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气相色谱仪测定汽油中烃族组成及苯含量

作者:admin 时间:2019-09-20   

该仪器考虑我国汽油组成的特点和规格要求,采用气相色谱方法测定汽油中的饱和烃、烯烃、芳烃等烃族组成及苯含量。本方法采用直接进样,允许测定试样的烯烃含量上限为65%,除测定烯烃含量外,可直接测定出汽油中的芳烃含量和苯含量。
       采用气相色谱的方法,依据不同色谱柱对烃族组分吸附性及色谱特性的差异,使汽油中的主要烃族组分分离,用氢火焰离子化检测器(FID)检测,通过记录的各烃族组分的色谱峰面积,采用校正的归一化方法计算汽油中有关烃族组分的质量分数或体积分数。
       汽油样品应用范围:
       终馏点低于205以下的石油馏分中饱和烃、烯烃、芳烃和苯含量的测定。
       浓度范围(质量分数或体积分数)
       烯烃含量:5~65%
       
芳烃总量:5~50%
       
苯含量:0.3~5%
       1、前言
       在车用无铅汽油的国家标准GBl7930—1999中指定用荧光指示剂吸附法(简称FIA法,GB/T11132—1989)测定汽油烃族组成。该方法在使用时由于涉及吸附剂性能、汽油组成分布、试验装置、操作习惯等多方面因素的影响,结果的再现性允许范围较宽。如该方法对烯烃含量为35%的汽油,允许再现性为8.2%,如此大的偏差范围,对炼油催化剂和工艺的研究、生产过程的控制,以及产品的质量监测会带来许多不利的影响,此外FIA法的操作成本和分析时间都比较长。为提高分析结果的准确性和精密度,获得更为详尽的汽油组成信息,人们在采用毛细管色谱测定汽油组成方面做了大量的研究工作,但色谱峰识别的可靠性最终会影响汽油烃族组成(PIONA)分析结果的可靠性,特别对高烯烃汽油样品的测量偏差较大。
       为避免烃组分识别对分析结果的影响,根据色谱分离的原理,人们开始探索采用多维气相色谱(MGC)技术测定汽油烃族组成,但在方法回收率和烯烃捕集容量上存在问题。采用色谱技术测定汽油总烯烃含量(ASTM D6296)和汽油详细组成的方法(ASTM D6293)已得到ASTM的认可。上述2个方法中,仪器的设计和方法的建立均以低烯烃含量的汽油为分析对象,捕集阱的吸附容量较小,使用范围要求直接进样的烯烃含量不得超过5%,否则必须进行稀释处理。显然这2种方法在分析我国较高烯烃含量的汽油时受到限制,并且仪器的价格也比较昂贵。鉴于我国汽油的生产以催化裂化汽油为主,汽油中烯烃含量较高,为提高汽油烯烃和芳烃含量测定的准确性和精密度,提高分析方法的可操作性,缩短分析周期、降低试验成本,提出了新型的烯烃捕集材料和色谱操作程序,并对建立的分析方法进行了考察验证,确证了方法的可靠性,并形成仪器、方法和软件的成套分析技术。
       2、实验部分
       2.1 仪器
       (1)双柱箱多维气相色谱仪,研制。仪器系统包括主、辅2个色谱柱箱,每个柱箱均可进行恒温或程序升温操作,具有可控温阀箱,内装4个自动切换六通阀,分析过程中样品流经的阀件和管线均按确定温度控温。
       (2)N2000型色谱工作站,用于记录和处理色谱图,分析结果由汽油组成分析软件计算。
       2.2 试剂与样品
       试验用试剂主要有:正戊烷、正己烷、正庚烷、异辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、正戊烯、正己烯、正庚烯、异辛烯、正壬烯、正癸烯、正十一烯、苯、二甲苯,均为分析纯。汽油样品包括催化裂化汽油和成品汽油。
       2.3 色谱柱
       极性分离柱,固定液为NN—(a—氰乙基)甲酰胺(BCEF),载体为6201红色硅藻土载体;烯烃捕集阱,石科院研制。
       2.4 分析程序
       阀及色谱柱的连接见图1。进样时阀状态及载气流路见状态l,取0.1~0.2uL汽油样品进样,经色谱仪器气化室气化,通过六通阀进入主控温柱箱中的极性分离柱,分析过程中主控温柱箱保持恒温105,芳烃组分与饱和烃、烯烃组分在BCEF柱中分离。当饱和烃、烯烃通过位于辅控温柱箱中的烯烃捕集阱时,在辅控温柱箱初始温度100下,烯烃组分被烯烃捕集阱选择性保留,饱和烃则通过烯烃捕集阱,进入检测器检测;待饱和烃组分流出后,切换六通阀3B(见状态2),烯烃捕集阱脱离载气流路,辅控温柱箱开始升温至180,芳烃组分中的苯由极性分离柱经平衡柱进入检测器检测;为缩短其它芳烃组分的出峰时间,切换六通阀3,使极性分离柱形成反冲状态(状态3),经平衡柱进入检测器检测;当辅控温柱箱达到设定温度时,切换六通阀3B,烯烃捕集阱选择性保留的烯烃的脱附(状态4),并进入检测器检测,整个分析周期结束。整个分析过程中,控温阀箱保持一定温度(140),防止样品冷凝。

        3、结果与讨论
        3.1 分离模式设计
        考虑新的汽油产品标准对组成指标提出的要求,分析方法建立的目标是通过一次色谱进样测定汽油中的烯烃总量、芳烃总量和苯含量。样品进入色谱系统后,首先通过极性分离柱将汽油分为脂肪族组分和芳香族组分,脂肪族组分通过烯烃捕集阱对烯烃化合物进行选择性保留,使饱和烃和烯烃分离。当饱和烃从烯烃捕集阱中流出后,通过阀切换使烯烃捕集阱脱离载气流路,此时芳烃组分通过平衡柱进入检测器检测,首先是洗脱苯,为缩短分析时间通过阀切换对其它芳烃组分进行反冲,直接测定除苯外的其它芳烃总量。在芳烃洗脱的同时,对位于辅助箱中的烯烃捕集阱加热至烯烃脱附温度,当芳烃组分全部流出后,通过阀切换使烯烃捕集阱重新进入载气流路,并进入检测器检测。由于涉及多柱操作且极性分离柱的分离温度与烯烃捕集阱的吸附和脱附温度不同,实现上述过程必须通过具有多道控温的色谱系统完成。按设计的分离模式及色谱操作程序得到的催化裂化汽油的色谱图见图3。各烃族组分得到很好分离,分析周期仅为12min,大大少于FIA方法及ASTM D6296(30min)ASTM D6293(180 min)的操作时间。