合理運用柱切技術提高在線色譜儀分離能力
在線分析工業色譜儀中,用對組分有特定分離功能的單柱(預分離柱、主分離柱、反吹柱)和(he)閥(fa)件(jian)組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong),稱(cheng)為(wei)色(se)譜(pu)分(fen)離(li)係(xi)統(tong)。由(you)程(cheng)序(xu)控(kong)製(zhi)器(qi)根(gen)據(ju)預(yu)先(xian)設(she)定(ding)的(de)的(de)程(cheng)序(xu)來(lai)控(kong)製(zhi)色(se)譜(pu)柱(zhu)係(xi)統(tong)的(de)分(fen)離(li)過(guo)程(cheng),實(shi)現(xian)對(dui)工(gong)藝(yi)樣(yang)品(pin)的(de)全(quan)分(fen)析(xi)或(huo)者(zhe)某(mou)些(xie)特(te)定(ding)組(zu)分(fen)的(de)分(fen)析(xi),我(wo)們(men)稱(cheng)之(zhi)為(wei)柱(zhu)切(qie)技(ji)術(shu)。閥(fa)件(jian)由(you)開(kai)到(dao)關(guan)的(de)時(shi)間(jian)我(wo)們(men)定(ding)義(yi)為(wei)窗(chuang)口(kou)時(shi)間(jian)。在(zai)色(se)譜(pu)柱(zhu)一(yi)定(ding)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),柱(zhu)切(qie)技(ji)術(shu)的(de)實(shi)現(xian),決(jue)定(ding)於(yu)合(he)理(li)的(de)閥(fa)件(jian)動(dong)作(zuo)窗(chuang)口(kou)時(shi)間(jian)。設(she)置(zhi)合(he)理(li)的(de)閥(fa)動(dong)作(zuo)窗(chuang)口(kou)時(shi)間(jian)具(ju)有(you)以(yi)下(xia)優(you)點(dian):
1、 除去有害組分防止色譜柱劣化,保護分離柱和檢測器; 2、 切除保留時間長的無用組分,縮短分析周期; 3、 除去影響小峰的無用大峰,改善分離; 4、 提高分析性能; 5、 將一個複雜的應用分解為若幹簡單應用,提高了可靠性和易維護性。
一:儀表現狀
到目前,我單位西門子MAXUM edition Ⅱ在線色譜儀在烯烴聯合裝置(包括碳四、芳烴、苯乙烯等重碳工藝裝置)已經平穩運行了3年的時間。而以上裝置的工藝樣品幾乎都為C4~C9之(zhi)間(jian)的(de)重(zhong)組(zu)分(fen),這(zhe)自(zi)然(ran)增(zeng)加(jia)了(le)色(se)譜(pu)分(fen)析(xi)過(guo)程(cheng)中(zhong)色(se)譜(pu)柱(zhu)分(fen)離(li)負(fu)擔(dan)。在(zai)一(yi)次(ci)檢(jian)修(xiu)中(zhong)我(wo)們(men)發(fa)現(xian)這(zhe)些(xie)裝(zhuang)置(zhi)的(de)色(se)譜(pu)柱(zhu)出(chu)現(xian)了(le)不(bu)同(tong)程(cheng)度(du)的(de)劣(lie)化(hua)現(xian)象(xiang)。從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)了(le)色(se)譜(pu)的(de)分(fen)離(li)效(xiao)果(guo)變(bian)差(cha),出(chu)現(xian)平(ping)頭(tou)峰(feng)、重複性不好等一係列問題。如下圖所示,這是一台用於MTBE/丁烯—1裝置,分析1-Butene產品中雜質的西門子色譜儀譜圖。
1-Butene產品中的雜誌包括:Isobutane、Butane、Isobutene、Tra-2-butene、Cis-2-butene、1,3-butadiene。而由於閥動作窗口時間長期設置不當,濃度為99%丁烯-1產品長期進入主分離柱,導致色譜柱劣化速度過快,出現圖中所示的譜圖:
- 1區域內Isobutane出峰偏小;
