6890炼厂气程序安装.docx
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6890炼厂气程序安装
前言
一年的实习时间即将结束,我在这一年的学习和工作中收获很大。
对油品分析工作有了进一步深入的了解。
作为一名油品分析人员,我觉得掌握一些关于气相色谱(GC)的一些知识是十分必要的。
所以,我总结以往所学有关气相色谱的知识和进一年来相关实践,撰写此技术报告。
一、气相色谱的简要介绍
气相色谱法是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技术成就。
这是一种新的分离、分析技术,它在工业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用。
气相色谱可分为气固色谱和气液色谱。
气固色谱的“气”字指流动相是气体,“固”字指固定相是固体物质。
例如活性炭、硅胶等。
气液色谱的“气”字指流动相是气体,“液”字指固定相是液体。
例如在惰性材料硅藻土涂上一层角鲨烷,可以分离、测定纯乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙烷等杂质。
气相色谱法是指用气体作为流动相的色谱法。
由于样品在气相中传递速度快,因此样品组分在流动相和固定相之间可以瞬间地达到平衡。
另外加上可选作固定相的物质很多,因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。
近年来采用高灵敏选择性检测器,使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等优点。
在石油化学工业中大部分的原料和产品都可采用气相色谱法来分析;在电力部门中可用来检查变压器的潜伏性故障;在环境保护工作中可用来监测城市大气和水的质量;在农业上可用来监测农作物中残留的农药;在商业部门可和来检验及鉴定食品质量的好坏;在医学上可用来研究人体新陈代谢、生理机能;在临床上用于鉴别药物中毒或疾病类型;在宇宙舴中可用来自动监测飞船密封仓内的气体等等。
二、气相色谱专业知识
1气相色谱
气相色谱是一种以气体为流动相的柱色谱法,根据所用固定相状态的不同可分为气-固色谱(GSC)和气-液色谱(GLC)。
2气相色谱原理
气相色谱的流动向为惰性气体,气-固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。
当多组分的混合样品进入色谱柱后,由于吸附剂对每个组分的吸附力不同,经过一定时间后,各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。
吸附力弱的组分容易被解吸下来,最先离开色谱柱进入检测器,而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来,因此最后离开色谱柱。
如此,各组分得以在色谱柱中彼此分离,顺序进入检测器中被检测、记录下来。
3气相色谱流程
载气由高压钢瓶中流出,经减压阀降压到所需压力后,通过净化干燥管使载气净化,再经稳压阀和转子流量计后,以稳定的压力、恒定的速度流经气化室与气化的样品混合,将样品气体带入色谱柱中进行分离。
分离后的各组分随着载气先后流入检测器,然后载气放空。
检测器将物质的浓度或质量的变化转变为一定的电信号,经放大后在记录仪上记录下来,就得到色谱流出曲线。
根据色谱流出曲线上得到的每个峰的保留时间,可以进行定性分析,根据峰面积或峰高的大小,可以进行定量分析。
4气相色谱仪组成
由以下五大系统组成:
气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测记录系统。
组分能否分开,关键在于色谱柱;分离后组分能否鉴定出来则在于检测器,所以分离系统和检测系统是仪器的核心。
理论基础
安捷伦气相色谱6890(GC)是我站炼厂气分析的主要仪器,所以我主要针对这台仪器的安装使用以及一些原理知识做以简要介绍。
1载气的选择
各种载气的性质
气体
相对分子量
熔点/℃
沸点/℃(101.1KPa)
临界温度/℃
