过程气相色谱仪

9.1 过程气相色谱仪概述

9.1.1 基本原理

(1)气相色谱分析法

多组分混合气体通过色谱柱时，被色谱柱内的填充剂所吸附或溶解，由于气体分子种类不同，被填充剂吸附或溶解的程度也不同，因而通过柱子的速度产生差异，在柱出口处就发生了混合气体被分离成各个组分的现象。

这种采用色谱柱和检测器对混合气体先分离、后检测的定性、定量分析方法叫气相色谱分析法。

图9-1 混合气体通过色谱柱后被分离成各个组分示意图

(2)过程气相色谱仪

它利用先分离、后检测的原理进行工作，是一种大型、复杂的仪器，具有选择性好、灵敏度高、分析对象广以及多组分分析等优点。

图9-2 过程气相色谱仪的基本工作原理

9.1.2过程气相色谱仪的构成部件

过程色谱仪由分析器、控制器、样品处理及流路切换单元(简称采样单元)三个部分构成。

(1)分析器

恒温炉给分析器提供恒定的温度，在程序升温型的色谱仪中，还需要设置程序升温炉供色谱柱按程序升温。

自动进样阀周期性向色谱柱送入定量样品。

色谱柱系统利用各种物理化学方法将混合组分分离开。

检测器据某种物理或化学原理将分离后的组分浓度信号转换成电量。

(2)控制器

控制器的功能包括：

炉温控制；

进样、柱切和流路切换系统的程序控制； 对检测器信号进行放大处理和数值计算； 本机显示操作和信号输出；

与DCS通信等。

(3)采样单元

包括样品处理、流路切换、大气平衡部件等。

这里所说的样品处理仅是对样品进行一些简单的流量、压力调节和过滤处理。

如果样品含尘、含水量较大，或含有对分析器有害的组分，则需另设样品处理系统预先加以处理。

9.1.3过程气相色谱仪的主要技术性能

(1)测量对象

过程气相色谱仪的测量对象是气体和可气化的液体，一般以沸点来说明可测物质的限度，可测物质

的沸点越高说明可分析的物质越广。目前能达到的

指标见表9-1。

过程气相色谱仪的测量对象还与使用的检测器类型有关。目前使用的检测器主要有以下三种：

热导检测器(TCD)——测量范围广，几乎可以测量所有非腐蚀性组分，从无机物到有机物。

氢火焰离子化检测器(FID)——主要用于对碳氢化合物进行高灵敏度分析，也可测量少数可以甲烷化的无机物，如CO、CO

等。

2

火焰光度检测器(FPD)——仅用于测量含有硫和磷的化合物。

(2)测量范围

分析下限：

TCD检测器一般为10ppm；

FID检测器一般为1ppm；

FPD检测器一般为0.05ppm(50ppb)

(3)重复性

重复性也是过程色谱仪的一项重要指标。对于色谱仪而言，讲重复性，而无精度指标，这主要有三个原因：

其一，在线色谱仪普遍采用外标法，其测量精度依赖于标准气的精度，色谱仪仅仅是复现标准气的精度。

其二，色谱仪用于多组分分析，而样品中各组分的含量差异较大(有的常量、有的微量)，各组分的量程范围和相对误差(%FS)也不相同，很难用一个统

一的精度指标来表述不同组分的测量误差。

其三，重复性更能反映仪器本身的性能，它体现了色谱仪测量的稳定性和克服随机干扰的能力。(目前，多数在线分析仪器说明书中已无测量精度这

一指标)。

目前，色谱仪的重复性误差一般为：100%～500ppm ±1%FS

500ppm～50ppm ±2%FS

50ppm～5ppm ±3%FS

＜5ppm ±4%FS

(4)分析流路数

分析流路数是指色谱仪具备分析多少个采样点(流路)样品的能力。目前，色谱仪分析流路最多为31个(包括标定流路)，实际使用一般为1～3个流路，少数情况为4个流路。

一般推荐一台色谱仪分析一个流路。当然对双通道的色谱仪(有两套柱系统和检测器)来说，其本身具有两台色谱仪的功效，可按两台色谱仪考虑。

(5)分析组分数

是指单一采样点(流路)中最多可分析的组分数，或者说软件可处理的色谱峰数，这也不是一个很重要的指标。

通常的分析不会需要太多的组分，而只对工艺生产有指导意义的组分进行分析，分析组分太多会使柱系统复杂化，分析周期加长。

目前，色谱仪测量组分数最多为：恒温炉50～60个，程序升温炉255个，实际使用一般不超过6个组分。

(6)分析周期

分析周期是指分析一个流路所需要的时间，从控制的角度讲，分析周期越短越好。色谱仪的分析周期一般为：

填充柱：无机物3～6分钟

有机物6～12分钟

毛细管柱：1分钟左右

9.1.4 过程气相色谱仪的应用场所

石油化工

炼油

化工

天然气

其他行业

(1)石油化工

乙烯裂解分离、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、氯乙烯、醋酸乙烯、丁二烯抽提、乙二醇、芳烃抽提装置，醇、醛、醚装置等。

其中，乙烯裂解分离装置使用数量最多，根据生产规模不同，在16～30台之间，其他装置在2～6台之间。

(2)炼油

催化裂化、气体分离、催化重整、烷基化、MTBE等，程序升温型色谱仪可用于石脑油、汽油组成分析及模拟蒸馏分析。

其中，催化裂化和气体分离联合装置使用数量最多，根据生产规模不同，在12～16台之间，其他装置在1～3台之间。

(3)化工

合成氨、甲醇、甲醛、氯化物、氟化物、苯酚、有机硅等。

(4)天然气

天然气、液态烃组成分析(用于天然气处理厂)，天然气热值和密度分析(用于天然气计量和贸易结算)。