骤就是被分析的样品先离子化，然后利用不同离子在磁场或电场的运动轨迹的不同，把离子按质荷比分开而得到质谱图，从而得到样品的分析结果[3]。
2.2在线质谱仪的结构
在线质谱仪由离子源、质量分析器、检测器、真空系统、电子单元和数据系统等组成。离子源是将分析样品分子轰击电离成样品离子的部件，其中以电子电离源应用最广泛。质量分析器的功能是将离子源产生的离子，按其质荷比进行分离检测，得到化合物特征质量信息。质量分析器根据离子在不同场的运动规律实现质量分离，只检测带电粒子和气相离子，测定的是离子的质荷比，为了控制气相离子运动轨道，质量分析器必须在真空状态下工作，压强越低，离子平均自由程越长。离子检测器的功能是接受由质量分析器分离的离子，进行离子计数并转换成电压信号放大输出，输出的信号经过计算机采集和处理，最终得到按不同质荷比值排列和对应离子丰度的质谱图。质谱的真空系统由两级真空机组组成，包括前级真空泵，高真空泵，真空管道，真空阀门，真空规和吸附阱等部件。电子单元提供所需质谱仪电源，数据系统的所有控制是通过位于机箱内的处理器进行，同时也提供至PC主机、DCS等的通讯。
2.3在线质谱仪的特点
在线质谱仪分析速度非常快，单流路分析时间小于10S，因此质谱仪的分析滞后时问不在于质谱仪本身，而往往取决于采样系统和快速回路；拥用极高的精度和准确度、能多组分分析、量程宽、快速多流路、自动化程度高、仪器稳定性和可靠性好等特点[2]。
2.4质谱仪在石化工业中的应用
质谱仪是多组分、高精度的分析仪表。因其极快的分析速度，近年来，正得到越来越多的应用。质谱仪10S级的分析速度为用户带来及时准确的分析结果。现在国际上有一种做法，就是用1台质谱仪替代原有的几台色谱仪，并已取得了一些成功的经验。如在乙烯裂解炉、EO/EG、催化剂活性评价、烯烃生产以及合成氨、甲醇装置等一些反应剧烈，需要进行快速在线分析的场合[3]。其中中沙（天津）石化有限公司的百万吨乙烯装置的11台裂解炉，采用在线质谱分析仪系统，提供准确、快速的在线实时分析数据，为实现裂解深度控制提供准确的过程参数。该系统维护量少，可靠性高，满足了工艺要求，并且带来了明显的经济效益，也实现了广泛的社会效益。对于大型乙烯装置的裂解炉裂解气的在线分析工程设计有很好的示范作用，具备推广应用前景；也为国内乙烯装置裂解炉的技术升级改造开辟了新的途径。虽然质谱仪在分析含有不确定组分的混合物时，质谱仪不能将不确定组分分离掉[4]，但是质谱仪在石化行业的应用中节能降耗，提高生产效率，提升了企业的经济效益，未来将拥有广泛的发展前景。
3结论
在线色谱仪和质谱仪在石油化工的生产管理和生产运行中不可缺少的分析测量工具，为优化生产环节，提高产品质量，节约资源降低能耗作出了重大的贡献。
作者简介：
张瑜（1984-），女，助理工程师，天津联维乙烯有限公司，主要从事在线分析仪表维护工作。（原文载于《硅谷》杂志2012年第14期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载） |
|
|
|
【对“在线色谱仪和质谱仪在石化工业中的应用”发布评论】 |
版权及免责声明：
① 本网站部分投稿来源于“网友”，涉及投资、理财、消费等内容，请亲们反复甄别，切勿轻信。本网站部分由赞助商提供的内容属于【广告】性质，仅供阅读，不构成具体实施建议，请谨慎对待。据此操作，风险自担。
② 内容来源注明“硅谷网”及其相关称谓的文字、图片和音视频，版权均属本网站所有，任何媒体、网站或个人需经本网站许可方可复制或转载，并在使用时必须注明来源【硅谷网】或对应来源，违者本网站将依法追究责任。
③ 注明来源为各大报纸、杂志、网站及其他媒体的文章，文章原作者享有著作权，本网站转载其他媒体稿件是为传播更多的信息，并不代表赞同其观点和对其真实性负责，本网站不承担此类稿件侵权行为的连带责任。
④ 本网站不对非自身发布内容的真实性、合法性、准确性作担保。若硅谷网因为自身和转载内容，涉及到侵权、违法等问题，请有关单位或个人速与本网站取得联系（联系电话：01057255600），我们将第一时间核实处理。
|
|
|
|