临界压力/KPa
热导率)10-2W/(m2×K)
电离能E/eV
H2
2.016
-259.34
-252.87
-240.17
12.8×101
19.97
15.43
He
4.003
—
-268.90
-267.96
2.26×101
15.74
24.59
Ar
39.94
-189.35
-185.87
-122.29
48.0×101
1.90
15.76
N2
28.016
-210.0
-195.80
-147.1
33.5×101
2.75
15.58
空气
28.96
—
-194.4
-140.7
37.2×101
2.8
12.8
CO2
44.01
—
-78.5
31.1
32.2×101
1.83
13.77
载气与检测器的匹配
载气
使用纯度/%
匹配检测器
氢气
氦气
氮气
氩气
二氧化碳
99.99~99.9998
99.9999
99.99~99.9999
99.9999
>99.9
FID,TCD
MS,TCD,HID
FID,ECD
ECD,AID
记氮管
在热导池体温度与载气流速等试验条件恒定时,检测器的灵敏度决定于载气与组分热导率之差,两者相差越大,电阻R改变越大,检测器越灵敏。
若热导率相等,则不产生信号。
由上表可以看出,若氮气为载气,样品为空气,因为热导率十分接近,则样品不出峰。
若选氢气为载气,可获得较高的检测器灵敏度,而且不出倒峰,但不安全,并且有一定的还原性,做有些物质时要特别注意。
氦气惰性较好各方面都比较理想,但价格贵,国内很难买到。
综合来说在小型实验室用氮气为载气是不错的选择,如果要求苛刻,不计成本必选氦气。
如果做痕量分析并所做物质性质稳定的话选氢气较为理想。
载气流速选择:
由速率方程式H=A+B/u+Cu可知,流速对柱效的影响很大,引塔板高度H与分子扩散项中的流速成反比,而与传质阻力项中的流速成正比,故必定有一个最佳流速,能使H达到最小,柱效最高。
以不同流速测得的塔板高度H为纵坐标,得流速H-u关系曲线。
在曲线的最低点,H最小,而该点所对应的流速即为最佳流速。
此时柱效最高,但在实际工作中,为了缩短分析时间,通常控制的流速稍高于最佳流速。
根据速率理论和速率方程可以选择不同的载气,以提高柱效。
比如,当载气流速较大时,传质阻力项对柱效能的影响是主要的,应选使C值变小的载气。
相对分子质量小的载气,如氢气,氦气等,因为组分在载气中有较大的扩散系数,减小传质阻力,有利于提高柱效。
当载气流速较小时,分子扩散项对柱效能的影响是主要的,应选择B值变小的载气。
相对分子质量较大的载气,如氮气等,因使组分在载气中有较小的扩散系数,抑制轴向扩散,有利于提高柱效。
2气化温度的选择:
气化温度的选择应该以保证式样能迅速气化且不分解为准。
适当提高气化温度对分离及定量都有利。
一般选择的气化温度比柱温高20~70℃。
3柱温的选择
柱温是一个非常重要的操作变量,直接分离效能和分离速度。
首先要考虑每种固定液都有一定的使用温度。
柱温不能高于固定液的最高使用温度,以免固定液挥发流失。
柱温对组分分离的影响较大,提高柱温使各组分的挥发程度接近,不利于分离,所以,从分离的角度考虑,宜采取较低的柱温。
但柱温太低,会使组分在两相中的传质速率大为降低,峰形变宽,柱效能下降,分析时间延长。
因此,选择柱温的原则是保证使难分离的组分能达到较好的分离效果的前提下,选择尽可能低的柱温,但以保留时间适宜,峰形正常为限。
通常归一化方法选择程序升温较好,而内外标选择恒温就可以。
4气相色谱检测器的选择
气相色谱根据检测原理的不同,检测器可分为浓度型检测器和质量型检测器。
浓度型检测器的电信号大小与组分的浓度成正比,如热导池检测器和电子捕获检测器等。
质量型检测器的电信号大小与单位时间内进入检测器的某组分的质量成正比,如氢火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。
热导池检测器(TCD)
热导池检测器因其结构简单,灵敏度适宜,稳定性好,而且几乎所有物质都有响应,因此是应用最广最成熟的检测器之一。
氢火焰离子化检测器(FID)
氢火焰离子化检测器属于质量型检测器。
它对于大多数含碳有机化合物有很高的灵敏度,比热导池检测器的灵敏度高几个数量级,能检测至10-12g数量级的痕量有机物。
