ГАЗОВЫЙ ХРОМАТОГРАФ ДЛЯ АНАЛИЗА СОСТАВА ПИРОГАЗА

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно к хроматографическим анализаторам состава многокомпонентных газовых сред.
Известен газовый хроматограф для анализа состава газа, содержащий стабилизатор расхода газа-носителя, к выходному штуцеру которого последовательно по потоку последнего подключены дозатор, хроматографическая колонка и газовый детектор (Айвазов Б.В. Основы газовой хроматографии - М: Высшая школа, 1977 - С. 14). В данном хроматографе в процессе анализа постоянная по объему проба анализируемой газообразной среды вводиться дозатором в хроматографическую колонку, а затем при транспортировке потоком газа-носителя за счет многократного повторения актов адсорбции и десорбции, происходящих в колонке, она разделяется на отдельные компоненты. Эти компоненты попадают в газовый детектор и вызывают его сигнал, который для каждого компонента имеет форму пика. Площади пиков после предварительной калибровки газового хроматографа используются для определения концентрации компонентов в анализируемой газовой среде.
Недостатком такого хроматографа, в частности, при анализе состава пирогаза является низкая скорость анализа.
Наиболее близким по технической сущности является газовый хроматограф для анализа состава пирогаза (Липавский В.Н., Березкин В.Г. Автоматические газовые потоковые хроматографы - М.: Химия, 1982, С. 54), содержащий источник газа-носителя, дозатор газовых проб, три хроматографические колонки, переменные дроссели, управляемые переключающие клапаны, газовый детектор и регистратор сигнала детектора.
В этом газовом хроматографе для анализа состава пирогаза дозатором проба газа подается на вход трех последовательно включенных хроматографических колонок, частично разделяется на компоненты, а затем в соответствии с принятым алгоритмом анализа с помощью управляемых переключающих клапанов осуществляется изменение порядка включения колонок, изменение направления течения газа-носителя в одной из колонок, отдувка неопределяемых компонентов и повторное последовательное включение колонок.
Недостатком такого хроматографа для анализа состава пирогаза является низкая скорость анализа.
Проблема полезной модели - создание газового хроматографа, обладающего высокой скоростью анализа состава пирогаза.
Техническим результатом является обеспечение высокой скорости анализа состава пирогаза газового хроматографа.
Технический результат достигается тем, что газовый хроматограф для анализа состава пирогаза, содержащий корпус, внутри которого размещены источник газа-носителя, дозатор газовых проб, три хроматографические колонки, переменные дроссели, управляемые переключающие клапаны, управляемые запирающие клапаны и газовый детектор, согласно полезной модели дополнительно содержит два дополнительных газовых детектора, аналогичных по конструкции газовому детектору, и четверник, причем четверник установлен между дозатором газовых проб и входами хроматографических колонок и связан с ними через переменные дроссели, при этом выходы хроматографических колонок через управляемые переключающие клапаны связаны соответственно с газовым детектором, первым и вторым дополнительными газовыми детекторами, а в стенке каждой хроматографической колонки, вблизи ее входа, вмонтирован штуцер, подключенный к своему блоку продувки, при этом каждый блок продувки включает последовательно соединенные по потоку газа-носителя переменный дроссель, вход которого подключен к выходу источника газа-носителя, и управляемый запирающий клапан.
Такое техническое решение обеспечивает существенное увеличение скорости хроматографического анализа состава пирогаза, так как содержит три параллельно включенные хроматографические колонки, в которые подается проба анализируемого газа дозатором. При этом режимы работы этих колонок подобраны так, что в них одновременно происходит разделение выбранных заранее групп компонентов, а после разделения этих групп компоненты одновременно поступают через управляемые переключающие клапаны к трем детекторам, что позволяет одновременно при подключении хроматографа к многоканальному видиографическому регистратору или компьютеру получать информацию о всех компонентах анализируемой среды. Это в три раза увеличивает скорость анализа состава пирогаза, а очистка колонок от остатков компонентов осуществляется с помощью трех независимых блоков продувки и управляемых запорных клапанов.
Такое техническое решение имеет отличие в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема газового хроматографа для анализа состава пирогаза показана на фиг 1.
