Способ хроматографического анализа газовых смесей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕЛИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) дополнительное к авт. свид-ву— (22) заявлено 2605,77 (Я) 2489586/23-25 с присоединением заявки И— (23) Приоритет—

Опубликовано 25.04.79.Бюллетень % 15

Дата опубликования описавия 2804.79 о1658473 (И) И. Кл.

С 01 И 31/08

Государственный комитет

СССР оо делам нзобретеннй н открытий (63) .УДК 543. 544 (066. 8) (72) Автори

ИЗОбрЕтЕНИя Л. A. Коган, Н. К. Крикунова и С. В. Гурарий (7a) 3аВВИтЕЛЬ Восточный научно-исследовательский углехимический институт (54) СПОСОБ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к анализу газов методом газоадсорбционной хроматографии и может быть использовано в нефтяной, нефтехимической, газовой и других отраслях проьыаленности при необходимости определения концентрации окиси углерода, кислорода, азота, водорода и других газов в присутствии большого количества метана.

Известен способ газохроматографического разделения водорода, кислорода, азота, метана и окиси углерода с использованием цеолитов типа A и Х.

На данных цеолитах достигается удовлетворительное разделение указанных компонентов, однако в соответствии с теплотами адсорбции на цеолитах окись углерода элюируется иэ колонки после метана flj. Между тем, для определения малых концентраций окиси углерода в смесях, содержащих большое количество метана, желательно иметь такой сорбент, который обеспечивал бы элюирование метана после окиси углерода, поскольку точность определения примесей на замыкающей стороне зоны основного компонента сильно понижена.

Известен способ хроматографического анализа, газовых смесей, заключающийся в разделении смеси в потоке газа-носителя на 2-х колонках с комбинированным адсорбентом и регистрации разделенных компонентов (2) .

Недостатком указанного способа является ухудшение критерия разделения легких газов, увеличение времени разделения, снижение точности определения, сложность аппаратурного оформления.

Целью изобретения является устранение укаэанных недостатков, ускорение и улучшение разделения постоянных газов и углеродсодержащих газов.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве адсорбента используют цеолит NaK3.

Использование этого сорбента позволяет получить по сравнению с прототипом более полное разделение водорода, азота, кислорода и уменьшить время их удерживания в хроматографической колонке. Кроме того. постигается упрощение используемой для разделения аппаратуры, поскольку две последовательно соединенные колонки заменяются одной.

Для проверки способа испытывали ряд сорбентов. Испытания проводились на хроматографе JIXN — 8МД модель 1 с детектором по теплопроводности на

658473 колонке длиной 1 м и диаметром 3,0мм.

Колонка заполнялась различными сорбентами крупностью 0,5-0,25 мм. Все сорбенты были предварительно подготовлены путем прогрева их непосредственно в колонке при температуре

350-400 С в течение 3-х часов в токе гелия. Условия хроматографирования были одинаковые для всех опытов; температура колонок 40 С, скорость газаносителя 40 мп/мин.

Полученные данные сопоставлены с 1О прототипом. Для этого в хроматограф установили последовательно две колонки. Первая, длиной 1 м, была заполнена цеолитом СаА, вторая, длиной

2 м — активированным углем. Сорбенты 15 предварительно готовились так, как указ ано . выше.

На чертеже представлена хроматограмма смеси газов на предложенном сорбенте: пик 1 — водород,2 — кислород©0

3 — азот, 4 — окись углерода, 5 -" метан. Иэ хроматограммы видно, что метан элюируется после окиси углерода.

В таблице 1 приведены относительные времена удерживания компонентов смеси на различных сорбентах.

Иэ данных таблицы 1 видно, что абсолютное время удерживания легких гаэов на комбинированном сорбенте приблизительно вдвое больше, чем на цеолите ИаКЭ.Вследствие этого высота пи-ЗО ка при равном количестве газа в смеси на цеолите ИаКЭ будет в соответствующее число раз больше, чем на комбинированном сорбенте, поскольку высота пика и время удерживания при прочих равных усЛовиях приблизительно обратно пропорциональны друг другу. Из этого следует, что минимальное детектируемое количество легких газов на предлагаемом сорбенте уменьшится не 40 менее, чем в 2 раза по сравнению с комбинированным сорбентом (прототиnoM) .