同时因其结构简单,响应快,稳定性好,故它也是一种比较理想的检测器。
氢火焰离子化检测器主要部分是离子室。
离子室由气体入口,火焰喷嘴,一对电极和不锈钢外罩等组成,如图。
流出色谱柱的被测组分与载气在气体入口处与氢气混合后一同经毛细管喷入离子室,氢气在空气的助燃下,经引燃后燃烧,在燃烧所产生的高温火焰(约2100度)下,被测有机物组分电离成正负离子。
因为在氢火焰附近设有收集极和极化极,在两极之间有150~300V的极化电压,形成直流电场,所以产生的正负离子在收集极和极化极的电场作用下,做定向运动形成电流。
此电流的大小与进入离子室的被测组分的含量之间存在定量关系。
但一般在氢火焰中,物质的电离效率很低,大约每50万个碳原子中,只有一个碳原子被电离,因此产生的电流很微弱,需经放大器放大后,才能在记录仪上得出色谱峰。
图1氢火焰离子化检测器离子室示意图
氢火焰离子化检测器对大多数的有机化合物有很高的灵敏度,故对痕量有机物的分析非常适宜。
但对在氢火焰中不电离的无机化合物,如CO,CO2,H2S,水和氮的化合物等不能检测。
5气相色谱定量方法选择:
(1)归一化法
归一化法适用于试样中所有组分全部流出色谱柱,并在色谱图上出现所有组分色谱峰的情况。
(2)内标法
当只需测定试样中某几个组分的含量或试样中组分不能全部出峰时,可采用内标法。
测定原理是取一定量的纯物质做内标物,加入到准确取的试样中,然后测得色谱图。
根据内标物和式样的质量及相应的峰面积来计算被测组分的含量。
(3)外标法
外标法是用欲测组分的纯物质来制作标准曲线的方法。
具体方法是取被测组分的纯物质配成一系列不同浓度的标准溶液,分别取一定量进行色谱分析,得出相应的色谱峰。
绘制峰面积(或峰高)对应浓度的标准曲线。
然后在同样操作条件下,分析同样量的未知试样,从色谱图上测出被测组分的峰面积或峰高,再从标准曲线上查出被测组分的浓度。
当试样中被测组分浓度变化不大时,可不必做标准曲线,而用单点校正法测定,即配制一个与被测组分含量十分接近的标准溶液,分别分析相同量的试样和标准溶液,由被测组分和标准溶液的峰面积比(或逢高比),可直接求出被测组分的含量。
实验部分
1色谱柱和气路安装
1.1分子筛子色谱柱老化
本仪器共有两根13X分子筛色谱柱,使用前必须进行老化,老化方法是将
色谱柱安装在专用老化色谱仪上,调载气流量(20~30)ml/min,设置柱温350℃,老化12~16小时。
1.26英尺的PORAPAPQ色谱柱老化,设置柱温250℃,老化4小时。
1.3柱1(2英尺癸二腈柱)和柱2(30英尺癸二腈柱),设置柱温70℃,老化4小时。
此步老化可以在6890N色谱仪内进行。
1.4连接好色谱仪后部管线,安装好色谱柱。
2计算机和色谱仪联接
2.1在计算机上安装英文版windows2000,连接好计算机与色谱仪之间的连线。
2.2建立局域网(LAN)的通讯
需要用CAG引导服务器程序对由化学工作站控制的仪器的IP地址进行集中管理和分配。
注意CAG引导服务器程序不必像化学工作站一样放在同一PC上:
它可以在任一与LAN连接的PC上。
在装有CAG引导服务器程序的PC上必须运行WindowsXP或Windows2000,并必须安装有TCP/IP支持的文件。
2.2.1安装CAG引导服务器程序:
2.2.1.1启动Windows并在CD-ROM驱动器中插入化学工作站的光盘。
(REV.A.10.02january,2004)
2.2.1.2在任务按钮的启动菜单上选择Start/Run。
2.2.1.3在命令行上输入drive:
\bootp\Setup,然后单击OK
(如,D:
\bootp\Setup)。
2.2.1.4按照提示在PC上安装CAG引导服务器程序。
2.2.1.5从启动菜单上选择启动程序,然后从帮助菜单上选择
HelpTopics,查阅有关使用CAG引导服务器程序配置LAN
的资料。
重新起动计算机,CAG自动读取色谱仪的MAC地址,按CAG页上菜单Configure,选Addentry,输入用户名,”ypz”,IPAddress“10.10.10.2”,subnet“255.255.255.0”,按”OK”.
