La cromatografía de gases de proceso se utiliza para separar y analizar compuestos químicos en la fase gaseosa de procesos industriales. Los instrumentos de cromatografía de gases vaporizan y distribuyen muestras entre una fase estacionaria y una fase móvil, mediante las cuales un gas químicamente inerte transporta moléculas a través de una columna calentada.
Yokogawa Los cromatógrafos de gases proporcionan análisis de procesos fiables y precisos, con un funcionamiento de pantalla táctil para obtener resultados sin esfuerzo. Todos los ajustes, pantallas y datos del cromatógrafo están realmente segregados para facilitar su comprensión y mantenimiento. Desde 1959, Yokogawa ha suministrado soluciones de GC a las industrias del petróleo y el gas, el refino y la petroquímica de todo el mundo. Durante los últimos 50 años, los productos GC de Yokogawa han seguido evolucionando para satisfacer las necesidades siempre cambiantes de la industria de procesos.
Acerca del cromatógrafo de gases
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Cromatógrafo de gases AI Soporte de mantenimiento (GCAI) para GC8000
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Detalles
¿Qué es la cromatografía de gases?
La cromatografía de gases es un método de análisis cualitativo y cuantitativo que puede separar múltiples componentes en mezclas de gases o líquidos volátiles a cada componente por cromatografía. En la cromatografía de gases, la fase móvil es gas y la fase estacionaria es adsorbente o líquido no volátil (de alto punto de ebullición). Los componentes de la muestra se separan por la interacción con la fase estacionaria (como la adsorbibilidad o el coeficiente de partición), que es diferente para cada componente.
La cromatografía de gases se utiliza ampliamente porque;
- Pueden medirse muestras de gas y líquidos volátiles con puntos de ebullición de hasta 300 ºC aproximadamente.
- La configuración del instrumento (cromatógrafo de gases) es sencilla y fácil de mantener.
¿Qué es un cromatógrafo de gases?
- Un instrumento para la cromatografía de gases se denomina cromatógrafo de gases (CG). A continuación se muestra la configuración básica del GC. En una cámara de temperatura controlada, una determinada cantidad de muestras de proceso se recogen mediante una válvula de muestra y se introducen en una columna mediante gas portador (el gas portador fluye desde la válvula de muestra, a la columna y al detector en orden).
- En la columna, se separan múltiples componentes para cada componente individual y se eluyen en orden. Los componentes eluidos de la columna se convierten en señales eléctricas mediante un detector para obtener un cromatograma. La concentración de cada componente se calcula a partir del área pico del cromatograma.
- El gas portador debe ser estable y tener poca influencia como fondo de la señal del detector. Normalmente se seleccionan gases inorgánicos como H2, He, N2.
Separación de componentes por columna
- Los componentes de la muestra de mezcla de gases multicomponente con gas portador, que se denomina fase móvil, se mueven a través de la columna, disolviéndose repetidamente en la fase estacionaria y eluyendo de ella a una determinada velocidad cíclica conforme a un coeficiente de partición fijo* que es único para cada componente. La siguiente figura muestra un diagrama de cómo la mezcla gaseosa multicomponente es conducida a una columna y separada en sus componentes discretos a lo largo del tiempo.
* Coeficiente de partición: La relación de concentración de los componentes, calculada dividiendo la concentración del componente que está en equilibrio en la fase estacionaria por la concentración que está en equilibrio en la fase móvil.
Separación de componentes mediante una columna
¿Qué es la cromatografía de gases, sus tipos y clasificación?
Clasificación según el mecanismo de separación de los componentes
Tipo de adsorción:
Este tipo realiza la separación por diferencia de adsorción y desorción del componente de la muestra a la fase estacionaria. Las fases estacionarias típicas son el carbón activado, la zeolita sintética, la alúmina activada, el gel de sílice, el polímero poroso, etc. Se utiliza principalmente para la separación de gas inorgánico como H2, N2y CO2, y gas hidrocarburo con puntos de ebullición bajos como CH4, C2y C3.
