气相色谱与质谱分析技术在乙烯装置裂解炉中的应用与比较

气相色谱与质谱分析技术在乙烯装置裂解炉中的应用与比较

吴鹏飞

扬子石化电仪分析站 江苏南京 210048

摘要：乙烯装置裂解指的是生产有机化工原材料的设备。当前阶段，橡胶以及化纤等均需要通过乙烯装置裂解炉进行合成。本文主要对质谱技术在裂解炉中的应用及气相色谱技术在裂解炉中的具体技术方案进行比较研究将，以期为提升乙烯装置裂解炉的生产效率带来参考。

关键词：气相色谱技术；质谱分析技术；乙烯装置裂解炉

引言

石脑油是当前乙烯装置裂解炉在生产过程中应用到的主要化学原材料，通过裂解炉工作进而产生例如氢气、液相烃类以及一氧化碳等化学气体，其分解过程较为繁琐。裂解反应的时候，需要对压力、温度以及流量等数据实行调整，经过研究气体性质，来掌控整体生产进程，重点包含气相色谱分析仪GC与工业质谱分析仪MS二种技术方案，对此实行探讨。

1乙烯简介

乙烯工艺是经过高温裂解乙烷、石脑油和加氢尾油等化学原料生产，加氢尾油以及石脑油等原材料生产丙烯、BTX芳烃等裂解燃料油等化学产品的进程。这类产物被运用在生产合成橡胶、合成塑料以及合成化纤等化学产品最为基础有机化工原材料。制备乙烯一般运用管式裂解炉，需要在温度大约在85℃的时候实行热裂解反应。近年来，随着环保行业的逐渐发展进步，加快了大型乙烯装置的研发过程（乙烯装置裂解炉详见图一），并逐渐运用于绿色环保产业，通过DCS\APC\SIS完成整个生产流程的优化，进一步提升生产效率。为了实现这个目标，除了压力、温度以及流量等数据监测以外，研究裂解内部产物与最后产物的构成存在特别关键的意义。乙烯裂解标准的原材料是石脑油，裂解炉造成的裂解气成分比较复杂，包含HZ和CO等不凝气和C1-4构成的气相烃类与CS和CS以上的液相烃类。一般，乙烯工程通常包括7——15台裂解炉，对各个采样点需求同时研究7-21种以上的构成。有效的裂解操作需求可以对压力、温度以及流量和构成的变化做出迅速反应，所以在线气体研究广泛被运用在范阔掌控进程里。对油冷器出口中的裂解气的C1-6、CO2以及CO等实行精准的研究特别是CZH4里的含量以及C3H6\CH4比率的精准研究能高效的掌控裂解进程。

图一、 乙烯装置裂解炉

2 GC在乙烯装置裂解炉中的应用

GC仪好汉五个部分构成：①进样系统；②气路系统；③温控系统；④分离系统；⑤检测记录系统，运用在扥西与分离多构成的混合物。运用原理例如图二所示，用气体作为流动相，对于柱色谱技术里，自动进样装置能把对构成物质送到色谱柱，因为气相和液相分派数据不同，在色谱柱上的启动速度也不一样，检测以后转换成电信号输送到工作站，进而定性研究与定量研究，如图二所示。

图二GC仪的工作原理图

在我国石油兰州石化企业的13台裂解炉作为例子，生产里通常需求19台GC仪器，试验条件如下：13台裂解炉分配13台GC仪，运用在操控裂锦程度；分配5台C仪，运用在供应掌控模型数据‘分配1台GC仪，运用监控乙烷与丙烷对比值，两次研究间隔6—8分钟。

3 MS在乙烯装置裂解炉中的应用

扇形磁场、飞行时间等类型质谱仪均为常见Ms仪，但不同类型质谱仪各具优缺点，例如上述提到的扇形磁场质谱仪而言，其优势在于精确度相对较高，并且对比部分类型质谱仪而言可进行长时间使用，并可在短时间内完成气体分析，响应速度较快。除此之外，离子源对其造成影响微乎其微，耐污染性更强。

