공정 가스 크로마토그래피는 산업 공정의 기체 상에서 화학 화합물을 분리하고 분석하는 데 사용됩니다. 가스 크로마토그래피 기기는 화학적으로 불활성인 기체가 가열된 컬럼을 통해 분자를 운반하는 정지상과 이동상 사이에 기화 및 샘플을 분배합니다.
Yokogawa 가스 크로마토그래프는 신뢰할 수 있고 정밀한 공정 분석을 제공하며 터치스크린 작동을 통해 손쉬운 결과를 얻을 수 있습니다. 모든 크로마토그래프 설정, 디스플레이 및 데이터는 쉽게 이해하고 유지 관리할 수 있도록 진정으로 분리되어 있습니다. 1959년부터 Yokogawa는 전 세계 석유 및 가스, 정제 및 석유화학 산업에 GC 솔루션을 공급해 왔습니다. 지난 50년 동안 Yokogawa의 GC 제품은 끊임없이 변화하는 공정 산업의 요구를 충족하기 위해 계속 진화해 왔습니다.
About gas chromatograph
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Process Gas Chromatograph GC8000
GC8000에는 작동을 획기적으로 간소화하는 12인치 컬러 터치스크린 디스플레이가 내장되어 있습니다. 화면을 터치하면 기술자는 이해하기 쉬운 그래픽 컬러 화면에 표시되는 모든 분석 매개변수와 측정 결과에 액세스할 수 있습니다.
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GC8000 을 위한 Gas Chromatograph 인공지능 기반 소프트웨어 (GCAI)
GCAI 소프트웨어는 모니터링되는 각 GC8000에 대해 구축된 machine learning 모델을 사용하여 "unusual" 측정 조건을 실시간으로 탐지합니다.
이 시스템은 오작동을 사전에 처리하고 오작동 발생 시 신속한 유지보수 대응을 실현할 수 있도록 도와줍니다.
사용자는 별도의 초기 설정 없이 사용할 수 있습니다.
Details
가스 크로마토그래피란 무엇인가요?
가스 크로마토그래피는 크로마토그래피를 통해 가스 또는 휘발성 액체 혼합물의 여러 구성 요소를 각 구성 요소로 분리할 수 있는 정성적 및 정량적 분석 방법입니다. 가스 크로마토그래피에서 이동상은 기체이고 정지상은 흡착제 또는 비휘발성(고비점) 액체입니다. 샘플의 구성 요소는 각 구성 요소마다 다른 정지상(예: 흡착성 또는 분배 계수)과의 상호 작용에 의해 분리됩니다.
가스 크로마토그래피는 다음과 같은 이유로 널리 사용됩니다;
- 끓는점이 약 300도씨인 가스 샘플과 휘발성 액체를 측정할 수 있습니다.
- 기기 구성(가스 크로마토그래프)은 간단하고 유지 관리하기 쉽습니다.
가스 크로마토그래프란 무엇인가요?
- 가스 크로마토그래프(GC)를 위한 기기를 가스 크로마토그래프(GC)라고 합니다. GC의 기본 구성은 아래에 나와 있습니다. 온도 제어 챔버에서 일정량의 공정 샘플은 샘플 밸브에 의해 수집되고 캐리어 가스(샘플 밸브에서 컬럼, 검출기 순서대로 캐리어 가스 흐름)를 통해 컬럼에 도입됩니다.
- 컬럼에서는 각 단일 구성 요소에 대해 여러 구성 요소가 분리되어 순서대로 용출됩니다. 컬럼에서 용출된 구성 요소는 검출기를 통해 전기 신호로 변환되어 크로마토그램을 얻습니다. 각 구성 요소의 농도는 크로마토그램의 피크 면적에서 계산됩니다.
- 캐리어 가스는 안정적이어야 하며 검출기 신호의 배경으로서 영향을 거의 받지 않아야 합니다. 일반적으로 H2, He, N2와 같은 무기 가스가 선택됩니다.
Column에 의한 성분 분리
- 이동상이라고 하는 캐리어 가스가 포함된 다성분 가스 혼합 샘플의 구성 요소는 컬럼을 통과하여 각 구성 요소에 고유한 고정 분배 계수*에 따라 일정한 주기율로 정지상에 용해되고 용출되는 과정을 반복합니다. 다음 그림은 다성분 가스 혼합물이 컬럼으로 유도되어 시간이 지남에 따라 개별 구성 요소로 분리되는 방법을 보여줍니다.
