Анализ нефтехимических газов на микро-ГХ Agilent 990

Для характеризации нефтехимических газов, получаемых в ходе переработки сырой нефти, в том числе выбросов из дымовых труб, пламени и получаемых в ходе риформинга, часто применяется газовая хроматография. Хотя состав этих газов различается, они, как правило, включают в себя насыщенные углеводороды от C₁ до C₅, насыщенные углеводороды с длиной цепи C₆ и выше, ненасыщенные углеводороды от C₂ до C₅ и постоянные газы.

Микро-ГХ Agilent 990 — это решение для быстрого анализа нефтехимических газов, которое позволяет значительно сократить продолжительность анализа по сравнению с обычным лабораторным ГХ, например с 6–8 до 2–3 минут.

На базе микро-ГХ Agilent 490 ранее были разработаны две системы для анализа нефтехимических газов. Одна из них — с четырьмя каналами, которая позволяет определять постоянные газы, за исключением CO₂, на канале с колонкой молекулярные сита, насыщенные и ненасыщенные углеводороды C₂, диоксид углерода (CO₂) и сероводород (H₂S) на канале с колонкой PoraPLOT U, насыщенные и ненасыщенные углеводороды от C₃ до C₅ на канале с колонкой, заполненной оксидом алюминия, и насыщенные углеводороды C₆ и выше на канале с колонкой CP‑Sil 5CB.

Вторая система для анализа нефтехимических газов имеет три канала. Первый и второй из них идентичны четырехканальной конфигурации. Третий канал с колонкой, заполненной оксидом алюминия, и с опцией обратной продувки на детектор (BF2D) разделяет насыщенные и ненасыщенные углеводороды от C₃ до C₅, в то время как насыщенные углеводороды C₆ и выше выдуваются на детектор в виде общего пика для измерения содержания суммы углеводородов C₆ и выше. Данное исследование демонстрирует два подхода к анализу нефтехимических газов с помощью микро-ГХ Agilent 990 на примере анализа искусственного нефтехимического газа.

Оборудование

Канал 1

Канал с 10 м колонкой CP-Molesieve 5 Å с обычной обратной продувкой на сброс для определения постоянных газов, за исключением CO₂. Для увеличения долговременной стабильности времен удерживания применяется функция RTS.

Канал 2

Канал с 10 м колонкой CP-PoraPLOT U с обычной обратной продувкой на сброс для определения CO₂, насыщенных и ненасыщенных углеводородов C₂ и H₂S. Поверхности тракта прохождения пробы микро-ГХ Agilent 990, в том числе порт для ввода пробы и трубки, соединяющие его с каналами, обработаны патентованным деактивирующим покрытием, что позволяет определять активные соединения, такие как H₂S, в концентрациях порядка единиц ppm с удовлетворительным отношением «сигнал — шум».

Канал 3 в четырехканальной системе

Канал с 10 м колонкой CP-AL2O3/KCL с обычной обратной продувкой на сброс для определения насыщенных и ненасыщенных углеводородов от C₃ до C₅.

Канал 3 в трехканальной системе

Канал с 10 м колонкой CP-AL2O3/KCL с обратной продувкой на детектор для определения насыщенных и ненасыщенных углеводородовот C₃ до C₅ и общего содержания насыщенных углеводородов C₆ и выше.

Таблица 1. Конфигурация двух систем для анализа нефтехимических газов

Таблица 2. Условия проведения анализа для каждого канала

Таблица 3. Состав пробы искусственного нефтехимического газа

Канал 4

Канал с 8 м колонкой CP-Sil 5CB для определения насыщенных углеводородов C₆ и выше.

На рис. 1A и 1B показаны хроматограммы смеси водорода, кислорода, азота, метана и монооксида углерода на колонке CP‑Molesieve 5Å. В то время как постоянные газы, за исключением CO₂, попадают в колонку молекулярные сита, опция обратной продувки активируется в заданный момент времени и выдувает тяжелые компоненты из предколонки на сброс. В данном эксперименте для определения водорода в качестве газа-носителя использовался аргон. Монооксид углерода элюируется менее чем за 100 с.

Рис. 1A. Хроматограмма искусственного нефтехимического газа на колонке CP-Molesieve 5 Å (канал 1)

Рис. 1B. Хроматограмма искусственного нефтехимического газа на колонке CP-Molesieve 5 Å (канал 1)(увеличенный масштаб)

На рис. 2 показана хроматограмма смеси диоксида углерода, этилена, этана, ацетилена и H₂S на колонке CP‑PoraPLOT U. Благодаря инертности тракта прохождения пробы пик H₂S сохраняет симметричную форму. H₂S элюируется менее чем за 60 с.

