Газовый хроматограф Советский патент 1983 года по МПК G01N31/08 

(54) ГАЗОВЫЙ ХРОМАТОГРАФ

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и.предназначено для определения состава продуктов технологических потоков в нефтепереработке, нефтехимии, химии и дру-. гих отраслях промышленности. При анализе продуктов технологических потоков часто необходимо определять состав сложных смесей, получаемых при химических реакциях, в процессе ректификации, пиролиза и при других процессах химического и нефтехимического синтеза, а также при нефтепереработке .

Известен хроматограф для анализа на потоке сложных смесей, например для анализа продуктов пиролиза (пирогаза). Такой хроматограф содержит несколько разделительных колонок, связанных с источником газа-носителя (водород или гелий), с устройством ввода пробы и с измерительными ячейками детектора по теплопроводности (катарометра), а также переключатели газовых по-токов - краны 1 .

При анализе пирогаза на хроматографе разделительные колонки осуществляют разделение группы легких компонентов (углеводородов до С) от группы тяжелых компонентрв (углеводороды от-С) и разделение группы легких на отдельные компоненты. При этом легкие компоненты, а также компоненты €4, фиксируются измерительными ячейками детектора, причем компоненты Сд (дивинил и бутан) измеряются при переключении потока газа-носителя с помощью крана в прямом направлении. Все остальные тяжелые компонен10ты сбрасываются в атмосферу с помощью крана, переключающего с прямого на обратный поток газа-носителя через разделительную колонку, связанную непосредственно с устройством ввода

15 пробы. Применение в качестве газа-носителя водорода или гелия необходимо для обеспечения высокой чувствительности измерения содержания углеводорода .

20

Однако известный хроматограф имеет ограниченные аналитические возможности в связи с практической невозможностью, определения на нем содержания водорода, обычно присутствующего в

25 газовых смесях, в том числе и в пирсгазе. Это объясняется тем, что при применении в качестве газа-носителя водорода определить .водород в анализируемой смеси невозможно, а опреде30ление водорода в потоке газа-носителя гелия дает недостоверные результаты из-за нелинейности в этом случае показаний детектора при изменении содержания водорода в пробе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является газовый хроматограф, содержащий устройство для ввода пробы, две разделительные хроматографические колонки, два истЧэчника газа-носителя с различной теплопроводностью, один из, которых, служащий источником газа-носителя с большей теплопроводностью соединен с входом первой разделительной колонки, а второй, служащий источником газа-носи теля с меньщей теплопроводностью, соединен с входом второй разделительной колонки, и Детектор по теплопроводности, ячейки которого соединены с выходами соответственно первой и второй разделительных колонок 2.

При работе известного хроматографа одна из разделительных колонок, связанная с источником газа-носителя с малой теплопроводностью (азот), служит для разделения компонентов с большой теплопроводностью (водород, метан) , а разделительная колонка, связанная с источником газа-носителя с

большой теплопроводностью, служит для

разделения компонентов с малой теплопроводностью (углеводороды). При этом компоненты, находящиеся в потоке газа-носителя азота, фиксируются на регистраторе с помощью первого чувствительного элемента, в то время как второй чувствительный элемент находится в потоке чистого водорода, а при регистрации компонентов, находящихся в потоке газа-носителя водорода, первый чувствительный элемент находится в потоке чистого азота.

Однако этот хроматограф ограничен по своим аналитическим возможностям. Указанный недостаток объясняется еледующим. При анализе сложных смесей, включающих легкие и тяжелые компоненты, в частности при анализе пирогаза, возникает необходимость разделения групп легких и тяжелых компонентов, а также разделения отдельных групп или хотя бы одной из групп на компоненты. Кроме того, для ускорения анализа и предотвращения выхода из строя разделительных колонок при анализе сложных смесей часто применяют переключение потока газа-носителя, через разделительные колонки в прямом направлении и продувку входной разделительной колонки в обратном направлении. Указанные операции в поточных хроматографах обычно осуществляются с помощью переключающих пневматических кранов, управляемых при помощи электропневматических клапанов. Так при анализе газоЬой части пирогаза

