摘要：普瑞旗下GC-9280系列气相色谱因灵敏度高、分离效能高、分析速度快等特点，在合成氨项目气体分析中具有非常广泛的用途。本文结合实际气体分析数据，对合成氨项目中气相色谱的方案设计进行探讨。

在氨合成过程中，通过分析掌握原料气、中间工艺气及合成气的组成，为指导生产、核算成本、物料平衡及热值衡算提供重要依据。以天然气为原料的合成氨工艺主要气体分析对象包括原料气、转化气、变换气、脱碳气、甲烷化气和合成塔进出口气、烟气等，主要分析项目包括日2、。2、％、CO、CO2、CH4、NH3、H2S、总硫等⑷。待测气体种类繁多、组分含量变化范围大,对分析检测手段提出了较高要求。气相色谱因其灵敏度高、分离效能高、分析速度快等特点，在合成氨项目气体分析中具有非常广泛的用途，其系统配置方案也成为合成氨项目分析化验设计的关键。

本文结合实际气体分析数据，对合成氨项目中气相色谱方案设计进行探讨。

一、气相色谱在合成氨气体分析中的应用

某合成氨项目在生产过程中主要分析原料天然气、工艺气、合成气三类气体。

天然气主要分析He、H2、。2、N2、CO2、CH。、C2H6, C3H8、iC4H10, nC4H10, iC5H12,M5H12、C6+, H2S、总硫等项目，脱硫后天然气主要分析总硫或硫化氢含量。

工艺气是指经过脱硫后的天然气进入一段转化炉、二段转化炉、高温变换炉、低温变换炉、二氧化碳吸收塔和甲烷化炉各设备的出口气体。主要分析其中的H2、CO2、Ar、％、CO、CH4o此外，按需分析残氧、氢气含量。

合成气主要为合成塔进出口气体。主要分析並、Ar、％、CH4、NH3[2]O该合成氨项目各气体数据表见表1~表3。

下面结合脱硫后天然气、合成塔进出口气、甲烷化气、变换气、转化气等气体组成，系统探讨合成氨项目气相色谱方案配置。

1、原料天然气分析

该项目天然气待测组分及含量详见表1,可分为气体（如。2、％、CH4a CO、比、CO2）、含硫气体（如H2S、COS）和轻桂气体

（如C］〜C5的桂类），其难点在于对C02及其它气体的检测。该项目天然气分析采用经典的三阀四柱双通道色谱系统，见图1。

该系统分为FID和TCD两个通道，FID通道以氮气为载气用于轻姪分析，阀3开启后进样，载气携带轻桂组分由柱4 （AI2O3/S毛细管柱）分离后再进入FID检测。TCD通道以氢气为载气用于分析气体，阀1开启后进样，待C5之的组分从柱1 （Porpa&Ql柱）流出后关闭阀1,反吹柱1,与此同时柱2 （Porpark Q2柱）可将CO?、H2S和O2、N2、CH4a CO分离开来，开启阀2,此时。2、％、CH4a CO被屏蔽在柱3 （5A分子筛柱）中，可有效避免CO?进入5A分子筛柱，待Porpark Q2柱中的组分检测完毕后，再释放柱3中的组分依次进入TCD检测。于含有氢气的试样组分，可将TCD通道的载气更换为氮气（详细配置见表4）。

该系统中A12O3/S对C4的异构体具有较好的分离效果，Porpark Q1柱预分离有机气体（C5以上桂类）与无机气体，Porpark Q2柱分离CO、C02Ah2s以及空气组分，配合隔离阀的使用可以很好地解决分子筛柱对CO2不可逆吸附问题。

2、脱硫后天然气硫含量分析

气体中硫化物测定一直是困扰色谱分析的难题，一方面硫化物种类繁多，对色谱柱分离效能要求较高；另一方面硫化物含量均较低，对色谱检测限也提出了挑战。项目脱硫后天然气硫含量主要测定H?S （含量见表1）。

考虑到硫易挥发，选择易挥发物进样口，选用硫分析用GasPro柱，配合微量硫磷用检测器火焰光度检测器（FPD）,即可完成H?S含量的分析（具体配置见表4）。硫化氢气体的易吸附性给测定工作带来很大困难，为提高检测的准确度，需确保所有进样系统惰化以及采样后及时分析样品⑶。

3、转化气、变换气分析

该项目转化气和变换气待测组分及含量见表2。其难点在于对CO?气体的检测。考虑到分子筛柱对CO?的不可逆吸附，参考天然气分析仪的阀柱切换系统，采用Porpark Q柱将CO?和O?、N2aCH4、CO分离开来，通过开启六通隔离阀，将。2、N2, CH4、CO屏蔽在5A分子筛柱中，可有效避免CO2进入5A分子筛柱，待Porpark Q柱中的组分检测完毕后，再释放分子筛柱中的组分依次进入TCD检测（具体配置见表4）。典型色谱图见图2

4、合成塔出入口气、弛放气、脱碳气、CO2原料气、烟道气分析

该项目各气体待测组分及含量详见表1 ~表3,难点在于混合气中微量NHs、微量水均可使色谱柱中分子筛失活。

参考天然气分析的阀柱切换系统，选用分子筛柱及Porpark Q柱分析CO?及气体，分子筛柱分离N2, Ar效果较好，但合成气中微量

NH3,弛放气中的微量水均可使分子筛失活，所以其致命的弱点是稳定性差、柱寿命短⑷。为延长色谱柱寿命，可使样气高分子多孔小球柱(PropakQl柱预柱)，将NH3与其它组份分离后，十通阀切换，使NH3宜接进入TCD检测器，其它组份进入Porpark Q柱及分子筛柱，避免了 NH3对分子筛柱的损害；采用Porpark Q柱将CO?和比、N2> Ar、CH4分离开来，待Porpark Q柱中的组分检测完毕后，再释放分子筛柱中日2、N?、Ar、CH4组分依次进入TCD检测。因待测样较多，此配置色谱考虑2台(具体配置见表4)。

5、甲烷化气分析

该项目甲烷化气实测组分及含量见表2。因FID检测器检测不出微量CO与CO 2,甲烷化气分析的难点也在于微量co2与co的检测。考虑在气

相色谱内安装镰转化炉，镰转化炉将CO和CO2转化成CH"然后测出CH4的含量，根据柱子的保留时间然后工作站计算出甲烷中CO和CO2的含量比例。考虑到组分中无NH3, CO?含量较少，仅分析CO和CO?对分离效率要求不是很高，选用填充柱及六通阀系统，配合FID检测器即可满足相应分析要求(具体配置见表4)。

上述对分析频率高、易挥发、易吸附、低含量的典型工艺气体的气相色谱配置方式进行了论述，每种色谱的数量及配置可根据实际分析项目

及频率灵活确定。与此同时，部分气样借助单台设备无法完成全组分分析，需借助多台不同配置色谱共同分析检测。

二、气相色谱在合成氨气体分析中配置方案

综上所述，除主机和数据处理系统外，气相色谱的配置情况见表4。

三、结语

合成氨项目待测气体种类繁多、组分含量变化范围大，气相色谱方案设计需根据目标组分及分析方法合理选择进样方式、阀系统、色谱柱系

统及检测器，同时根据实际分析项目及频率，灵活确定每种配置色谱的数量，以满足快速分析各种工艺气体的需要，为工艺操作提供依据。

原创作者：北京普瑞分析仪器有限公司