A cromatografia gasosa de processo é usada para separar e analisar compostos químicos na fase gasosa de processos industriais. Os instrumentos de cromatografia gasosa vaporizam e distribuem amostras entre uma fase estacionária e uma fase móvel, por meio das quais um gás quimicamente inerte transporta as moléculas por uma coluna aquecida.
Yokogawa Os cromatógrafos a gás oferecem análise de processo confiável e precisa, com operação em tela sensível ao toque para resultados sem esforço. Todas as configurações, telas e dados do cromatógrafo são verdadeiramente segregados para facilitar a compreensão e a manutenção. Desde 1959, a Yokogawa fornece soluções de GC para os setores de petróleo e gás, refino e petroquímica em todo o mundo. Nos últimos 50 anos, os produtos de GC da Yokogawa continuaram a evoluir para atender às necessidades em constante mudança do setor de processos.
Sobre o cromatógrafo a gás
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Cromatógrafo de gás de processo GC8000
O GC8000 tem uma tela colorida sensível ao toque de 12 polegadas integrada que simplifica drasticamente as operações. Com um simples toque na tela, o técnico pode acessar todos os parâmetros analíticos e resultados de medição, exibidos em telas gráficas coloridas fáceis de entender.
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Suporte de manutenção de IA de cromatógrafo a gás (GCAI) para GC8000
O software GCAI usa modelos de aprendizado de máquina criados para cada GC8000 monitorado para detectar condições de medição "incomuns" em tempo real.
O sistema o ajuda a lidar com problemas de funcionamento com antecedência e a obter uma resposta imediata da manutenção em caso de mau funcionamento.
O usuário pode começar a usar sem necessidade de configuração.
Detalhes
O que é cromatografia gasosa?
A cromatografia gasosa é um método de análise qualitativa e quantitativa que pode separar vários componentes em misturas de gases ou líquidos voláteis para cada componente por cromatografia. Na cromatografia gasosa, a fase móvel é um gás e a fase estacionária é um adsorvente ou um líquido não volátil (alto ponto de ebulição). Os componentes da amostra são separados pela interação com a fase estacionária (como a capacidade de adsorção ou o coeficiente de partição), que é diferente para cada componente.
A cromatografia gasosa é amplamente utilizada porque;
- É possível medir amostras de gás e líquidos voláteis com pontos de ebulição de até aproximadamente 300degC.
- A configuração do instrumento (Cromatógrafo a Gás) é simples e de fácil manutenção.
O que é um cromatógrafo a gás?
- Um instrumento para cromatografia gasosa é chamado de Cromatógrafo a Gás (GC). A configuração básica do GC é mostrada abaixo. Em uma câmara com temperatura controlada, uma determinada quantidade de amostras de processo é coletada por uma válvula de amostra e introduzida em uma coluna por gás de arraste (o gás de arraste flui da válvula de amostra para a coluna e para o detector, na ordem).
- Na coluna, vários componentes são separados para cada componente individual e eluídos em ordem. Os componentes eluídos da coluna são convertidos em sinais elétricos pelo detector para obter um cromatograma. A concentração de cada componente é calculada a partir da área pico do cromatograma.
- O gás de arraste deve ser estável e ter pouca influência como fundo do sinal do detector. Normalmente, são selecionados gases inorgânicos, como H2, He e N2.
Separação de componentes por coluna
- Os componentes da amostra da mistura de gás multicomponente com o gás de arraste, chamado de fase móvel, movem-se pela coluna, dissolvendo-se repetidamente na fase estacionária e eluindo-a em uma determinada taxa cíclica, de acordo com um coeficiente de partição fixo* exclusivo de cada componente. A figura a seguir mostra um diagrama de como a mistura de gás multicomponente é conduzida a uma coluna e separada em seus componentes discretos ao longo do tempo.
* Coeficiente de partição: A razão de concentração dos componentes, calculada pela divisão da concentração do componente que está em equilíbrio na fase estacionária pela concentração que está em equilíbrio na fase móvel.
Separação de componentes usando uma coluna
O que é cromatografia gasosa, seus tipos e classificação?
