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高炉煤气分析系统原理介绍

安平

2021/11/09
红小豆

石油化工检测

高炉煤气分析系统原理介绍

概述

介绍某简易的气相色谱仪——高炉煤气分析系统的工作原理。

一背景介绍

高炉煤气是高炉炼铁工艺生产过程中产生的一种可燃气体，大致成分为一氧化碳（20-30%）、氮气（51-56%）、二氧化碳（16-18%）、氢气、少量烃类、水蒸气以及少量的二氧化硫。高炉煤气是一种低热值的气体燃料，其发热值约为3000-3600kJ/m3，可以用于冶金企业的自用燃气，如加热热轧的钢锭、预热钢水包等，也可以供给民用。

高炉煤气含有大量的CO，毒性很强，煤气还有易燃、易爆特性。

二系统结构原理

采用Shimadzu的气相色谱仪GC-2014，配置有两个TCD检测器、两个十通阀、一个六通阀（色谱柱选择阀），设计某简单的高炉煤气分析系统，其硬件结构如图1所示。

图1 高炉煤气分析系统原理图

三工作流程讲解

本高炉煤气分析系统总体分为两个通道，通道1使用氢气作为载气，测定样品中的氧气、氮气、甲烷、一氧化碳和微量烃类物质；通道2使用氩气作为载气，测定煤气样品中的少量氢气。

双通道使用不同的载气，均可以实现较高的分析灵敏度。

通道1的工作过程：

1 取样

如图1所示，此时将样品通入定量环（样品流经 sample in - loop -sample out）。

2 进样

系统启动数据采集的瞬间，十通阀V1旋转36度，此时样品被载气携带进入预分离色谱柱PC1中（样品流经 car1 - loop - PC1 - C1 - C2 -TCD1 ）。

样品在PC1中被预分离，其中较轻的组分（氧气、氮气、甲烷、一氧化碳）作为合峰流入C2色谱柱。C1色谱柱将各个组分进一步分离，经不易分离的乙烷、乙烯、乙炔分离开。

3 反吹

当样品中的乙烷、乙烯、乙炔之前的组分全部流入色谱柱C1之后，十通阀V1旋转36度，此时预分离色谱柱PC1中的载气流速反方向流动，保留时间较长的微量重组分被反吹流出PC1柱（样品流经 car1 - PC1 - Vent1）。

4 色谱柱选择

样品在C1色谱柱中被分成两部分，一部分为氧气、氮气、甲烷、一氧化碳的合峰，另一部分为二氧化碳、乙烷、乙烯、乙炔。

当合峰完全流入色谱柱C2中时，V2阀旋转60度，合峰中的组分被封闭在色谱柱C2中。C1中的其他组分按顺序流出色谱柱，并在TCD1上出峰，顺序为二氧化碳、乙烯、乙烷、乙炔。

5 复位

当乙炔完全流出色谱柱C1之后，V2阀旋转60度，恢复到系统的初始状态，C2中封闭的组分，再次流出并在TCD1上出峰，其顺序为氧气、氮气、甲烷、一氧化碳。

通道2 的工作过程：

1 取样

如图1所示，此时将样品通入定量环（样品流经 sample in - loop -sample out）。

2 进样

系统启动数据采集的瞬间，十通阀V3旋转36度，此时样品被载气携带进入预分离色谱柱PC2中（样品流经 car3 - loop -PC3 - C3 - TCD2）。

样品在预分离色谱柱PC2中分离为较轻组分（氢气）和较重组分（烃类和氧气、氮气、二氧化碳等）。

其中保留较弱的组分——氢气——流入色谱柱C3，并在TCD2检测器上被检测到。

3 反吹

当色谱柱PC2中的较轻组分完全流入色谱柱C3中，十通阀V3再次旋转36度，此时色谱柱PC2内部的载气反向流动，将保留时间较强的组分反吹流出系统。

系统典型谱图如图2所示：

图2 系统典型谱图

小结

本系统为简单的十通阀应用案例，两个通道均为十通阀进样反吹。

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