Tipo de partición:
Este tipo lleva a cabo la separación por diferencia de solubilidad del componente de la muestra a la fase estacionaria. Como fase estacionaria, se aplican varios líquidos de alto punto de ebullición, como el aceite de silicona no polar y el poliglicol polar, a la superficie del material poroso o a la pared interior de la columna. Se utiliza principalmente para la separación de componentes orgánicos con número de carbono 4 o superior (hidrocarburos, alcoholes, ácidos orgánicos, etc.).
Clasificación por tipo de columna
Columna de tubo abierto:
Es la columna de tubo hueco cuya superficie interior está recubierta con polvo o líquido como fase estacionaria. La columna tubular abierta tiene un diámetro interior de 0,25-0,53 mm, y el tubo es de sílice fundida con revestimiento de poliimida, o de acero inoxidable con tratamiento inerte de la superficie interior. La longitud es principalmente de decenas de metros. El rendimiento de separación es superior al de la columna empaquetada.
Columna de relleno:
Es el tubo-columna que se rellena con polvo como fase estacionaria (material de relleno). En el cromatógrafo de gases de proceso, la columna empaquetada suele ser un tubo de acero inoxidable con un diámetro interior de 1 a 2 mm. La longitud es de varios metros. Hay muchos tipos de materiales de relleno, lo que significa que hay muchas opciones para las características de separación.
¿Qué tipos de sensores se utilizan o no en cromatografía de gases?
Clasificación del sensor (detector)
| Tipo de detector | Objeto a medir | Intervalo de concentración (general) | Características |
|---|---|---|---|
| TCD | Casi todos los componentes | 10 ppm - 100% | Ser aplicable a una amplia gama de Funcionan suministrando sólo gas portador |
| FID | Hidrocarburos | 1 ppm - 100% | Los hidrocarburos pueden detectarse con gran sensibilidad |
| FPD | Compuestos de azufre H2S, SO2, etc. | 1 ppm - 1000 ppm | Los componentes que contienen azufre pueden detectarse selectivamente con alta sensibilidad. |
Detector de conductividad térmica (TCD/MTCD)
El TCD/MTCD utiliza la diferencia de conductividad térmica entre el gas medido y el gas portador y detecta la tensión desequilibrada producida en un circuito de puente como medida de concentración.
La figura muestra el principio fundamental del TCD/MTCD. Como se muestra, hay dos corrientes, cada una con dos filamentos. Una corriente deja pasar únicamente el gas portador y la otra, conectada a la salida de la columna, deja pasar el gas medido durante el análisis. Los filamentos de las dos corrientes forman un circuito en puente de manera que el filamento de una corriente es adyacente al filamento de la otra corriente. La tensión desequilibrada en el puente es proporcional a la concentración del componente de gas (líquido) medido.
El TCD/MTCD se utiliza frecuentemente para medir la concentración del componente del gas (líquido) medido.
Principio fundamental del detector de conductividad térmica
FID
El FID utiliza el fenómeno de que las moléculas de carbono del componente medido (hidrocarburo) se ionizan en una llama de hidrógeno caliente. Es decir, detecta la corriente de ionización que fluye entre los electrodos a los que se aplica un alto voltaje. La corriente de ionización es casi proporcional al número de carbonos.
El FID se utiliza para medir la concentración de componentes de gases que contienen bajas concentraciones de hidrocarburos.
Principio fundamental del detector de ionización de llama
FPD
La figura muestra la estructura del FPD. Cuando el gas medido que contiene un componente de azufre se conduce a la llama de hidrógeno en exceso, el componente que contiene los átomos de azufre se excita. El FPD detecta la intensidad luminosa de la luz emitida cuando este componente excitado vuelve a su estado base utilizando un fototubo multiplicador y la convierte en un voltaje.
Este voltaje representa la concentración del componente de azufre en el gas medido.