Classificação por mecanismo de separação de componentes
Tipo de adsorção:
Esse tipo realiza a separação por diferença na adsorção e dessorção do componente da amostra na fase estacionária. As fases estacionárias típicas são carvão ativado, zeólita sintética, alumina ativada, gel de sílica, polímero poroso, etc. É usada principalmente para a separação de gás inorgânico, como H2, N2 e CO2, e gás hidrocarboneto com baixos pontos de ebulição, como CH4, C2 e C3.
Tipo de partição:
Esse tipo realiza a separação por diferença na solubilidade do componente da amostra para a fase estacionária. Como fase estacionária, vários líquidos de alto ponto de ebulição, como óleo de silicone não polar e poliglicol polar, são aplicados à superfície do material poroso ou à parede interna da coluna. É usado principalmente para a separação de componentes orgânicos com número de carbono 4 ou mais (hidrocarbonetos, álcoois, ácidos orgânicos etc.).
Classificação por tipo de coluna
Coluna de tubo aberto:
Essa é a coluna de tubo oco cuja superfície interna é revestida com pó ou líquido como fase estacionária. A coluna tubular aberta tem diâmetro interno de 0,25 a 0,53 mm, e o tubo é feito de sílica fundida com revestimento de poliimida ou tratamento de superfície interna inerte em aço inoxidável. O comprimento é geralmente de dezenas de metros. O desempenho da separação é superior ao da coluna empacotada.
Coluna empacotada:
É a coluna tubular que é preenchida com pó como fase estacionária (material de embalagem). No cromatógrafo de gás de processo, a coluna empacotada geralmente é um tubo de aço inoxidável com diâmetro interno de 1 a 2 mm. O comprimento é de vários metros. Há muitos tipos de materiais de empacotamento, o que significa que há muitas opções para as características de separação.
Quais tipos de sensores são/não são usados na cromatografia gasosa?
Classificação do sensor (detector)
| Tipo de detector | Objeto a ser medido | Faixa de concentração (geral) | Recursos |
|---|---|---|---|
| TCD | Quase todos os componentes | 10 ppm - 100% | Ser aplicável a uma ampla gama de Operar fornecendo apenas gás de arraste |
| FID | Hidrocarbonetos | 1 ppm - 100% | Os hidrocarbonetos podem ser detectados com alta sensibilidade |
| FPD | Composto de enxofre H2S, SO2, etc. | 1 ppm - 1000 ppm | Os componentes que contêm enxofre podem ser detectados seletivamente com alta sensibilidade. |
Detector de condutividade térmica (TCD/MTCD)
O TCD/MTCD utiliza a diferença na condutividade térmica entre o gás medido e o gás de arraste e detecta a tensão desequilibrada produzida em um circuito de ponte como uma medida de concentração.
A figura mostra o princípio fundamental do TCD/MTCD. Conforme mostrado, há dois fluxos, cada um com dois filamentos. Um fluxo passa somente o gás de arraste e o outro, conectado à saída da coluna, permite a passagem do gás medido durante a análise. Os filamentos nos dois fluxos formam um circuito em ponte, de modo que o filamento em um fluxo é adjacente ao filamento no outro fluxo. A tensão desequilibrada na ponte é proporcional à concentração do componente de gás (líquido) medido.
O TCD/MTCD é frequentemente usado para medir a concentração do componente do gás (líquido) medido.
Princípio fundamental do detector de condutividade térmica
FID
O FID utiliza o fenômeno de que as moléculas de carbono no componente medido (hidrocarboneto) são ionizadas em uma chama quente de hidrogênio. Ou seja, ele detecta a corrente de ionização que flui entre eletrodos aos quais é aplicada uma alta tensão. A corrente de ionização é quase proporcional ao número de carbono.
O FID é usado para medir a concentração de componentes de gases que contêm baixas concentrações de hidrocarbonetos.
Princípio fundamental do detector de ionização por chama
FPD
A figura mostra a estrutura do FPD. À medida que o gás medido contendo um componente de enxofre é conduzido para a chama de hidrogênio em excesso, o componente contendo os átomos de enxofre é excitado. O FPD detecta a intensidade luminosa da luz emitida quando esse componente excitado retorna ao seu estado básico usando um fototubo multiplicador e a converte em uma tensão.