- 2區域內出現平頭峰形;
- 3區域內不出峰,Tra-2-butene、Cis-2-butene、1,3-butadiene示值為零。
二:調整窗口時間
這就需要我們重新調整閥動作窗口時間,在調整之前我們需要確認色譜的出峰順序,已知待測的丁烯-1產品中的含有組分及出峰順序如下圖所示:
第一窗口時間用於分析Isobutane,如果窗口靠後無用組分Butane或者1-Butene將進入色譜柱,對分析和柱功能造成影響;
第二窗口時間用於分析最後三個組分,窗口過前造成Isobutene或者1-Butene進入色譜柱,而且將後麵的組分1,3-BD切除,造成色譜示值偏小或者不出峰,窗口過後造成Tra-2-butene被切除。
於是我們重新調節閥動作窗口時間,如下表所示:
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第一窗口時間(s) |
第二窗口時間(s) |
|||
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CL1_ON |
CL1_OFF |
CL1_ON |
CL1_OFF |
|
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調節前 |
176 |
186 |
195 |
235 |
|
調節後 |
164 |
180 |
200 |
230 |
表1 窗口時間調整前後
窗口時間經過調整後,出峰情況如圖3所示,但是由於第二窗口時間有些靠前,想要被切除的1-Butene進入主分離柱的量過大,造成色譜出峰的最大幅值達到了3.5到4.0之間,為了避免長此以往造成主分離柱和檢測器負荷過大,我們要繼續試驗性的調整第二窗口時間,將CL1_ON的時間後移,如下表所示:
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時間一(s) |
時間二(s) |
時間三(s) |
時間四(s) |
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CL1_ON |
200 |
203 |
205 |
207 |
|
CL1_OFF |
230 |
230 |
230 |
230 |
表2 CL1_ON時間調整
1:閥開窗口時間調整
將色譜在四個試驗時間點上的譜圖進行疊加並且進行局部放大,如圖4所示,通過對比出峰麵積發現隨著CL1_ON時間的後移,1-Butene的進樣幅值逐漸減小,當其進樣幅值減小到0.4左右時(如圖4中譜圖2所示),後麵Tra-2-butene的出峰麵積基本沒有變化,但是當其幅值減小到0.1左右時(如圖4中譜圖3所示),Tra-2-butene的峰麵積顯著下降,所以合適的第二窗口CL1_ON時間為第203秒,這個時間使1-Butene的進樣量減小了近10倍,能夠保護主分離柱,可有效的延長柱齡,提高色譜柱的分離性能。
2、閥關窗口時間調整
bujinjinshifakaishijianduisepuzhudejinyanghefenlixingnengyouyingxiang,faguanshijiandeshezhiduisepufenlideyingxiangyezhiguanzhongyao,yibanrenwei,zhiyaoshezhizhengquedefakaishijian,baozhengxuyaofenxiyangpinhebeiqiechuyangpindejinyangliang,erqiezhexiexuceliangzufenzhihoumeiyouxuyaozaibeiqiechudeqitazufen。zhiyaofaguandeshijianbushitaizao,bujiangxuceliangdezufenqiechu,daiceyangpindouyijinrujinruzhusepuzhu,faguanyufoubingbuzhongyao,shijiqingkuangbingfeiruci。
我們將閥CL1_OFF時間前移,設置如下表所示:
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時間一(s) |
時間二(s) |
時間三(s) |
時間四(s) |
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CL1_ON |
