Хроматограф для анализа примесей в газах

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскик

Соцмалнстическмк

Ресиублмн (»)883737 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (51)N. Кл.

6 01 и 31/08 (22) Заявлено 03. 03. 80 (21) 2887839/23-25 с присоелиненнем заявки М (23) П риоритет

9куАвратаевы6 кемитет

СССР ав делам нза4ретений н открытия

Опубликовано 23.11.81 Бюллетень,Рв 43 (53) У,Ц,К 543. .544(088.8) Дата опубликования описания 25 (72) Авторы изобретения

В.A. Закатов и В.Т. Сиромаха

П.,> .,..

1,)

ХЕХ11," .„: ",Всесоюзный научно-исследовательский и проект) о С1.: конструкторский институт комплексной автоматизаций " " :: нефтяной и газовой промышленности (7I) Заявитель (54) ХРОИАТОГРАф ДЛЯ АНАЛИЗА ПРИМЕСЕЙ

В ГАЗАХ

Изобретение относится к хромато графии и найдет применение в химической и газоперерабатывающей отраслях промышленности для определения количественного содержания примесей в газообразных веществах.

При определении содержания примесей в газах, когда концентрации малы и чувствительность детектирующей системы недостаточна для их непосредственного измерения, широко применяют хроматографы с предварительным концентрированием примесей.

Известны хроматографы с концентра15 торами, првдназначенные для анализа примесей в газах, содержащие одну или несколько заполненных адсорбентами накопительных колонок с приводом для их перемещения и криотермостат с устройствами нагрева и охлаждения этих колонок, вход одной из которых соединен с источником анализируемого газа и источником газа-носителя; подключенным к аналитическому блоку, 1который соединен с выходом накопительных колонок и дозатором анализируемого газа. Цикл работы таких хро" матографов включает три режима: накопление примесей (через накопительные колонки, размещенные в зоне охлаждения пропускается необходимая для анализа доза анализируемого газа и примеси, сорбирующиеся лучше основного компонента, поглощаются охлаж денным адсорбентом, накапливаясь в колонках);концентрирование примесей (накопительные колонки перемешиваются в зону нагрева и под действием теплового поля, изменяющегося по длине колонок и потока газа-носителя, протекающего через накопительные ко" лонки, накопленные примеси концентрируются, сжимаясь в узкие полосы на выходе колонок); хроматографический анализ (сконцентрированные примеси потоком газа-носителя вытесняются в разделительную колонку, делятся на

3 88373 компоненты и измеряются. детектирующей системой хроматографа) (1).

Недостатком данных хроматографов является низкая точность количественного определения примесей. Газ-носитель, используемый s хроматографах, также, как и анализируемый газ, содержит примеси, качественный и количественный состав которых соизмерим с определяемыми примесями в анилизируемом газе. В режиме концентрирования газ-носитель начинает поступать в накопительные колонки в тот момент, когда они находятся в холодной зоне криотермостата, и примеси из газа-носителя поглощаются охлажденным адсорбентом накопительных колонок, суммируются с накопленными в них примесями анализируемого газа, искажая результат, снижая точность работы хроматографа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является хроматограф для анализа примесей в газах, содержащий заполненную адсорбентом накопительную колонку с приводом для ее перемещения и криотермостат с устройствами нагрева и охлаждения накопительной колонки, вход которой соединен с источником анализируемого газа и выходом очистительной колонки, заполненной адсорбентом и подключенной к источнику газа-носителя, который подключен также к детектору и разделительной колонке, соединенной с выходом накопительной колонки и дозатором анализируемого газа j2) .

Однако в известном хроматографе для очистки газа-носителя от примесей имеется очистительная колонка, 40 выполненная в виде трубки большого объема, которая размещена в отдельном сосуде с хладагентом. Газ-носитель непрерывно протекает через охлажденную очистительную колонку, имеющиеся в нем примеси поглощаются адсорбентом, который постепенно насыщается примесями на всей длине колонки. Такая конструкция громоздка, неудобна в эксплуатации и не обеспечивает высокой точности хроматографических анализов, так как момент полного насыщения очистительной колонки примесями ничем не регламентируется, поэтому не исключается no" ступление в накопительную колонку неочищенного газа-носителя, а это снижает точность анализов. Для pereнерации накопительной колонки требуется ее демонтаж, разогрев в специальной печи до высокой температуры и продувка инертным газом.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности хроматоrрафа.