Essa tensão representa a concentração do componente de enxofre no gás medido.
O FPD pode medir o componente de enxofre com uma alta sensibilidade de 0,2 ppm.
Configuração básica do detector fotométrico de chama
Qual é a diferença entre um laboratório e um processo?
| Tipo de analisador | Laboratório GC | Processo GC |
|---|---|---|
| Finalidade | Multiuso | Monitoramento/controle de processos |
| Tipo de medição | Lote | Lote contínuo* |
| Objeto a ser medido | Componentes diversos (não específicos) | Componente específico |
| Amostragem | Manual / Automático | Automotivo |
| Ciclo de análise | Minutos -3 horas | Menos de 2 minutos - 120 minutos |
| Estrutura | Não à prova de explosão | À prova de explosão |
* O que é um lote contínuo?
Para realizar medições descontínuas (medição em lote) em um processo contínuo. O GC separa e mede cada componente no gás de amostra injetado. Depois que todos os componentes são eluídos, a injeção para a próxima análise é conduzida. Esse intervalo é chamado de "tempo de ciclo".
Diferenças entre o cromatógrafo a gás de laboratório e o de processo
O cromatógrafo a gás de laboratório (Lab-GC) é um dispositivo de uso geral que é basicamente colocado em uma bancada de experimentos e analisa os vários componentes desconhecidos contidos no gás por meio de uma análise manual em lote.
A amostra é injetada manualmente no Lab-GC, e o Lab-GC analisa os componentes em um período de minutos a horas. Não é uma aprovação à prova de explosão porque é mantido em um ambiente limpo, como um laboratório.
Por outro lado, o cromatógrafo de gás de processo (PGC) é colocado em uma fábrica ou em uma sala de monitoramento em uma planta. O PGC realiza medições automáticas e contínuas em lote sem o controle do operador. O tempo do ciclo de análise é de menos de 2 minutos a 120 minutos.
O PGC mede componentes específicos, que são importantes para controlar o processo da fábrica ou monitorar a qualidade do processo. O PGC tem aprovação à prova de explosão para ser instalado em áreas externas e perigosas.
Recursos
- Análise rápida e on-line do cromatógrafo a gás (GC) para destilação de GLP.
- O projeto de atualização analítica com os GCs de processo da Yokogawa foi um sucesso total.
Grandes volumes de compostos orgânicos voláteis (VOCs), caracterizados pelo tricloroetileno e pelo tetracloroetileno, têm sido usados há muito tempo em vários campos industriais devido ao seu alto grau de utilidade industrial. Por outro lado, há uma crescente conscientização sobre a preservação do meio ambiente e sobre o fato de que enfrentamos uma grave poluição ambiental devido a esses VOCs prejudiciais.
Nos últimos anos, a tecnologia de extração de gás de xisto progrediu rapidamente, provocando uma revolução no gás de xisto, principalmente nos EUA. Assim, espera-se que a necessidade de análise de gases de hidrocarbonetos, incluindo o gás natural, cresça rapidamente. Tradicionalmente, a cromatografia gasosa tem sido usada para a análise de gases de hidrocarbonetos; ela pode medir com precisão a concentração de cada componente de hidrocarboneto em uma amostra de gás natural.
Loek van Eijck, Yokogawa, Holanda, questiona se a análise rápida de gases e líquidos pode ser melhor obtida com o uso de um cromatógrafo de gás ou de um analisador de infravermelho próximo. Convencionalmente, os componentes líquidos e gasosos, como os decompostos pelos crackers de nafta, são medidos por um cromatógrafo de gás de processo (PGC), com os valores de medição subsequentes sendo usados para fins de controle.
A regra da EPA, 40 CFR 63 Subpartes CC e UUU, está forçando as refinarias a monitorar as chamas. Felizmente, a moderna tecnologia de analisadores torna possível atender aos requisitos, gerar os relatórios necessários e manter a conformidade.
Veja a seguir como selecionar o analisador certo para atender a essas demandas.
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