Ms仪主要由四部分组成，分别为化学、数据处理、真空以及检测系统。检测系统为整个Ms仪的核心所在，其中离子检测器、离子源等均为检测系统的主要构成部分。Ms仪的应用原理在于，当气体进入离子发生器内部后，检测系统中的离子源会通过电子轰击等一系列作用，将试样气体中电子进行去除，并完成裂解为离子过程，完成气体离子化。进而通过扇形磁场将离子化后的气体完成轨迹改变，将磁场和轨道半径中相同的气体离子选中后进行收集，并通过利及其导入检测器。最后，完成离子束信号向电压值的转变，这个转变过程需要借助于放大器完成。通常情况下，裂解炉在整个生产过程中需要按照6：2：1比例完成生产，即为6台裂解炉配备1台在线质谱仪和1套试样预处理系统。 质谱仪的作用在于控制裂解程度，获得模型数据后输入数据至预处理系统。

4GC和MS技术方案的比较

4.1 分析速度

GC仪研究五各构成的时间是6-8分钟；MS仪研究二十二个构成的时间是四十秒，进样间隔时间是四分钟。在兰州石化企业的乙烯工厂里，需求检验的裂解炉一般有7-9台，运用MS仪里的管线输送时间平均是17秒，所以总研究时间比GC仪时间短。总体来说，MS仪的研究速度比较快，一方面有益于实时更新进程条件，完善进程控制；另一方面可以节省检验成本，降低仪器检修工作量。

4.2 操作性

首先，在实验前提里，GC仪和MS仪需求的工作范围差距存在显著不同。与此同时，二者在数据调整上的气体流量需求也存在显著差异。以型号GSD320O3Ms仪举例，检验的时候能运用转自流量仪，可以确保流量的固定性。每部设置处理器能够自动化启动，仪器研究与更正时间长达一年，进而缩减人工成本。对比之下，GC仪对载气压力和载气纯度要求相对更高，用10

^-6。级微量研究作为例子，需求载气纯度超过99.999％。最后，在保护工作上，MS仪处理信息时运用软件包，实时进行数据的追踪和记录，并通过相关数据信息自动完成警报范围的设定，一旦超出此范围，可进行远程调控。

4.3 精准度

GC仪的准确度是0.7％，MS仪的准确度是0.2％，因为后者的准确度比较高，运用气体研究数据，能够对生产进程实行反馈与控制，并且监控流量里气体构成的变化状况。总体来说，运用MS仪可以对生产操作实行优化，不仅可以提升乙烯产量，还可以缩减除焦带来的损失。

4.4 可靠性

以AB SCIEX企业3200MS仪举例，主要运用双灯丝技术加强其运行的可靠性和安全性，在仪器运行过程中，一旦出现灯丝故障，仪器可自动切换到另一个灯丝，防止仪器停止启动；进样器装置65个进样口，每一台发生问题，能由其他任意一台承担控制任务，进而确保研究速度。根据凝液状况，MS仪能够检验到微量的过漏水汽，在拥堵以前实时处理故障与隐患；GC仪里不存在检测功能，可能产生凝液拥堵情况。除此之外，如试样气体中水分比例较高，则会导致熄火情况出现，GC峰分离功能被大大缩减，增加了噪音，乃至引发恒温槽启动失灵。

4.5 多组分测量

运用GC仪器的时候，通常可以同时测量4-5个构成；运用MS仪的时候，一个气体流落路能同时测量9-21个构成。对于模型的预监控系统里，不光可以供应精准的并且完整的数据，而且乙烯产量提升2％-4％。MS仪在运用进程里，能够满足MOC体系的需求，提升多构成测量技能。

5结束语

乙烯裂解炉的启动状况，对乙烯生产质量与效率造成一定程度影响。本次研究发现，MS仪研究速度快、检测准确度高、操作保护单一、多组分检测性能强以及启动可靠性高等。提醒相关公司有限选择MS仪，达成降低成本增加效率的目标，促进公司健康发展。

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