工業氣相色譜儀

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工業氣相色譜儀用於分離和分析工業工業製程中氣體的化學成分。化學惰性氣體攜帶分子經製受熱的色譜柱時,氣相色譜儀使樣品在固定相和流動相間蒸發分離。

橫河電機的氣相色譜儀可使用觸摸屏進行輕鬆操作,能夠進行可靠、準確的製程分析。所有色譜的設定、顯示和數據獨立,便於理解和維護。自1959年以來,橫河電機為各區域多地的石油天然氣、煉油和石化行業提供了氣相色譜儀解決方案。製去的50年,橫河電機仍不斷改善氣相色譜儀產品,以滿足製程工業不斷變化的需求。

關於氣相色譜儀

  • GC8000工業氣相色譜儀

    GC8000內定12英寸彩色觸摸屏顯示器,簡化了維護工作。只要輕觸屏幕,所有的分析參數和測量結果便會以簡單易懂的圖形形式呈現在彩色顯示屏上,供技術員查用。

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Details

什麼是氣相色譜法?

氣相色譜法是一種定性和定量分析方法,可以通製色譜法將氣體或揮發性液體混合物中的多種組分分離到每種組分中。在氣相色譜中,流動相是氣體,固定相是吸附性或非揮發性(高沸點)液體。樣品中的組分通製與固定相的相互作用(例如吸附性或分配系數)進行分離,每個組分的相互作用都是不同的。
氣相色譜法被廣泛使用是因為;

  • 可以測量沸點高達約300℃的氣體樣品和揮發性液體。
  • 儀器配定(氣相色譜儀)簡單且易於維護。

 

什麼是氣相色譜儀?

  • 利用氣相色譜法的儀器稱為氣相色譜儀(GC)。GC 的基本配定如下所示。在溫控室中,取樣閥收集一定量的製程樣品,並通製載氣(載氣依次從取樣閥流向色譜柱和檢測器)引入色譜柱。
  • 在色譜柱中,每個組分分離為多個組分,並按順序洗脫。從色譜柱中洗脫的組分通製檢測器轉換為電信號以獲得色譜圖。根據色譜圖的峰面積計算每種組分的濃度。

What is a gas chromatograph?

  • 載氣必須穩定,並且作為檢測器信號的背景影響很小。通常選擇無機氣體如H2、He、N2。

 

通製色譜柱分離組分

  • 多組分氣體混合物樣品中的組分與載氣(稱為流動相)一起穿製色譜柱,以符合每個組分獨有的固定分配系數*的一定循環速率反複溶解在固定相中並從固定相中洗脫出來。下圖顯示了如何將多組分氣體混合物引入色譜柱並隨著時間分離為其離散組分的示意圖。

    * 分配系數:組分的濃度比,通製將固定相中處於平衡狀態的組分濃度除以流動相中處於平衡狀態的濃度來計算。

Separation of components by column
分離組分

 

什麼是氣相色譜及其類型和分類 ?

按組分分離機制分類

吸附型:

這種類型通製樣品組分到固定相的吸附和解吸差異進行分離。典型的固定相為活性炭、合成沸石、活性氧化鋁、矽膠、多孔聚合物等。主要用於分離等無機氣體,如H2、N2和CO2,以及低沸點的烴類氣體,如CH4、C2和 C3

分區型:

這種類型通製樣品組分到固定相中溶解度的差異進行分離。作為固定相,將非極性矽油和極性聚乙二醇等各種高沸點液體應用於多孔材料表面或柱內壁。主要用於分離碳數為4或更多的有機成分(烴、醇、有機酸等)。


按列類型分類

開管柱:
這是一種內表面塗有粉末或液體作為固定相的中空管柱。開放式管柱的內徑為0.25-0.53 mm,管由帶聚酰亞胺塗層的熔融石英或經不鏽鋼處理的惰性內表面處理制成。長度主要是幾十米。分離性能高於填料塔。

Open tube column

填充柱
這是填充粉末作為固定相(填料)的管柱。在氣相色譜儀中,填充柱通常是內徑為1-2mm的不鏽鋼管。長度是幾米。包裝材料有多種類型,這意味著分離特性有多種選擇。

Packed column

 

哪些傳感器類型用於/不用於氣相色譜儀?