Газовый хроматограф 1 для анализа состава пирогаза, содержащий источник 2 газа-носителя, дозатор 3 газовых проб, три хроматографические колонки 4, 5, 6, переменные дроссели 7, 8, 9, управляемые переключающие клапаны 10, 11, 12, управляемые запирающие клапаны 13, 14, 15 и газовый детектор 16. Хроматограф дополнительно содержит два дополнительных газовых детектора 17 и 18, аналогичных по конструкции газовому детектору, и четверник 19, причем четверник установлен между дозатором газовых проб и входами хроматографических колонок 4, 5, 6 и связан с ними через переменные дроссели, при этом выходы хроматографических колонок через управляемые переключающие клапаны 10, 11, 12 связаны соответственно с газовым детектором 16, первым 17 и вторым 18 дополнительными газовыми детекторами, а в стенке каждой хроматографической колонки, вблизи ее входа, вмонтирован штуцер 20, 21, 22 подключенный к своему блоку продувки 23, 24, 25, при этом каждый блок продувки включает последовательно соединенные по потоку газа-носителя переменный дроссель 26, 27, 28, вход которого подключен к выходу источника газа-носителя, и управляемый запирающий клапан 13, 14, 15.
Описанный газовый хроматограф использует в работе гелий в качестве газа-носителя, а для получения возможности измерения концентрации водорода в пирогазе, в нем применяется мультипеллисторные детекторы (Патент РФ №184021. Термохимический детектор газов / Илясов Л.В. Давыденков А.К., Бюл. 29, 2018).
Газовый хроматограф для анализа пирогаза работает следующим образом.
Поток газа-носителя из источника 2 поступает в дозатор 3, в котором в поток газа-носителя вводится постоянная по объему проба анализируемого газа, отдельные части которого поступают через переменные дроссели 7, 8 и 9 в хроматографические колонки 4, 5 и 6. Эти колонки имеют различные длины и наполнены одинаковым адсорбентом. Колонка 4, имеющая наибольшую длину, служит для разделения водорода, метана и этана. Колонка 5, имеющая меньшую длину, служит для разделения этилена, пропилена и пропана, а колонка 6, имеющая наименьшую длину, служит для разделения бутана и бутилена. Расходы газа-носителя через все колонки создаются одинаковыми, а длина колонок подбирается так, что к моменту поступления к выходу колонки 4 водорода к выходу колонки 5 поступает этан, а к выходу колонки 6 - бутан. В начальный момент времени управляемые переключающиеся клапаны 10, 11 и 12 устанавливаются в положение «0» и через них потоки газа-носителя поступают в соответственно в детекторы 16, 17 и 18 и транспортируют через них разделенные компоненты пирогаза. Сигналы всех детекторов одновременно посылаются на вход многоканального видеографического регистратора или компьютера, снабженного аналого-цифрового преобразователя. После выхода компонентов в газовые детекторы 16, 17 и 18 управляемые переключающие клапаны 10, 11 и 12 переключаются в положение «1», а управляемые запорные клапаны 13, 14 и 15 переключаются в положение «0». При этом через переменные дроссели 26, 27 и 28 в хроматографические колонки 4, 5 и 6 с постоянным объемным расходом начинают поступать потоки газа-носителя, промывающие колонки от остатков компонентов, при этом хроматограф подготавливается к следующему циклу работы, на этом цикл работы хроматографа завершается. В последующих циклах работы все описанные операции повторяются.
Проверка работоспособности хроматографа для анализа состава пирогаза проводилась при следующих условиях:
- длины хроматографических колонок 4, 5 и 6 составляли соответственно 300, 120 и 50 см;
- внутренний диаметр колонок - 3 мм;
- адсорбент - силикагель;
- эффективный диаметр адсорбента - 0,3-0,5 мм;
- объемный расход газа-носителя через каждую колонку - 2 л/ч;
- газ-носитель - гелий;
- объем пробы анализируемого газа - 1 мл;
- температура термостата - 60°С;
- время анализа - 160 с.
Преимуществом предлагаемого технического решения:
- высокая скорость анализа состава пирогаза, превосходящая в 4 раза скорость анализа на существующих хроматографах;
- простота конструкции;
- простота настройки и эксплуатации.
Предложенный газовый хроматограф может быть реализован на базе стандартных лабораторных и промышленных хроматографов, с использованием небольшого числа дополнительных стандартизованных элементов.
Предлагаемый газовый хроматограф может найти применение в практике лабораторного и промышленного анализа состава пирогаза.