* 분배 계수: 구성 요소의 농도 비율은 정지 상태에서 평형 상태에 있는 구성 요소의 농도를 이동 상태에서 평형 상태에 있는 농도로 나누어 계산됩니다.
Separating Components Using a Column
가스 크로마토그래피와 그 종류 및 분류는 무엇인가요?
구성 요소 분리 메커니즘에 따른 분류
Adsorption type:
이 유형은 시료 성분의 흡착 및 탈착 차이에 따라 정지상으로 분리합니다. 일반적인 정지상은 활성탄, 합성 제올라이트, 활성 알루미나, 실리카겔, 다공성 고분자 등입니다. 주로 H2, N2, CO2와 같은 무기 가스와 CH4, C2, C3와 같이 끓는점이 낮은 탄화수소 가스의 분리에 사용됩니다.
Partition type:
이 유형은 시료 성분의 용해도 차이에 따라 정지상으로 분리합니다. 정지상으로는 비극성 실리콘 오일, 극성 폴리글리콜 등 다양한 고비점 액체가 다공성 물질의 표면이나 기둥 내벽에 도포됩니다. 주로 탄소 번호 4 이상(탄화수소, 알코올, 유기산 등)의 유기 성분 분리에 사용됩니다.
Column 타입에 따른 분류
Open tube column:
이것은 내부 표면이 정지상으로 분말이나 액체로 코팅된 hollow-tube-column입니다. 개방형 튜브형 컬럼의 내경은 0.25~0.53mm이며, 튜브는 폴리이미드 코팅이 된 융합 실리카 또는 스테인리스 스틸로 처리된 불활성 내부 표면 처리로 만들어졌습니다. 길이는 주로 수십 미터입니다. 분리 성능은 Packed column보다 높습니다.
Packed column:
이것은 정지상(포장 재료)으로 분말로 채워진 tube column입니다. 공정 가스 크로마토그래프에서 Packed column은 종종 내경이 1~2mm인 스테인리스 스틸 튜브입니다. 길이는 수 미터입니다. 포장재에는 여러 종류가 있으므로 분리 특성에 대한 옵션이 많습니다.
Which sensor types are/are not used in gas chromatography?
Classification of sensor (detector)
| Detector type | Object to be measured | Concentration range (general) | Features |
|---|---|---|---|
| TCD | Almost all components | 10 ppm – 100% | Be applicable to a wide range of Operate by supplying only carrier gas |
| FID | Hydrocarbon | 1 ppm – 100% | Hydrocarbons can be detected with high sensitivity |
| FPD | Sulphur compound H2S, SO2, etc. | 1 ppm – 1000 ppm | Sulfur-containing components can be selectively detected with high sensitivity. |
Thermal Conductivity Detector (TCD/MTCD)
TCD/MTCD는 측정된 가스와 캐리어 가스 간의 열전도도 차이를 활용하여 브리지 회로에서 생성된 불균형 전압을 농도 측정 수단으로 감지합니다.
그림은 TCD/MTCD의 기본 원리를 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이 두 개의 스트림이 있으며, 각각 두 개의 필라멘트를 가지고 있습니다. 하나의 스트림은 캐리어 가스만 통과하고 다른 스트림은 컬럼 출구에 연결되어 있어 분석 중에 측정된 가스를 통과시킬 수 있습니다. 두 스트림의 필라멘트는 한 스트림의 필라멘트가 다른 스트림의 필라멘트와 인접하도록 브리지 회로를 형성합니다. 브리지의 불균형 전압은 측정된 가스(액체) 성분의 농도에 비례합니다.
TCD/MTCD는 측정된 가스(액체)의 성분 농도를 측정하는 데 자주 사용됩니다.
Fundamental Principle of Thermal Conductivity Detector
FID
FID는 측정된 구성 요소(탄화수소)의 탄소 분자가 뜨거운 수소 불꽃에서 이온화되는 현상을 활용합니다. 즉, 고전압이 인가되는 전극 사이에 흐르는 이온화 전류를 감지합니다. 이온화 전류는 탄소 수에 거의 비례합니다.
