[发明专利]含氨混合气的分析方法及其色谱柱

说明书

本发明涉及一种含氨混合气分离为单个组分并定量的分析方法及所用的装置。

以天然气或者炼厂气为原料的合成氨合成塔的出入口气、循环气、施放气等，其气体成分是含有氨的多组分混合气：NH3、CH4、Ar、N2、He，为了能很好地调整合成气的氢氮比，需对混合气进行定性定量分析。目前工厂的控制分析一直采用七十年代的方法，氨含量用化学方法硫酸吸收法测定，甲烷、氩气、氮气等惰性气体则需用气相色谱法测定，整个分析方法操作步骤烦琐，分析时间长，准确度差，极大地影响了合成气氢氮比的合理调整，浪费了能源，增加了气体的弛放量。

另外，上所述除去氨后的惰性气体用气相色谱仪完成，由于所用色谱柱的固定相为通用分子筛，分离效果差，柱的使用寿命短，而且这种固定相对NH3是不可逆吸附物质，因此，不能用于氨组分的分离。

本发明的目的是克服现有技术存在的不足而提供一种一次连续化完成含氨混合气定性、定量的分析方法。

本发明的另一目的是提供为实现上述分析方法而使用的气相色谱仪的色谱柱，具有分离效果好，寿命长等优点。

本发明的目的是通过如下方式实现的：

含氨混合气的分析方法，其特征在于是一次连续化由气相色谱仪完成，气相色谱仪中分离系统由两根色谱柱组成，样品气在载气下进入色谱柱II将NH3与其它气体分离，其它气体再进入色谱柱I分离为单个组分，并进入检系统检测，记录仪记录，然后色谱柱II中的NH3进入检测系统检测，记录仪记录，色谱柱I的固定相为分子筛固定相，所述色谱柱II的固定相为：80～100目的高分子小球(GDX)-405或铬罗沙目-104(chromsorb-104)高分子小球，按其与无机碱的质量比为100∶1.5～3浸入无机碱的无水乙醇溶液中进行改性，后弃去溶液烘干而成，这种固定相于真空下装于柱子中老化至基线平直，所述无机碱为NaOH或KOH。

在上述分析方法中，色谱柱II实现了将极性的NH3与惰性气体的分离，也是本发明的关键所在。

色谱柱II的固定相中所述老化条件是指在N2气流下150℃保持24小时。

色谱柱II的固定相是改性了的高分子小球，无机碱涂渍量对NH3的分离效果有影响，我们分别比较了KOH的涂渍量为0.5％、1％、2％、3％、5％(均相对于高分子小球的质量)时对NH3分离的影响。当涂渍量为1％以下时，由于量少，高分子小球对NH3吸附现象明显，表现为峰严重拖尾，而超过3％时峰加大，出峰时间长，当达到5％时，低含量NH3峰呈扁平，涂渍量为2％时，比较理想，出峰快，峰形好。

本分析方法中的色谱柱I，对现常用的色谱柱进行了改性，比现用色谱柱分离效果好，使用寿命长。其固定相为13X分子筛与含有Ca²⁺、Fe³⁺、稀土离子的一种或一种以上的盐溶液充分交换弃去溶液后，除去酸根阴离子，烘干，取45～60目装柱后进行老化至基线平直。一种具体制作方式为：13X分子筛在含有Ca²⁺、Fe³⁺、稀土离子的一种或一种以上的氯化盐溶液中回流交换1.5～2小时，将回流液弃去，再用上述新鲜溶液回流交换反复进行3～4次，后用去离子水将分子筛冲洗至无氯离子为止。在红外灯下烘干，过筛取45～60目装柱进行老化：在高纯N₂气流下，100℃保持30分，再以2℃/分速率升至300℃，保持8小时。主要用于分离Ar、N₂、CH₄、He、CO等混合气的分离。

所用稀土离子如Nd³⁺、Sm³⁺、Sr³⁺等其中的一种或一种以上。

色谱柱的分离效果是衡量色谱柱的重要指标，色谱柱I的分子筛通过离子交换处理后，使分子筛孔缩小，从而提高了对Ar、N₂等的分离性能，在较高的柱温下(110℃)仍然能使Ar、N₂等达到基线分离(见图2)，用该色谱柱Iφ2mm×2m分子筛柱与国外惠普公司φ2mm×3ml3X分子筛柱相比，分离效果完全相同(见图3)，而柱长缩短，而且对Ar、N₂、CH₄等组分保留时间明显缩短，有利于NH₃组分的切换分离和定量。

本发明分析方法的最佳分析条件为：

柱I：不锈钢φ2mm×2m

柱II：不锈钢φ2mm×1m

柱温：90℃

检测器系统为TCD检测器，温度为：150℃