203 |
203 |
203 |
203 |
|
CL1_OFF |
240 |
230 |
225 |
223 |
表3 CL1_OFF時間調整
我們將4個閥關時間所出的色譜譜圖進行疊加,並且進行局部放大,其出峰情況如下圖所示:
通過仔細觀察疊加的色譜圖我們發現,在出峰周期的第420秒附近,當CL1_OFF時間設定為240秒時,殘餘的1-Butene與Tra-2-butene這兩個組分沒有完全分離,譜圖上出現重疊(如圖5中譜圖1所示),這樣就增大了在計算Tra-2-butene峰麵積時的誤差,並且影響色譜出峰的再現性。當我們把CL1_OFF時間逐漸進行調整,隨著CL1_OFF時間的前移,殘餘的1-Butene組分與Tra-2-butene的分離效果越來越好,在第223秒CL1_OFF時,這兩個組分已經能夠實現完全分離(如圖5中譜圖2所示),這樣不僅能夠準確計算Tra-2-butene的出峰麵積,而且保證了色譜分析的再現性。
這台表的閥位圖如圖6所示,我們發現當CL1閥處於ON和OFF兩個狀態時待分析樣品分別流經以下兩個通道:
CL1_ON:
載氣CAR L1→SL1_③→SL1_②→SL1_⑨→SL1_⑧→L1_1→SL1_⑤→SL1_④→CL1_⑩→CL1_①→L1-2A→L1-2B→FID;
CL1_OFF:
載氣CAR L2→CL1_②→CL1_①→L1-2A→L1-2B→FID;
我們知道,色譜柱中流動相的移動來自載氣自身的壓力,柱子的出、入口存在壓力差,色譜柱內各點的流速,受限於固定相填充物的顆粒的大小及均勻程度,若柱子出、入口壓力差過大的話,就不能得到適合柱子各點的最佳載氣流速,至使色譜柱的分離效率受到影響。
當CL1閥處於關閉狀態時,載氣CAR L1的流經通道過長,造成柱子的出、入口壓降過大,此時的載氣流速和壓力對色譜柱的分離產生了不利影響,當適當的提高CL1閥關時間,提前切換到載氣CAR L2,大大縮短了樣品的流經通道,降低了柱子的出、入口壓差,得到了合適的載氣流速,提高了分離效率。
總結
本文通過對日常維護中的經驗的總結,以範例形式說明了MAXUM edition Ⅱ在線色譜儀分析C4~C9之zhi間jian重zhong組zu分fen樣yang品pin時shi,設she置zhi合he適shi的de閥fa動dong作zuo窗chuang口kou時shi間jian對dui準zhun確que分fen離li組zu分fen的de重zhong要yao性xing。並bing結jie合he實shi際ji闡chan述shu了le如ru何he通tong過guo調tiao試shi設she置zhi合he適shi的de閥fa動dong作zuo窗chuang口kou時shi間jian,以yi達da到dao色se譜pu儀yi測ce量liang準zhun確que的de方fang法fa。通tong過guo這zhe些xie方fang法fa在zai維wei護hu及ji調tiao試shi中zhong的de廣guang泛fan采cai用yong,可ke以yi很hen有you效xiao的de延yan長chang各ge種zhong色se譜pu儀yi色se譜pu柱zhu柱zhu齡ling,提ti高gao色se譜pu柱zhu分fen離li效xiao率lv及ji儀yi表biao使shi用yong壽shou命ming,保bao證zheng了le儀yi表biao長chang周zhou期qi平ping穩wen運yun行xing及ji維wei護hu備bei件jian費fei用yong的de降jiang低di。
參考文獻
[1] 崔福軍,邢軍.在線儀表維修工[M].北京:獨山子石油化工出版社,1997.10
[2] 王森,符清靈. 儀表工試題集在線分析儀表分冊[M].北京:化學工業出版社,2006.5
附錄:
第一作者簡介:易峰,1970年生,男,漢,大專,計算機信息管理專業,技術員,在中油石化企業儀表車間從事在線分析儀表專業20年。
第二作者簡介:劉建強,1983年生,男,漢,本科,測控技術與儀器專業,工程師,在中油石化企業儀表車間從事在線分析儀表專業5年。
聯係方式:新疆克拉瑪依市獨山子區石化公司乙烯廠儀表車間;郵編833600;
聯係人:易峰 ,手機
劉建強,手機151199965097
圖1 色譜異常出峰

圖2 色譜出峰順序

圖3 進樣偏大色譜出峰

圖4 不同閥開時間色譜出峰疊加

圖5 不同閥關時間色譜出峰疊加

圖6 色譜閥位圖