FID는 저농도 탄화수소를 포함한 가스의 성분 농도를 측정하는 데 사용됩니다.
Fundamental Principle of Flame Ionization Detector
FPD
그림은 FPD의 구조를 보여줍니다. 측정된 황 성분이 포함된 가스가 과도한 수소 불꽃으로 유도되면 황 원자가 포함된 성분이 여기됩니다. FPD는 승수 광관을 사용하여 이 여기된 성분이 기본 상태로 돌아갈 때 방출되는 빛의 광도를 감지하고 전압으로 변환합니다.
이 전압은 측정된 가스 내 황 성분의 농도를 나타냅니다.
FPD는 0.2ppm의 높은 민감도로 황 성분을 측정할 수 있습니다.
Basic Configuration of Flame Photometric Detector
What is the difference between a lab and a process?
| Type of analyser | Lab GC | Process GC |
|---|---|---|
| Purpose | Multipurpose | Process monitor / control |
| Measurement Type | Batch | Continuous batch* |
| Object to be measured | Various(non-specific) component | Specific component |
| Sampling | Manual / Auto | Auto |
| Analysis cycle | Minutes -3 hours | Less than 2 minutes - 120 minutes |
| Structure | Non explosion proof | Explosion-Proof |
*Continuous batch란 무엇인가요?
연속 공정을 위해 불연속 측정(배치 측정)을 수행합니다. GC는 주입된 샘플 가스에서 각 성분을 분리하여 측정합니다. 전체 성분이 용출된 후 다음 분석을 위한 주입이 수행됩니다. 이 간격을 "사이클 시간"이라고 합니다.
실험실 및 공정 가스 크로마토그래프의 차이점
실험실 가스 크로마토그래프(Lab-GC)는 기본적으로 실험대에 배치되는 범용 장치로, 수동 배치 분석을 통해 가스에 포함된 알려지지 않은 다양한 성분을 분석합니다.
샘플은 Lab-GC에 수동으로 주입되며, Lab-GC는 몇 분에서 몇 시간에 걸쳐 성분을 분석합니다. 실험실과 같은 깨끗한 환경에서 보관하기 때문에 방폭 승인을 받지 못했습니다.
반면 공정 가스 크로마토그래프(PGC)는 공장이나 공장 시설의 모니터링실에 설치됩니다. PGC는 작업자의 제어 없이 자동 및 연속 배치 측정을 수행합니다. 분석 주기는 2분에서 120분 미만입니다.
PGC는 플랜트 공정을 제어하거나 공정 품질을 모니터링하는 데 중요한 특정 구성 요소를 측정합니다. PGC는 외부 위험 지역에 설치할 수 있도록 방폭 승인을 받았습니다.
자료실
- Fast online gas chromatograph (GC) analysis for LPG distillation.
- The analytical upgrade project with Yokogawa's process GCs was complete success.
High volumes of volatile organic compounds (VOCs), typified by trichloroethylene and tetrachloroethylene, have long been used in various industrial fields for their high degrees of industrial usefulness. On the other hand, there is a growing awareness of environment preservation today, and of the fact that we face serious environmental pollution due to such harmful VOCs.
In recent years, shale gas extraction technology has made rapid progress, inducing a shale gas revolution mainly in the USA. Thus, the need for analysis of hydrocarbon gases, including natural gas, is expected to grow rapidly. Traditionally gas chromatography has been used for the analysis of hydrocarbon gases; it can accurately measure the concentration of each hydrocarbon component in a sample of natural gas.
Loek van Eijck, Yokogawa, The Netherlands, questions whether rapid analysis of gases and liquids can be better achieved through use of a gas chromatograph or near infrared analyser. Conventionally, the liquid and gas components such as those broken down by naphtha crackers have been measured by a process gas chromatograph (PGC), with the subsequent measurement values then being used for control purposes.
The EPA rule, 40 CFR 63 Subparts CC and UUU, is forcing refineries to monitor flares. Fortunately, modern analyzer technology makes it possible to meet the requirements, generate the necessary reports, and stay in compliance.
Here’s how to select the right analyzer to meet these demands.
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