必须运行CAG引导服务器程序来开始化学工作站和仪器之间的通讯,在启动了通讯之后,不必要再运行CAG引导服务器程序,使化学工作站和LAN控制的仪器之间进行全面的通讯。
如果仪器掉电,必须运行CAG引导服务器程序,当电源恢复供电时通过LAN来重新连接化学工作站和仪器。
2.2.2在6890NGC中输入IP地址
2.2.2.1在6890N按键板上,按Options(选项)。
滚动至
Communication(通讯)并按Enter。
此屏幕上显示:
COMMUNICATIONSETPTS
----LAN----
IP:
000.000.000.000<输入10.10.10.1
GW:
000.000.000.000255.255.255.0
SM:
000.000.000.000
EnableDHCPOFF
----RS-232----
2.2.2.2输入6890N的IP地址。
输入的数值用点分隔并按Enter。
GC
显示一条信息,提示重新启动仪器电源,但此时还不要重新启
动电源。
2.2.2.3按Clear(清除)。
滚动至GW。
输入网关号并按Enter。
6890N显示一条信息,提示重新启动仪器电源。
但此时仍不要
启动。
2.2.2.4按Clear(清除)。
滚动SM并按Mode/Type。
从模式列表中
滚动至相应的子网掩码,并按Enter。
6890N显示屏上出现一
条信息,提示重新启动仪器电源。
2.2.2.5重新启动仪器,使LAN的设定值生效。
按Options(选项)。
滚动至Communications(通讯)并按
Enter。
确认显示的设定值完全正确。
2.3安装GC6890N气相色谱仪的化学工作站软件
2.3.1在光盘根目录中鼠标双击Setup.exe
2.3.2选择安装目录及仪器
2.3.3选择相应的软件及输入软件许可认证
2.3.4开始安装软件
2.3.5.安装完成后关闭所有的程序重新启动电脑
2.3.6做软件的安装验证IQ
2.3.6.1从StartProgram
2.3.6.2正在做IQ验证
2.3.6.3做软件的配置(ConfigurationEditor)
从StartProgram
2.4重新安装GC6890N气相色谱仪的化学工作站软件步骤
2.4.1备份在D:
\HPCHEM\1\的目录下需要的Data(数据文件)Method(方法)Sequence(系列表)到其他目录
2.4.2删除化学工作站目录D:
\HPCHEM\
2.4.3备份系统的C:
\Winnt\win.ini到其他目录防止第一步误操作
2.4.4编辑系统的C:
\Winnt\win.ini把其中的[PCS]及[PCS,1]字段删除后储存
2.4.5按照以上安装软件的三个步骤重新再安装化学工作站软件
3分析方法建立
3.1阀图配置及结构
如图1所示:
图中有两个通道,通道1就是阀4通道,阀4连接并控制着4英尺*1/8英寸的13X分子筛填充柱,用于测定H2;通道2用于测定永久气体和轻烃。
本方法测定H2所用的载气是氮气。
由阀1、阀2、阀3组成了测定永久气体和C5烃类的炼厂气通道2。
比C5重的烃类反吹为一个单峰并在CO2之前流出。
这个反吹峰也包括C5烯烃。
阀1连接并控制着2英尺*1/8英寸的癸二晴填充柱(图1中所示的1B)和30英尺*1/8英寸的癸二晴填充柱(图1中所示的1A);阀2连接并控制着6英尺*1/8英寸的PORAPARKQ填充柱;阀3连接并控制着10英尺*1/8英寸的13X分子筛填充柱。
图1 阀图配置及结构示意图
3.2色谱操作条件见表3。
表3色谱操作条件
通道1
通道2
TCD温度
300℃
300℃
TCD极性
+
-
TCD参比流量
35ml/min
35ml/min
载气名称
氮气
氢气
载气条件
20ml/min
19.7ml/min
进样口温度
100℃
阀箱温度
50℃
运行时间
35min
采用面积归一法定量。
3.3对炼厂气进行分析
3.3.1H2的测定
将1#标准样品充满定量管,设定四个自动阀的运行时间表,见表4,以实现对H2的测定并发现合峰以确定各阀的切换时间。
表4测定H2时阀的时间表
名称
序号
状态
时间
Valve
2
On
0.01min
Valve
3
On
0.01min
Valve
4
On
0.05min
Valve
1
On
0.10min
Valve
1
Off