от С до С для прямой и обратной Продувки, а также для ввода пробы необходимо три пневматических крана, управляемых при помощи шести пневмоэлектрических клапанов, и две разделительных колонки. Однако в известно хроматографе остутствуют указанные переключающие устройства, что не позволяет определить состав углеводородов газовой части пирогаза. В то же время установка переключающих кранов в хроматографе привела бы к значителному усложнению и, как следствие, к :недопустимому снижению его надежности в работе в условиях промышленной эксплуатации. Это объясняется тем, что газовая схема известного хроматорафа представляет собой две параллелные с разделител ными устройствами ввода пробы, системы, поэтому при анализе пирогаза на потоке с помощью хрматографа пришлось бы удвоить количество применяемой для данного анализа аппаратуры, в .результате, потребовалось бы не менее пяти пневматических кранов, управляемых Десятью электропневматическими клапанами, и четыре разделительные колонки.

Цель изобретения - расширение аналитических возможностей при анализе сложных многокомп)нентных смесей, включающих постоянные газы и углЪводороды.

Указанная цель достигается тем, что в газовый хроматограф, содержащий устройство для ввода пробы, две разделительные колонки, два источника газов-носителей с различной теплопроводностью, один из которых, служащий источником газа-носителя с большей теплопроводностью, соединен с входом первой разделительной колонки, а второй служащий источником газа-носителя с меньшей теплопроводностью, соединей с входом второй разделительной колонки, и детектор по теплопроводности, ячейки которого соединены с выходами соответственно первой и второй разделительных колонок, введен двухпозиционный переключающий кран и дополнительная колонка, причем в одном положении переключающего крана вход и выход дополнительной колонки соединены через кран с источником газа-носителя с большой теплопро ностью и входом первой разделительной колонки а при другом положении крана вход и выход дополнительной колонки соединены через, кран соответственно с источником газа-носителя с меныией теплопроводностью и входом второй разделительной колонки.

На фиг. 1 показана схема хроматографа при одном положении переключающего крана; на фиг. 2 - то же, при другом положении перек.пючаюшего крана.

Хрсэматограф содержит источник 1 газа-носителя с большой теплопроводностью (водород), и источник 2 газаносителя с малой теплопроводностью (азот) , связанный: с пробовводнЕлм устройством (краном) 3, разделительные колонки 4 и 5, связанные с соответствующими измерительными ячейками 6 и 7 детектора (катарометра) 8, в которых установлены чувствительные элементы 9 и 10 подключенные к регистратору 11.

В хроматографе установлен также переключающий кран 12, дополнительная разделительная колонка 13 и регулирующий дроссель 14, при этом в одном положений крана 12 (фиг. 1) дополнительная разделительная колонка 13 соединена с источником 2 газа-носителя- азота и разделительной колонкой 4, а. разделительная колонка 5 связана с источником 1 газа-носителя водорода через регулируемый дроссель 14. При другом положении переключающего крана 12 (фиг.. 2) дополнительная колонка 13 и регулируемый дроссель 14 меняются местами, в результате чего дополнительная разделительная колонка 13 подключается к источнику 1 и разделительной колонке 5, а разделительная колонка 4 соединяется с источником 2 через регулируемый дроссель 14. В результате, при обоих положениях крана 12 разделительная колонка 4 связана с источником 2 (азот), а разделительная колонка 5 связана с источником 1 (водород). Между источником 1 и переключающим краном 12 включен кран 15 обратной продувки, связанный с выходом дополнительной разделительной колонки 13, а байпасно к разделительной колонке 5 включен установленный в хроматографе клапан 16 прямой продувки.

Хроматограф работает следующим Образом.

В первоначальном положении крана 12 (фиг. 1) дополнительная разделительная колонка 13 сообщается с истоником 2 газа-носителя азота и разделительной колонкой 4. При этом водород от источника 1 через кран 15 обратной продувки через переключающий кран 12 поступает к регулируемому дросселю 14, связанному с разделителной колонкой 5, а клапан 16 прямой продувки закрыт.

