气相色谱法测定煤气中粗苯含量分析

李晓丹 王顺利 屈庆臣 李莎莎

（安阳钢铁股份有限公司焦化分公司，河南 安阳 455000）

粗苯作为焦化企业的主要化产品之一，直接影响着企业的效益。洗苯塔后煤气含苯族烃的多少是决定粗苯回收率的主要因素。控制指标是洗苯塔后煤气含苯量<4g/m3。煤气中粗苯的主要组分是苯、甲苯、二甲苯、三甲苯等，但二甲苯、三甲苯等含量很少。所以，可以以煤气中苯含量近似代替煤气中粗苯的含量。测定煤气中粗苯的方法有活性炭吸附法、干冰冷冻法、气相色谱法等。其中，活性炭吸附法和干冰冷冻法具有操作繁琐，通气量大，测定时间长，不能及时指导生产，且苯系物中低沸点物质毒性大，对人体有一定伤害的缺点。气相色谱法可以有效地避免上述两种方法的缺点。洗苯塔前和洗苯塔后煤气中苯的含量是焦炉煤气脱苯、净化的一个重要指标，也是焦化煤气分析的重要指标。为此，决定通过气相色谱的方式来测定煤气中的粗苯的含量，以期提高测定技术水平。

1 气相色谱法的概述

气液色谱法是一种在有机化学中对易于挥发而不发生分解的化合物进行分离与分析的色谱技术。气相色谱仪是用于分离复杂样品中的化合物的化学分析仪器。气相色谱仪中有一根流通型的狭长管道，这就是色谱柱。在色谱柱中，不同的样品因为具有不同的物理和化学性质，与特定的柱填充物（固定相）有着不同的相互作用而被气流（载气，流动相）以不同的速率带动。当化合物从柱的末端流出时，它们被检测器检测到，产生相应的信号，并被转化为电信号输出。在色谱柱中固定相的作用是分离不同的组分，使得不同的组分在不同的时间（保留时间）从柱的末端流出。其它影响物质流出柱的顺序及保留时间的因素包括载气的流速，温度等。气相色谱的典型用途包括测试某一特定化合物的纯度与对混合物中的各组分进行分离（同时还可以测定各组分的相对含量）在某些情况下，气相色谱还可能对化合物的表征有所帮助。在微型化学实验中，气相色谱可以用于从混合物中制备纯品。

2 实验部分

2.1 实验仪器、实验试剂

本次实验当中，选择GC-5890C气相色谱仪；10μl的微量注射器；纯度为99.995%的氦气、氦气；10mL容量瓶，50mL容量瓶；压缩空气(无油干燥)；二氧化碳，十二烷；纯苯不低于99.8%的苯。

2.2 实验步骤

2.2.1 条件

我们选择氮气用作FPD检测器的载气，每分钟为30mL；柱温是90℃。空气为每分钟300mL；温度则普遍要求达到160℃；氢气则是每分钟30mL；检测室内的温度要达160℃。升温的步骤：升温，持续90摄氏度5分钟，这是初始温度，之后每分钟升高20℃；使温度达150℃，保持最少6分钟；基线BAS2。

2.2.2 配制外标样

第一，量取25mL左右无苯的干燥空气，塞紧瓶塞，然后以10μL的微量注射器吸入4μl的苯，将其注入100mL的注射器内，待苯挥发殆尽，移除掉橡皮塞，稀释至空气中至100mL，后紧塞橡皮塞，通过内置的薄铁完全混合。所以样品苯的质量浓度应该为35.2g/m3。

第二，准确称量一定量纯苯，置于容量瓶，用十二烷稀释至指定刻度，摇匀，做好保存。外标液中苯的含量要与样品中的含量尽可能的相同，通常情况下，粗苯中纯苯的含量要求为：不高于75%，不低于55%。计算外标样苯质量分数采用的公式为：w=V1/V2×100，其中，w：外标样的质量分数(%)，V1：纯苯体积(mL)，V2：配制外标样总体积(mL)。

2.2.3 实验方法

第一次进样的时候，只需把修改采样的时间调整一下便可进行进样采集数据工作，之后更改实验时间为15分钟。调整色谱仪至实验要求，等到平稳，用10mL注射器进2.2.2中(1)样，进量为1mL，其他条件相同，选择“采集数据”，得出实验数据，单击“程序升温”。我们分析实验数据得：留外标样样品时间是1.965分钟，峰面积为1884000.125，峰高的数值为136318.703mv，苯含量为35.2000g/m3。

在线色谱工作站中形成的方法：

第一，单击“方法”，之后选择“采样控制”，采样15分钟。

第二，选择“积分”，后选择“面积、外标法”。

第三，组分表的编辑：根据“组分表”，单击选择右边的“谱图”，调整标样谱图，将组分表编辑好。按照外标的样谱图，便可看出一个高峰，由于外标样是空气配入的苯的缘故，所以便可以将时间定为1.965分钟时刻的峰为苯，将峰名输入为“苯”。