1.80min
Valve
4
Off
1.90min
结果见图2测定H2并以此确定各阀切换时间的典型谱图。
图2 确定各阀切换时间典型谱图
3.3.2O2、N2、CH4、CO、C2H4、C2H6的测定
根据图2两个合峰时间来确定各阀的切换时间。
切换时间是否合适,直接影响计算结果的准确性。
如图2所示:
第一个合峰的保留时间是3.674分钟,它含有:
O2、N2、CH4、CO;第二个合峰的保留时间是4.322分钟,它含有:
C2H4、C2H6。
根据两个合峰的保留时间确定各阀的切换时间如表5。
表5测定O2、N2、CH4、CO、C2H4、C2H6时阀的切换时间、作用及说明
时间
阀号
状态
作用
说明
A
V3
off
使O2、N2、CH4、CO进入13X分子筛
在这个合峰出现前0.2min附近切换
A+1.65min
V3
on
收集上面气体
持续1.65min结束收集
B
V2
off
使C2H4、C2H6进入PORAPAKQ柱
在C2H4、C2H6合峰出现前0.2min附近开始
C
V2
on
把C2H4、C2H6收集到PORAPAKQ柱
D
V2
off
从PORAPAKQ柱上把C2H4、C2H6释放出来
在1,3-丁二烯结束前0.5min附近执行此操作
3.3.3实现上述1.6.1和1.6.2全部分析的自动阀时间表6设定如下:
表6测定炼厂气时阀的切换时间表
Valve
On/off
Time
V1
On
0.01
V3
On
0.01
V4
On
0.01
V4
On
0.01
SigSwitch
On
0.1
V1
Off
1.8
V3
Off
3.45
V3
On
4.08
V2
Off
4.10
V2
On
4.90
V2
Off
19.5
V3
Off
25
进入1#标准样品,分析结果得到如图3所示色谱图,然后建立外标校正表a,如表7所示,得到除H2S外各组分的相对校正因子。
图3标准样品分析典型谱图
表7外标校正表a
保留时间,min
含量,%
含量/面积
组分
1.191
15.14
4.83e-4
氢气
2.687
0.99
5.36e-4
正己烷
5.147
1.88
8.93e-4
二氧化碳
5.547
1.01
6.73e-4
丙烷
6.502
1.10
7.10e-4
丙烯
6.985
1.03
7.38e-4
异丁烷
8.486
1.32
4.43e-4
正丁烷
10.499
2.03
5.87e-4
丁烯-1
10.919
1.81
5.54e-4
异丁烯
12.208
0.99
5.25e-4
反丁烯
12.943
1.23
5.14e-4
异戊烷
13.578
1.00
5.79e-4
顺丁烯
15.384
0.94
4.98e-4
正戊烷
16.931
2.10
6.03e-4
1,3丁二烯
20.267
15.43
8.26e-4
乙烯
20.857
14.70
7.93e-4
乙烷
23.937
3.92
1.00e-3
氧气
25.385
1.78
6.19e-4
氮气
27.222
30.64
1.11e-3
甲烷
30.657
0.96
8.82e-4
一氧化碳
注意事项:
1取样时,应充分置换气体定量管,尽量保证取样球胆压力一致
2当氢气出现色谱峰以后马上又出现色谱峰,说明柱5失效。
氧气与氮气出现合峰则柱4失效。
丙烯与异丁烷,丁烯与异丁烯合峰说明柱2失效。
PQ柱不易失效。
3色谱柱失效后及时处理,并及时调状态时间表
4必须定期用标样测各组分校正因子
结束语
气相色谱的应用十分广泛,尤其安捷伦公司的各型号色谱仪更是广泛应用于石油化工分析等各个领域,有关气相色谱以及化学分析的书籍很多,但是具体对于某型号仪器的安装和炼厂气分析方法介绍的文章很少,介于进口仪器对技术的垄断,我们所获得的信息也十分有限。
但是,在市场竞争如此激烈的今天,对我们分析人员的要求就是:
准,快,省,安全。
这几点就要求分析人员具备非常扎实的基本功和较为丰富的分析基础知识和实践操作技能。
希望此报告能给我们今后的工作提供一些可靠的资料和一些指导性的理论知识,对我们的分析工作起到一定的帮助。
在此,我还要感谢潘振宇站长以及各位师傅为此报告的完成提供第一手的数据资料和悉心指教,谢谢大家一年来对我的关心与鼓励。
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