После ввода пробы пирогаза в пото азота с .помощью устройства 3 проба попадает в дополнительную разделителную колонку 13, в которой водород и метан отделяется от остальных компо,нентов и направляются потоком газа-нсителя в разделительную колонку 4, после чего кран 12 переключается в другое положение (фиг. 2). В этом положении дополнительная разделительна

колонка 13 подключается к разделительной колонке 5 и к источнику 1 гаэаноситепя Еодорола. В разделительной колонке 4 происходит разделение водорода и метана, которые проявляются чувствительным элементом 9 детектора, 8 и фиксируются регистратором II. в то же время в разделительной колонке 5 происходит разделение углеводородов, от С до Сз (этан, этилен, пропан пропилен), поступивших из дополнительной разделительной колонки 13.

После выхода пропилена из дополнительной колонки 13 открывается клапан 16, через который группа углеводоро-: дов С, отделившаяся от остальных компонентов, поступает непосредственно в ячейку 7 детектора 8, где прояв1ляется с помощью чувствительного элемента 10 и фиксируется регистратором 11, после чего клапан 16 закрывается. Затем кран 15 обратной продувки переключается, в результате чего дополнительная разделительная колонка 13 продувается в обратном направлении потоком водорода и из нее удаляются углеводороды .выше Сд. -Одновременно с этим из разделительной колонки 5 в ячейку

7детектора 8 поступают компоненты, задержанные в ней на период времени открытия клапана 16 (например.пропан, пропилен).

После фиксации регистратором 11 всех компонентов (от водорода до Сл) переключающий клапан 12 и-кран 15 обратной продувки приводятся в первоначальное положение.

Таким образом, благодаря введению в хроматограф переключающего крана и дополнительной разделительной колонки, в которую вводится проба, осу-. ществляется поочередное подключение дополнительной разделительной колонки к разделительным колонкам, связанным с источником газа-носителя с малой теплопроводностью (азот) и с источником газа-носителя с больиюй теплопроводностью (водород) .Это позволя.ет определять в одном положении переключающего крана компоненты с большой теплопроводностью (водород, метан) , а в другом Положении - компоненты с малой теплопроводностыр (углеводороды) , осуществляя также переключение потока газа-носителя в дополнительной колонке в прямом направ.лении для определения группы С и в .обратном направлении.для отдува тяжелых при анализе пирогаза.

В результате аналитические возможности предложенного хроматографа оказываются более широкими, чем у известного, в котором нельзя определить состав сложных продуктов типа пирогаза.

8то же время для реализации описанной схемы анализа привлекается меньг ше хроматографических средств, чем

это понадобилось бы при реализации анализа сложных продуктов на известном хроматографе, например, при анализе пирогаза.

Формула изобретения

Газовый хроматограф, содержащий устройство для ввода пробы, две -разделительные колонки, два источника Ю газов-носителей с различной теплопроводностью, один из которых служащий источником газа-носителя с большей теплопроводностью, соединен с входом первой разделительной колонки, а вто-15 рой, служащий источником газа-носителя с меньшей теплопроводностью, соединен с вхЬдом второй разделительной колонки, и детектор по теплопроводное- , ти, ячейки которого соединены свыхо- }) дами соответственно первой и второй разделительных колонок, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью расширеФи2.1

ния аналитических возможностей при анализе сложных многокомпонентных смесей, включающих постоянные гааы и углеводороды, в него введен двухпозиционный переключающий кран и дополнительная колонка, причем в одном положении переключающего крана вход и выход дополнительной колонки соединены через кран с источником газа-носителя с большей теплопроводностью и входом первой делите ль ной колонки, а при другом положении крана вход и выход дополнительной колонки соединены через кран соответственно с источником газа-носителя с меньшей теплопроводностью и входом второй разделительной колонки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Заводская лаборатория, № 1, 1966, т. 32, с. 121, рис. 2 (прототип) .