氣相色譜儀測定煤氣中的粗苯含量

煤氣是由多種可燃成分組成的一種氣體燃料。煤氣的種類繁多，成分也很復雜。粗苯是煤熱解生成的粗煤氣中的產物之一,經脫氨后的焦爐煤氣中回收的苯系化合物，其中以苯含量為主，稱之為粗苯。一般煤氣中苯族烴含量控制在3～5 g/m3，這一指標對大型焦化廠的粗苯回收是經濟合理的。因此測定塔后煤氣粗苯含量很必要。下面探討用氣相色譜測定煤氣中的粗苯。

2 實驗部分
2.1 實驗儀器及試劑
GC－7800 型氣相色譜儀；1 μL、10 μL 及100mL 注射器；ES301 色譜柱；純度99.99%的氫氣，純度99.995%的氮氣，干燥無油的壓縮空氣；10 mL 及50mL 容量瓶。十二烷（二硫化碳，分析純）；苯（要求純苯含量不低于99.8%）。
2.2 實驗方法
2.2.1 色譜條件
FID 檢測器載氣為氮氣，30 mL/min；柱溫80 ℃。空氣300 mL/min；汽化室溫度160 ℃；氫氣30 mL/min；檢測室溫度160 ℃。升溫程序：初始溫度80 ℃，初溫保持時間5 min，升溫速率20 ℃/min；
終溫140 ℃，終溫保持時間6 min；基線BAS2。
2.2.2 外標樣的配制
1）用100 mL 注射器先取20～30 mL 不含苯的空氣，將橡皮塞塞住注射器出口；再用10 μL 注射
器取4 μL 純苯注入100 mL 注射器內，待苯全部揮發后，拔去橡皮塞用空氣稀釋到100 mL，再用橡皮塞住針頭，借助注射器內配置的小片薄鐵片使之混合。該樣品苯的質量濃度為35.2 g/m3。
2）準確稱取一定量的純苯于容量瓶中，用十二烷（也可用二硫化碳）稀釋到刻度，搖均保存。要求配制的外標樣中的苯含量盡量和樣品中的苯含量接近，一般粗苯中純苯含量在55%～75%之間。
外標樣苯的質量分數計算式為：w＝V1/V2×100，
式中：w為外標樣的質量分數（%），V1為純苯的體積（mL），V2為配制外標樣的總體積（mL）。
2.2.3 方法的建立
    *次進樣實驗，只需修改采樣結束時間即可進樣采集數據，此實驗時間可改為15 min。調整色譜儀達到儀器條件，待整機穩定后，用注射器準確進2.2.2 中1）樣1 mL，在同一色譜條件下進樣“采集數據”，同時按下“程序升溫”。外標樣的譜圖見圖1。分析結果如下：外標樣樣品保留時間1.965 min，峰高136 318.703 mV，峰面積1 884 000.125，苯含量35.200 0 g/m3。

在線色譜工作站中方法的建立：

1）選擇“方法”頁簽中“采樣控制”，輸入采樣時間15 min。其他按
需要填寫。

2）選擇“積分”點擊“面積、外標法”。

3）編輯組分表：選擇“組分表”頁簽，單擊右側的“譜圖”按扭，調出標樣譜圖，單擊“全選”編輯組分 表，從外標樣譜圖知有1 個高峰，因為外標樣是用空氣配入苯，因此可確定保留時間1.965 min 時的峰是苯，在此輸入峰名“苯”。4）校正，單擊“組分含量”輸入此標樣苯的濃度35.2 g/m3。“重復次數”輸入3。

5）加入標樣，選擇“加入標樣”調出標樣譜圖進行校正，重復3 次后點擊“校正完畢”保存方法，稱方法1。這樣焦爐煤氣中苯含量的方法就建立了。準確抽取2.2.2 中2）標樣0.2 μL 進樣，“采集數據”同時按下“程序升溫”。建立粗苯中苯含量的方法，本方法與方法1 不同之處是步驟4），單擊“組分含量”輸入此標樣苯的質量分數w。“重復次數”輸入3。其他步驟與方法1 相同，此方法簡稱為方法2。

2.3 樣品的測定

方法建立后，即可對樣品進行測定，以塔前煤氣為例，用多功能氣體軟袋準確進1 mL 樣品，進樣“采集數據”，同時按下“程序升溫”。到離線工作站中打開樣品譜圖，加載方法1，預覽，得到樣品譜圖和分析結果見圖2、表1。

3 分析結果與討論
1）粗苯中粗苯和苯的比例系數（K）的確定。為了得出焦爐煤氣中粗苯的含量必須要確定粗苯中粗苯和苯的比例系數（K）。準確抽取0.2 μL 的合格粗苯，進樣，采集數據，同時按下“程序升溫”。到離線工作站中，打開粗苯樣的譜圖，加載方法2，預覽，可以得到粗苯中苯的含量，進而確定比例系數 K。在實驗中取合格的粗苯進樣，采集數據，得到粗苯中苯的質量分數為75%，則K為1.33。
2）苯含量換算成粗苯含量。用色譜法測出煤氣中的純苯含量，可將其換算成粗苯含量。試驗測得樣品中苯的質量濃度為28.361 7 g/m3，則煤氣中粗苯的質量濃度為37.72 g/m（3 1.33×28.361 7）。
3）要得到標準狀況下每立方米煤氣中的粗苯含量，還應按氣壓、溫度進行換算，換算式如下：

式中：Y0為標準狀況下煤氣中粗苯含量，g/m3；Y為煤氣中粗苯含量，g/m3；V0為1 m3煤氣換算至標準狀況下的煤氣體積，m3；P為取樣時的大氣壓力，133.322Pa；b 為煤氣與大氣壓力差；W為t ℃時飽和水汽分壓，133.322 Pa；t為煤氣平均溫度，℃。用同樣的方法可以測定洗苯塔后煤氣中的粗苯含量。色譜法與冷凍法、活性碳法相比較相對誤差都在5%以內。利用此方法測定煤氣 中粗苯的含量，比例系數K 是產生誤差的一個重要原因，K 值隨著粗苯中苯、甲苯、二甲苯的相對比例的變化而不斷變化，為求準確應該經常用粗苯產品來校驗K 值。所使用的外標樣的濃度越接近樣品的濃度所測定的結果就越準確。重復對樣品進行測定，兩次平行誤差不應超過5%。取煤氣的氣袋必須用多功能氣體軟袋，因 為常規的取煤氣用的膠囊對苯有很強的吸附力，嚴重影響測定結果的準確性。
4討論
    試驗證明，所用的色譜柱不同，儀器所設的條件不同，各組分的峰值也不同，所以每次更換色譜柱或改變色譜條件都要重新做標樣校對。用氣相色譜法直接測定煤氣 中粗苯的含量，一般方法建立起來以后，如果色譜柱的性能良好的話，2 個月左右校正1次標樣即可。測定1 個樣品，只需15 min 就可以出結果。為力求準確，一般平行進樣2、3 次來確定結果，進樣后儀器自動分析并顯示出結果。用氣相色譜法測定煤氣中粗苯含量具有樣品用量少、分析速度快、靈敏度高、操作簡單、安全可靠等優點。