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西门子色谱仪用甲烷转化器和空气净化器介绍

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发表于 2016-12-5 21:14:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在线气相色谱有两个外部设备是做为色谱测量过程中的重要部件，既甲烷化器和空气净化器。它们的工作特性相反；工作原理相近；工作条件相同。

一、甲烷化器（Methanator）

下图是甲烷化器的结构图。

其原理是：在加热到350～400℃并保持恒温状态下的一段内部填充金属镍催化剂的管道中，被测介质中若含有CO/CO2气体，在H2载气携带下共同流进甲烷化器的催化管中。在镍的催化下，H2与CO/CO2将反应生成CH4。这个反应存在转化率不能达到100％的问题，但在催化剂的作用下，且温度必须在350～400℃区间，能使转化率达到较理想的状态。催化剂以氧化镍为主要成分，三氧化二铝为载体，氧化镁或三氧化二铬为促进剂，在使用前，需将氧化镍还原成具有催化活性的金属镍。

两个主反应：CO+3H2＝CH4+H2O CO2+4H2＝CH4+2H2O
一个副反应：C2H4+H2＝C2H6

甲烷化器的催化管长度与混合催化剂的组成与其对CO/CO2气体的处理量有关。金属镍具有实现上述反应链的催化作用称之为催化剂；氧化镁或三氧化二铬对上述反应起到加速作用，可少量地添加到催化剂内，称之为促进剂；三氧化二铝做为承载催化剂、促进剂的载体，将催化剂和促进剂均匀地延展开，延长气体与催化剂的接触时间。氧化镍被加热到350～400℃时，在H2气的作用下可被还原成金属镍。由于载气为H2气，且持续不断，因此甲烷化器内的金属镍不会被氧化。始终能保持活性。镍在300℃以上就具备对CO/CO2的加氢催化能力，但考虑到需要持续不断地保证催化剂的活性，因此，西门子的甲烷化器标准温度设置为：350℃（德国标准）和400℃（美国标准）

色谱为何要使用甲烷化器呢？因为在某些应用中（如烯烃厂的加氢工艺和乙烯精馏工艺）要测量介质中的CO、CO2组份。而这两个组份由于被前段工艺（氨洗、碱洗）的大量脱除，仅有极少的残留。微量的组份已经让TCD检测器无法对其识别，只能采用FID检测器。但FID检测器不能识别CO、CO2气体，只能找到其它的转换方法来实现对其浓度的检测。由此，在微量CO或和CO2的测量应用中，甲烷化器就成了标准配置。下图就是西门子在线气相色谱的甲烷化器内部照片。

二、空气净化器（Air Treater）

下图是空气净化器的结构图。

其原理是：在加热到400～500℃并保持恒温状态下的一段内部填充某种催化剂（触媒或石墨）的管道中，流入的空气中所包含的大多数碳烃气体会与O2气体进行氧化反应并放出大量的热。参加反应的碳烃气体在反应后转化成CO2和H2O。由此，气体中的碳烃化合物将大幅度减少，实现了脱除空气中的有机物的净化目的。在压缩空气中，碳烃气体存在最多的是CH4，其它的碳烃气体含量非常少，因此，空气净化器主要目的是脱甲烷。

主反应：CH4+2O2＝CO2+2H2O+热量

色谱为何要使用空气净化器呢？在色谱配置FID检测器的应用中，为了避免助燃空气中所包含的碳烃气体持续不断地影响FID检测器的基线信号，必须予以脱除。空气净化器内流出的微量CO2、H2O对FID的基线信号无影响。因此，在FID检测器配置的色谱中，空气净化器就成了标准配置。下图就是西门子在线气相色谱的空气净化器照片。