El FPD puede medir el componente de azufre con una alta sensibilidad de 0,2 ppm.
Configuración básica del detector fotométrico de llama
¿Cuál es la diferencia entre un laboratorio y un proceso?
| Tipo de analizador | Laboratorio GC | Proceso GC |
|---|---|---|
| Propósito | Multiusos | Supervisión / control de procesos |
| Tipo de medición | Lote | Lote continuo |
| Objeto a medir | Componente diverso (no específico) | Componente específico |
| Muestreo | Manual / Auto | Auto |
| Ciclo de análisis | Minutos -3 horas | Menos de 2 minutos - 120 minutos |
| Estructura | No a prueba de explosiones | A prueba de explosiones |
* ¿Qué es un lote continuo?
Realizar una medición discontinua (medición por lotes) para un proceso continuo. La GC separa y mide cada componente en el gas de muestra inyectado. Una vez eluidos todos los componentes, se procede a la inyección para el siguiente análisis. Este intervalo se denomina "tiempo de ciclo".
Diferencias entre el cromatógrafo de gases de laboratorio y el de proceso
El cromatógrafo de gases de laboratorio (Lab-GC) es un dispositivo de uso general que se coloca básicamente en un banco de experimentos y analiza los diversos componentes desconocidos contenidos en el gas mediante un análisis manual por lotes.
La muestra se inyecta manualmente en el Lab-GC, y éste analiza los componentes a lo largo de minutos u horas. No está homologado a prueba de explosiones porque se mantiene en un entorno limpio, como un laboratorio.
Por otro lado, el cromatógrafo de gases de proceso (PGC) se coloca en una fábrica o en una sala de control de una planta. El PGC realiza mediciones automáticas y continuas por lotes sin control del operador. El tiempo del ciclo de análisis es de menos de 2 minutos a 120 minutos.
El PGC mide componentes específicos, que son importantes para controlar el proceso de la planta o supervisar la calidad del proceso. El PGC está homologado a prueba de explosiones para su instalación en zonas peligrosas exteriores.
Recursos
- Análisis rápido en línea con cromatógrafo de gases (GC) para la destilación de GLP.
- El proyecto de mejora analítica con los GC de proceso de Yokogawa fue todo un éxito.
Los altos volúmenes de compuestos orgánicos volátiles (COV), tipificados por el tricloroetileno y el tetracloroetileno, se han utilizado durante mucho tiempo en diversos campos industriales por su alto grado de utilidad industrial. Por otro lado, hoy en día existe una creciente concienciación sobre la preservación del medio ambiente y sobre el hecho de que nos enfrentamos a una grave contaminación ambiental debida a estos COV nocivos.
En los últimos años, la tecnología de extracción de gas de esquisto ha progresado rápidamente, induciendo una revolución del gas de esquisto principalmente en Estados Unidos. Así pues, se prevé un rápido crecimiento de la necesidad de analizar los gases de hidrocarburos, incluido el gas natural. Tradicionalmente, la cromatografía de gases se ha utilizado para el análisis de gases de hidrocarburos; puede medir con precisión la concentración de cada componente de hidrocarburo en una muestra de gas natural.
Loek van Eijck, Yokogawa, Países Bajos, se pregunta si el análisis rápido de gases y líquidos puede lograrse mejor mediante el uso de un cromatógrafo de gases o un analizador de infrarrojo cercano. Convencionalmente, los componentes líquidos y gaseosos, como los descompuestos por los craqueadores de nafta, se han medido mediante un cromatógrafo de gases de proceso (PGC), utilizándose después los valores de medición para fines de control.
La normativa de la EPA, 40 CFR 63 Subparts CC y UUU, obliga a las refinerías a controlar las antorchas. Afortunadamente, la moderna tecnología de analizadores permite cumplir los requisitos, generar los informes necesarios y mantener la conformidad.
A continuación se explica cómo seleccionar el analizador adecuado para satisfacer estas exigencias.
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