Поставленная цель достигается тем, что хроматограф для анализа примесей в газах, содержащий заполненную адсорбентом накопительную колонку с приводом для ее перемещения и криотермостат с устройствами нагрева и охлаждения накопительной колонки, вход. которой соединен с источником анализируемого газа и выходом заполненной адсорбентом очистительной колонки, подключенной к источнику газаносителя, который подключен к детектору и разделительной колонке, соединенной с детектором, выходом накопительной колонки и дозатором анализируемого газа, снабжен дополнительным нагревателем для нагрева очистительI ной колонки, которая соединена через клапан и дроссель с линией сброса и закреплена на выходном валу привода накопительной колонки таким образом, что при размещении накопительной колонки в холодной зоне криотермостата, очистительная колонка размещается в дополнительном нагревателе, а при перемещении накопительной колонки в теплую зону криотермостата, очистительная колонка перемещается в его холодную зону, а также тем, что с целью уменьшения габаритов дополнительного нагревателя и очистительной колонки, последняя выполнена в виде плоской спирали, навитой бифилярно виток к витку с минимальным радиусом и установлена в плоскости вращения накопительной колонки.

Кроме того, с целью улучшения регенерации очистительной колонки вход и выход ее соединен дополнительно через клапаны с источником газаносителя.

На фиг. 1, изображен криотермостат с дополнительным нагревателем и приводам для колонок; на фиг. 2 — схема хроматографа; на фиг. 3 — вариант подключения очистительной колонки.

Хроматограф содержит криотермостат 1, выполненный в виде двух зон: холодной зоны — ванны с хладагентом 2 и теплой зоны электрической печи 3.

В криотермостате 1 размещена накопи8837

Накопительная колонка 4 подключена в это время к источнику анализируемого газа 9 и доэатору 15, через нее протекает анализируемый газ. При- меси анализируемаго газа, сорбирующиеся лучше основного компонента, поглощаются охлажденным адсорбентом накопительной колонки, а основной компонент вместе с несорбирующимися примесями поступает в дозатор 15.

Когда через накопительную колонку 4 будет пропущено требуемое для анали" за и отмеренное дозатором l5 количество анализируемого газа, включают привод 5 колонок 4 и 6. Накопительная колонка 4 перемещается из холодной зоны 2 в теплую зону 3, а очистительная колонка 6 — их нагревателя 7 в холодную зону 2. Когда начало колонки 4 поступит в теплую зону 3, а колонка 6 частично войдет в холодную зону 2 криотермостата 1, закрывают клапаны 8, 14, 11, 18 и 22 и открывают клапаны 10, 16 и 21. При этом подача анализируемого газа в накопительную колонку 4 прекращается, а газ-носитель от источника 13 проходит через частично охлажденную очистительную колонку 6, которая продолжает перемещаться в холодную зону. 2,посту пает на вход накопительной колонки 4, которая в это время входит в теплую зону 3 и далее поступает в раэдели тельная колонка 4, закрепленная на выходном валу привода 5, на котором закреплена также очистительная колонка 6, снабженная дополнительным нагревателем 7,. который установлен на криотермостате 1. Выходной вал привода 5 совершает вращательные движения в обе стороны, перемещая накопительную колонку 4 из холодной зоны 2 в теплую зону 3, а очистительную ко- ie ланку 6 иэ дополнительного нагревателя 7 в холодную зону 2 и обратно.

Обе колонки заполнены адсорбентами, на которых происходит адсорбция примесей при охлаждении колонок и де- % сорбция — при их нагреве.

Очистительная колонка 6 с целью увеличения сорбционной емкости при минимальных габаритах выполнена в виде плоской спирали, навитой бифиляр- уф но виток к витку и установлена на выходном валу привода 5 в плоскости вращения накопительной колонки 4.

Вход накопительной колонки 4 соединен через клапан 8 с источником 9 н анализируемого газа и через клапан.

10 с выходом очистительной колонки 6, которая соединена через клапан 11 и дроссель 12 с линией сброса и подключена своим входом к источнику 13 газа-носителя. Выход накопительной колонки 4 соединен через клапан 14 с дозатором 15 анализируемого газа и через клапан. 16 — со входом разделительной колонки 17, соединенной через клапан 18 с источником 13 газаносителя. Выход разделительной колонки 17 соединен с рабочей камерой детектора l9, сравнительная камера которого через дроссель 20 связана с источником 13 газа-носителя, подключенным дополнительно через клапаны

21 и 22 соответственно ко входу и выходу очистительной колонки 6 (фиг.3).