Из данных таблицы 1 также отчетливо видно, что на цеолите NaK3 относи- 45 тельное время удерживания кислорода по водороду наибольшее, что свидетельствует о лучшем отделении водорода от остальных газов.

В таблице 2 приведены критерии разделения компонентов на различных сорбентах. Из данных этой таблицы видно улучшение разделения всех га зов на сорбенте ИаКЭ. Критерий разделения пары Н /О вычислить не удалось из-за малой ширины пика водорода.

Описанное в прототипе соотношение длин колонок с цеолитом и активированным углем 1:2 не позволило получить удовлетворительного разделения окиси углерода и метана (К = 0,34) . 60

Для достижения в условиях прототипа критерия разделения, полученного предлагаемым способом (К = 2,10), длину колонки с активированным углем необходимо существенно увеличить, что приведет к дальнейшему размыванию хроматографических зон и увеличению времени удерживания газов.

Использование способа разделения газовых смесей позволяет резко умень,шить необходимую. длину хроматографической колонки для достижения требуемого эффекта разделения. Уменьшение времени удерживания легких газов позволяет не менее, чем в два раза, повысить чувствительность прибора к этим газам. Учитывая, что новый сорбент обеспечивает лучшее, чем прототип, разделение газов, появляется воэможность существенно уменьшить длину колонки и соответственно уменьшить время анализа, выполняемого с лучшей, чек в настоящее время, сте" пенью разделения.

Это обстоятельство позволяет приблизительно оценить ближайший экономический эффект от внедрения способа.

По примерным оценкам только для контроля содержания окиси углерода и кислорода в бытовом, коксовом и природном газах в настоящее время используется около 500 хроматографов, каждый из которых выполняет в среднем

300 анализов в год. Уменьшение длины хроматографической колонки в два раза (обеспечивающее степень разделения вдвое лучшую, чем в прототипе, хотя и худшую, чем полученная нами экспериментально) позволяет уменьшить время анализа в два раза, с 14 до 7 минут ° При общем количестве аналиэог. 150 000 в год экономия рабочего времени составит

150 000 х 7 бΠ— 17 500 часов.

При среди ей стоимости 1 рабочего часа (с учетом амортизации прибора и расхода газа) 0,8 рубля экономия составит 14 000 руб. в год. Экономию, получаемую от упрощения конструкции хроматографов и повышения точности определения оценить не представляется возможным.

Цеолит ИаКЭ в настоящее время имеется в СССР в достаточном количестве и внедрение предложенного способа может быть начато немедленно.

Объектами внедрения являются многочисленные лаборатории химической, нефтехимической, газовой и коксохимической промышленностей, выполняющие определение окиси углерода и легких газов в присутствии значительных количеств метана.

В настоящее время способ применяется для анализа коксового газа в лаборатории коксования и подготовки шихты Восточного научно-исследовательского углехимического института.

658473

Таблица 1

0,63

0,28

NaX

0,70

0,65

СаХ

ИаКЭ

Прототип:

CaA + активированный уголь

2,28

2,03

2,46

6,39

5(66

Таблица.2

НаКЭ

1,97

2,95

2,10

Прототип:

CaA + активированный уголь

0,78

3,53

0,34 щих легких газов, в качестве адсорбента используют цеолит КаХЭ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Киселев A. В., Яшин Я. И. Газоадсорбционная хроматография. М., 1967, с. 147.

2. П. Джеффери и др. Анализ газов, методом газовой хроматографии. М., 40 1976, c. .146.

Формула изобретения

Способ хроматографического анализа газовых смесей, заключающийся в разделении смеси в потоке газа-носителя на колонке с адсорбентом и регистрации разделенных компонентов, отличающий с я тем, что, с целью ускорения и улучшения разделения постоянных и углеродсодержаСоставитель Г. Винокурова

Редактор A. Абрамов Техред M.Ïåòêo Корректор О. Билак

Тираж 590 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035(Москва, Ж-35(Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2047/39

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1,87

2,25

1,86

3,43

3,89

5,79

4,00

5,62

12, 70

32, 39

18, 32

12,18

5,95

8,46

5 50

23, 31