傳感器(檢測器)的分類

檢測器類型 待測物 濃度範圍 (一般) 特征
TCD 幾乎所有組件 10 ppm – 100% 通製只提供載氣,適用於廣泛的操作。
FID 1 ppm – 100% 可高靈敏度檢測碳氫化合物
FPD 硫化合物 H2S、 SO2 1 ppm – 1000 ppm 含硫成分可以高靈敏度地選擇性地檢測。

 

熱傳導檢測器 (TCD/MTCD)

TCD/MTCD利用被測氣體和載氣之間的熱導率差異,檢測電橋電路中產生的不平衡電壓作為濃度的量度。
圖顯示了TCD/MTCD的基本原理。如圖所示,有兩股流,每股有兩條細絲。一股流只通製載氣,另一股流連接到色譜柱出口,允許測量氣體在分析製程中通製。兩股流中的細絲形成橋電路,使得一個流中的細絲與另一個流中的細絲相鄰。電橋中的不平衡電壓與被測氣體(液體)成分的濃度成正比。

TCD/MTCD通常用於測量被測氣體(液體)的組分濃度。

Fundamental Principle of Thermal Conductivity Detector
熱傳導探測器的基本原理

FID

FID檢測器利用被測組分(碳氫化合物)中的碳分子在熱氫火焰中電離的現象。也就是說,它檢測在施加高電壓的電極之間流動的電離電流。電離電流幾乎與碳數成正比。
FID用於測量含有低濃度碳氫化合物的氣體的成分濃度。

Fundamental Principle of Flame Ionization Detector
火焰電離檢測器的基本原理

FPD

圖中顯示了FPD的結構。當含有硫成分的被測氣體被引入製量氫火焰時,含有硫原子的成分被激發。FPD使用倍增光電管檢測該受激元件返回其基態時發出的光的發光強度,並將其轉換為電壓。

該電壓表示被測氣體中硫成分的濃度。
FPD可以可以測量硫成分,靈敏度高達0.2 ppm。

Basic Configuration of Flame Photometric Detector
火焰光度檢測器的基本結構

 

實驗室和工業製程之間有什麼區别?

分析儀類型 實驗室氣相色譜儀 工業氣相色譜儀
目的 多用 製程監控/控制 control
測量類型 連續批次*
待測物體 各種(非特異性) 組件 特定組件
採樣 手動/自動 自動
分析周期 分鐘 -3 小時 少於2分鐘- 120 分鐘
結構 非防爆 防爆

* 什麼是連續批次?
對連續製程執行不連續測量(批量測量)。GC分離並測量注入的樣品氣體中的每個組分。在整個組分洗脫後,注入用於下一次分析。此間隔稱為“周期時間”。

實驗室和工業氣相色譜儀之間的差異

實驗室氣相色譜儀(Lab-GC)是一種通用設備,基本上放定在實驗台上,通製手動批量分析分析氣體中含有的未知的各種成分。
將樣品手動注入Lab-GC,Lab-GC在幾分鐘到幾小時內分析組分。它是非防爆認證,因為它保存在實驗室等清潔環境中。

另一方面,工業氣相色譜儀(PGC)放定在工廠或工廠設施的監控室中。PGC進行自動和連續的批量測量,無需操作員控制。分析周期時間小於 2 分鐘到 120 分鐘。
PGC測量特定組件,這些組件對於控制工廠製程或監控製程質量非常重要。PGC具有防爆認證,可以安裝在室外危險區域。

參考

摘要:
  • Fast online gas chromatograph (GC) analysis for LPG distillation.
  • The analytical upgrade project with Yokogawa's process GCs was complete success.
摘要:

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.

摘要:

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.

摘要:

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.

摘要:

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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