第四，校正工作，按“组分含量”，浓度为35.2g/m3。重复三次。

第五，加入标样，按“加入标样”，校正标样谱图，这样连续三次，然后选“校正完毕”，将方法保存，这便是方法一。这样就形成了测定粗苯量的方法。用微量注射器抽取0.2μL2.2.2中(2)标样进样，按“采集数据”，之后选择“程序升温”。建立粗苯中苯含量测定的方法，这种方法和方法一是不一样的，单击“组分含量”，调整质量分数W。重复进行三次。其他的地方和方法一相同，这种方法便是方法二。

2.3 样品的测定

方法确定之后，开始测定，如塔前煤气，以多功能气体软袋进1mL的样品，进之后，开始点击“采集数据”，得出数据，然后点击“程序升温”，让仪器升温。之后便可以到离线工作站查看样品谱图，选择方法一，可以得到数据结果如下：

1）保留时间0.457min，峰高为441213.188ml，峰面积为3151190.500㎡，苯质量浓度0.0000g/㎡；

2）保留时间0.857min，峰高为11101.308ml，峰面积为30965.451㎡，苯质量浓度0.0000g/㎡；

3）保留时间1.940min，峰高为133380.828ml，峰面积为1517995.625㎡，苯质量浓度28.3617g/㎡；

4）保留时间2.790min，峰高为982.211ml，峰面积为9166.400㎡，苯质量浓度0.0000g/㎡；

5）保留时间3.248min，峰高为10005.324ml，峰面积为109054.297㎡，苯质量浓度0.0000g/㎡。

通过上述分析，得出煤气样品中的苯的质量浓度为28.3617g/m3。

3 分析结果与讨论

3.1 确定苯和粗苯比例系数

得到苯和粗苯的比例系数(K)是得到焦炉煤气中粗苯含量的前提。用微量注射器抽取0.2μL合格粗苯，然后进样，单击“采集数据”，收集数据之后，然后选择“程序升温”，这样便出了谱图。便可取离线工作站，得到粗苯样谱图，选择方法2进行查看，就能苯的含量，由此确定K值。取合格粗苯进样，得出数据为：粗苯中苯的含量达到75%，K是1.33。

3.2 转换苯的含量为粗苯含量

色谱法算出纯苯含量，得出纯苯的含量，接下来换算为粗苯的含量。使用分析结论：苯的质量浓度是28.3617g/m3，粗苯的质量浓度是37.72g/m3(1.33×28.3617)。

如果想算出标准状况下一立方米煤气的粗苯的含量，还要按照温度和气压换算，换算按照以下公式计算：

其中公式中：Y0是煤气中粗苯的量；Y是粗苯的量；V0是1m3中的煤气换算成煤气的体积m3；P是取样时候的大气压力，133.322Pa；b是煤气与大气压力的差值；W是t℃的时候饱和水汽的分压，133.322Pa；t是煤气的平均温度。

色谱法和冷冻法、活性炭法比较，实验的误差一般都小于5%。色谱法产生误差的一个十分关键的原因就是实验中的比例系数K，K可以随粗苯中苯、甲苯、二甲苯的含量的变化而不断进行调整的，如果想要数据更加准确，就要用粗苯进行校正。外标样的浓度的数值越接近样品的浓度书数值，所产生的结果越有说服力。重复至两次平行误差不大于5%。同样，一定要用多功能气体软袋量取，普通的取煤气用的胶囊很容易吸附苯，对实验数据有所影响。

通过这次的试验，我们得出，如果用不一样的色谱柱，不一样的实验仪器条件，实验得出的峰值就不会相同。因此，如果要改变色谱的条件或者调整色谱柱，就要对样本进行核对。普遍用气相色谱法直接测定煤气中粗苯的含量，建立方法后，色谱柱性能比较优越，大致2个月校正一次就可以。如果测定样品，需要15分钟得出结果。为了得到更为有说服力的数据，可多测几次求得平行结果，进样后仪器自动分析并且显示出结果。用这种气相色谱法所测定出来的煤气中的粗苯含量的方法有着分析速度快、操作简单、样品用量少、安全可靠的优势。

4 结束语

综上所述，现如今焦化企业的主要产品就是粗苯，所以要想提高企业的经济效益就要提高粗苯的回收率。洗苯塔后的煤气的含苯族烃量也是对于粗苯回收率有着直接影响的一个关键因素。正是因为这个原因，普通的焦化企业平时会把塔后煤气里的苯族烃的含量调控在3～5g/m3，据有效数据显示，最终的这种含量对于粗苯的回收是较为让人满意的，处于合理的范围之内。通常情况下，我们会通过活性炭吸附的方法测定煤气中的粗苯的含量，不足的是采用这种方法要耗费两个小时以上的时间用来蒸馏，不仅是这样，不管是吸收管的吸收率的测定，还是测定补正值，甚至是检验气密性的等各项工作都比较麻烦，给整个过程的进行带来了困难，不但浪费时间，而且十分不便。因此，我们探究用气相色谱的方式来测定煤气中的粗苯的含量。