Хроматограф работает следующим об- 4s разом.

В исходном состоянии накопительная колонка 4 размещается в холодной зоне 2, а очистительная колонка 6— в дополнительном нагревателе 7. Клапаны 8, 14; 11, 18 и 22 открыты, остальные клапаны закрыты. Через раз1 делительную колонку 17 и обе камеры детектора 19 протекает газ-носитель с заданным расходом, хроматограф регистрирует нулевое значение.

Через разогретую очистительную колонку 6 протекает газ-носитель, расход которого задается дросселем

37 б

12. Примеси, поглощенные из газаносителя адсорбентом охлажденной очистительной колонки во время предыдущего цикла анализа, под действием тепла десорбируют и потоком гаэа-носителя они выдуваются из колонки в линию сброса. Направление потока газа-носителя при этом выбирается в зависимости от свойств адсорбента и примесей, содержащихся в газе-носителе. Если примеси имеют малое время удерживания, то они за-. нимают адсорбент на всей длине очистительной колонки и легко выдуваются в направлении от входа к выходу колонки 6 (фиг. 2). Если в газе-иосителе присутствуют примеси, долго удерживаемые адсорбентом очистительной колонки, то они занимают начальный участок колонки, поэтому с целью сокращения времени регенерации колонки примеси целесообразно выдувать потоком газа-. носителя, направленным от выхода ко входу очистительной колонки 6 (фиг. 3).

883737 тельную колонку 17 и детектор 19. Примеси, имеющиеся в газе-носителе, поглощаются охлажденным адсорбентои очистительной колонки 6, а накопленные в колонке 4 примеси анализируемого газа под действием теплового поля электрической печи 3 десорбируют и потоком очищенного газа-носителя они переносятся к выходу накопительной колонки 4, концентрируясь в виде to узкой полосы. Когда накопительная колонка 4 полностью переместится в теплую зону 3, скойцентрированные на ее выходе примеси анализируемого газа поступают в разделительную колонку 17, где происходит хроматографическое разделение компонентов примесей и последующее измерение их детектором 19. На этом цикл анализа завершается.

Далее меняют направление вращения привода 5, колонки 4 и 6 возвращаютcq в исходное состояние (фиг. 1).

Открывают клапаны 8, 14, 11, 18 и 22 и закрывают клапаны 1О, 16 и 21, очистительная колонка регенерируется, а в накопительной колонке начинается накопление прииесей для очередного цикла аналаза.

Таким образом, предложенный хроматограф имеет более высокую точность, так как в нем исключено попадание неочищенного от прииесей газа-носителя в накопительную колонку за счет регенерации очистительной ко35 лонки в каждом цикле анализа. Предложенная, конструкция проста, обеспечивает надежную очистку газа-носителя от примесей и автоматическую регенерацию очистительной колонки не4О посредственно в цикле анализа без затрат дополнительного времени и оборудования для регенерации колонок.

Формула изобретения l. Хроматограф для анализа примесей в газах, содержащий заполненную адсорбентом накопительную колонку с приводом для ее перемещения и криотермостат с устройствами нагрева и охлаждения накопительной колонки, вход коФовой соединен с источником анализируемого газа и выходом заполненной адсорбентом очистительной колонки, подключенной к источнику газаносителя, который подключен к детектору и разделительной колонке, соединенной с детектором, выходом накопительной колонки и дозатором анализируеиого газа, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности; он снабжен дополнительным нагревателем для нагрева очистительной колонки, которая соединена через клапан и дроссель с линией сброса и закреплена на выходном валу привода накопительной колонки таким образом, что при размещении накопительной колонки в холодной зоне криотермостата, очистительная колонка размещается в дополнительном нагревателе, а при перемещении накопительной колонки в теплую зону криотермостата, очистительная колонка перемещается в его холодную зону.

2. Хроматограф по и. 1, о т л ич а ю щ и " с я тем,,что очистительная колонка выполнена в Виде плоской спирали, навитой бифилярно виток к витку с минимальным радиусом и установлена в плоскости вращения накопительной колонки.

3. Хроматограф по п..1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения регенерации очистительной колонки, вход и выход ее соединен дополнительно через клапаны с источником газа-носителя.

Источники информации, принятые во внииание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1 558210, кл. 6 01 и 31/ОН, 1978.

2, Инструкция по эксплуатации

331.550.045 ИЭ на хроиатограф ХТИ-73, выпускаемый серийно заводом "Хроматограф".