乙二醇装置在线气象色谱分析仪和质谱仪的应用

连子涵 李天洺

摘要：乙二醇单元的EO反应是乙烯与纯氧之间的反应，反应速度非常快。反应的产物EO是具有最大爆炸极限的化学介质。乙二醇单元EO反应的理论研究是乙烯与纯氧的反应，反应速度非常快。反应的产物EO是具有最大爆炸极限的化学介质。如何在有安全装置的前提下确保反应装置的稳定运行，EO的最大输出值在在线分析仪器中起着重要作用;本文介绍了气相色谱仪和质谱仪的原理和特点，介绍了气相色谱仪和质谱仪在乙二醇单元EO反应器中的应用。

关键词：工业气相色谱分析仪;质谱仪;多流路;多组分

一、工业气相色谱分析仪

（一）结构与原理

气相色谱仪的原理是通过气体混合物或含有其他物质的管（柱）分离混合物。这取决于管中的物质对于不同化合物具有不同的保留特性的事实。即是基于时间的对化合物进行分离。气体混合物的组分流过塔，并通过塔填料连续吸附，解吸，溶解和分解。在一段时间之后，它根据分离的顺序从柱的末端流出到检测器中，将每个组分的峰值放大产生信号。并将每个组分的峰值映射显示在记录器上。根播放记录峰的时间和位置，确定组件的名称，并计算峰的大小以确定组件的浓度。

色谱法的分离技术性能较高。色谱中有两个阶段，一个是固定的固定相，另一个是称为流动相的连续相连续流量测量介质。除色谱单元检测和载气系统测试外，在线GC分析仪还包括一个采样单元。预处理单元、流路选择系统和载气以及校准气体的检测。

（二）气相色谱仪的特点

1、高灵敏度：在线气相色谱仪检测痕量ppm（×10 -6）至ppb（×10 -9）。

2、高效能：气相色谱仪可以将复杂样品分离成单一组分。

3、速度快：气相色谱仪可在几分钟到几十分钟内完成复杂的样品分析，从而有效地指导和控制生产。

4、样品用量少：对于典型的气体样品，气相色谱仪需要几毫升。

二、质谱仪

（一）工作原理

质谱法是用于测量离子质量比或电荷质量比的分析方法。质谱仪是用于质谱分析的仪器。通过对物质原子、分子、分子片段的质量进行分析，运用它们之间的差异进行分离或检测物质的成分。

（二）质谱仪的特点：分析速度极快

单流路分析时间小于 10 s;极高的精度和准确度;多组分分析;宽量程;快速多流，1到64个通道，可扩展到更多。

三、气相色谱仪和质谱仪具有相同的特性

气相色谱仪和质谱仪都是用于多组分分离的高精度分析儀器。在线气相色谱仪和质谱仪都配有取样探针，预处理站和绝缘示踪剂取样电缆。仪器分析样品预处理系统并选择切换采样快速循环和流路。

（一）质谱仪

1、高精度，多组分分析质谱仪是复杂，快速变化过程的理想选择

以乙二醇装置为例：在乙烯氧化水合过程中，乙二醇单元与作为原料的C2H4和O2反应形成环氧乙烷，称为EO。EO经过水合成乙二醇。E循环气体主要包括C2H4，O2，EO和通过氧化反应形成的稳定剂CH4，N2和CO2，H2O等。

2、环氧乙烷是反应中爆炸极限最大的化学介质

控制C2H4，O2和EO水平对反应堆的安全性和性能尤为重要。EO反应是循环的，循环气体循环通过整个装置不到3分钟。存在三种待测量的分析流路径，即EO反应器的入口，反应器的出口和循环气体压缩机的出口。每条流路都需要分析9种成分，分别为乙烯、氧气、EO、氩气（Argan）、乙烷（Ethane）、CO2、甲烷（Methane）、氮（Nitrogen）、水（Water）。如果使用气相色谱仪，则需要使用4个色谱仪，每个流路检测所需的最短分析时间约为4到5分钟;如果色谱仪执行多流切换分析，检测周期将超过20分钟。在此期间EO循环气体可以进行多个循环。四条流路只能在不同的循环周期内采样，不能同时比较不同的流路。

用质谱仪可全面解决此难题。还执行计算和采样以及预处理。质谱分析允许四个流路的分析数据处于相同的循环气体循环中，使用计算机和相应的软件来计算反应转化率和催化剂选择性。实现了 EO反应的实时监视。

乙二醇装置的重点是驱动在线质谱仪进行分析的结果。当中央控制室的DCS操作站在EO反应器出口处显示EO含量从0变化到0.1时，测量成功。

（二）工业气相色谱仪

因为氯离子含量对高选择性催化剂的性能和寿命有很大影响。应用高选择性催化剂对氯离子的监测很重要

可以使用现有的质谱仪检测氯离子，但循环气体的氯含量小于10×10-6（10ppm），而其他组分是恒定的。如果使用质谱仪检测氯离子，将不可避免地导致流路增加，使标准气体复杂化，并大大延长质谱仪的分析周期;循环气体中氯离子含量的变化与其他反应介质的变化不同。色谱仪本身是一种很好的分离仪器，可用于确定色谱柱数量和使用色谱柱技术。当需要保护色谱柱免受重组件影响时，等到要进行测量的组分流出色谱柱。用载气吹向色谱柱，吹出不需要分析的重组分;为了将所需组分与不需要的组分分离，可首先使用柱分离柱，然后吹掉不需要的组分。所需的组分保留在下一栏中以供进一步分析，这是色谱仪独特的“反吹”和“预切”技术。使用气相色谱仪在线监测氯离子是最好的检测方法。管网的负压值越低，负压值越接近作为理想气体的废气的计算，主要是因为气压低且与理想气体相似。

四、小结

乙二醇单元EO反应的理论研究是乙烯与纯氧的反应，反应速度非常快。反应的产物EO是具有最大爆炸极限的化学介质。如何在有安全装置的前提下确保反应装置的稳定运行，EO的最大输出值在在线分析仪器中起着重要作用;结合气相色谱和质谱的原理和特点，可以更好地实现气相色谱仪和质谱仪在乙二醇单元EO反应器中的应用。使用气相色谱仪在线监测氯离子是最好的检测方法。管网的负压值越低，负压值越接近作为理想气体的废气的计算，主要是因为气压低且与理想气体相似。

气相色谱仪与质谱仪两个多列切换和清洗，使用两个 FID检测器，在循环气体中实现20分钟的氯甲烷（CH3 Cl），氯乙烷（C2 H3 Cl）循环、氯乙烯（C2 H5 Cl）、烯丙基氯（C3 H5 Cl）、2二氯乙烷（1，2 DCE），检测精度和范围可达（0.1～10）×10-6[（0.1～10）ppm]。

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（作者单位：濮阳永金化工有限公司）