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高炉煤气分析系统原理介绍

  • 安平
    2021/11/09
    红小豆
  • 私聊

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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