Рис. 2. Хроматограмма искусственного нефтехимического газа на колонке CP-PoraPLOT U (канал 2)

На рис. 3 приведена хроматограмма насыщенных и ненасыщенных углеводородов от C₃ до C₅ на колонке, заполненной оксидом алюминия и с обычной функцией обратной продувки. Насыщенные углеводороды C₆ и выше выдуваются на сброс до попадания в аналитическую колонку. Момент начала обратной продувки был оптимизирован таким образом, чтобы гарантировать, что насыщенные и ненасыщенные углеводороды до C₅ попадут в аналитическую колонку полностью, а насыщенные углеводороды C₆ и выше в нее не попадут. В условиях данного эксперимента на испытуемом канале цис-2-пентен элюировался менее чем за 180 с.

Рис. 3. Хроматограмма стандарта нефтехимического газа на колонке CP-AL2O3/KCL (с обычной обратной продувкой) (канал 3)

На рис. 4 приведена хроматограмма искусственного нефтехимического газа, полученная с помощью канала с колонкой CP-Sil 5CB длиной 8 м. Этот канал предназначен для определения углеводородов C₆ и выше. Гексан на хроматограмме хорошо отделен от насыщенных и ненасыщенных углеводородов C₅. Смесь углеводородов от C₆ до C₉ была проанализирована за менее чем 80 с.

Рис. 4. Хроматограммы стандарта нефтехимического газа (голубая линия) и смеси углеводородов от C6 до C9 (красная линия) на колонке CP-Sil 5CB длиной 8 м (канал 4)

На рис. 5 приведена хроматограмма насыщенных и ненасыщенных углеводородов от C₃ до C₅ с общим пиком насыщенных углеводородов C₆ и выше, полученная на канале колонки CP-AL2O3/KCL с опцией обратной продувки на детектор. Насыщенные углеводороды C₆ и выше при этом выдуваются через эталонную колонку на детектор. Полученный отрицательный пик может быть инвертирован в положительный (пик 28) для количественного анализа. Весь анализ на этом канале колонки занимает менее 120 с.

Рис. 5. Хроматограмма насыщенных и ненасыщенных углеводородов от C3 до C5 на колонке CP-AL2O3/KCL с функцией обратной продувки на детектор

Сравнивая хроматограммы на рис. 3 и 5, можно заметить, что на канале CP-AL2O3/KCL с опцией обратной продувки на детектор 2-метилбутен намного лучше отделяется от 1-пентена, чем на канале CP-AL2O3/KCL с обычной опцией обратной продувки на сброс. Это происходит потому, что неподвижные фазы предколонки на этих двух каналах различаются. Кроме того, внутренний диаметр предколонки в канале с опцией обратной продувки на детектор меньше, благодаря чему пики углеводородов от C₃ до C₅ в момент их попадания в аналитическую колонку получаются уже, что приводит к лучшему разрешению.

Из-за высокой адсорбционной способности колонки, покрытой оксидом алюминия, некоторые соединения, такие как вода и диоксид углерода, могут накапливаться в ней, что приводит к изменению времен удерживания определяемых соединений. Этот феномен особенно сильно проявляется при работе при низкой температуре колонки (особенно ниже 100 °C). Поэтому для повышения стабильности времен удерживания рекомендуется периодически 3 активировать поверхность колонки при повышенной температуре.

Выводы

Исследование демонстрирует быстрый анализ нефтехимических газов на микро-ГХ Agilent 990. Для анализа нефтехимических газов доступны две системы. Обе позволяют определять неконденсирующиеся газы, H2S и насыщенные и ненасыщенные углеводороды от C₂ до C₅. Кроме того, трехканальная система может определять общее количество насыщенных углеводородов C₆ и выше. Четырехканальная система позволяет получить подробную информацию о содержании каждого из углеводородов C₆ и выше. Какую из них выбрать для анализа нефтехимических газов — зависит от состава пробы и требований к анализу. Трехканальная система является отличным выбором для быстрого анализа нефтехимических газов, если концентрации каждого из тяжелых углеводородов (C₆ и выше) не важны для контроля качества нефтехимического газа и оптимизации процесса переработки нефти. Если нужна подробная информация об углеводородах C₆ и выше, рекомендуется система с четырьмя каналами.

Хотите подробнее узнать о системе микро-ГХ Agilent 990? Тогда свяжитесь с представителем нашей компании по телефону: +7 (495) 291-39-19 или воспользуйтесь онлайн-формой на сайте.