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 пирогаза, 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 значительная продолжительность 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 не определяемых компонентов и повторное последовательное включение колонок.
Недостатком такого хроматографа для анализа состава пирогаза является сложность конструкции, определяющая сложность настройки и эксплуатации анализатора.
Проблема полезной модели - создание газового хроматографа для анализа состава пирогаза простого по конструкции.
Техническим результатом является упрощение конструкции газового хроматографа для анализа состава пирогаза, обеспечивающего простоту настройки и эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что газовый хроматограф для анализа состава пирогаза, содержащий источник газа-носителя, дозатор газовых проб, три хроматографические колонки, переменные дроссели, управляемые переключающие клапаны, газовый детектор и регистратор сигнала детектора, согласно полезной модели дополнительно содержит два четверника, один из которых установлен между дозатором газовых проб и входами хроматорафических колонок и связан с ними через входные управляемые переключающие клапаны, другой - между выходными управляющими переключающими клапанами хроматографических колонок и газовым детектором, при этом в стенку каждой хроматографической колонки между входом и выходом газа-носителя вмонтирован штуцер, подключенный к своему блоку продувки, причем каждый блок продувки включает последовательно соединенный по потоку газа-носителя переменный дроссель, вход которого подключен к выходу источника газа-носителя, и управляемый запирающий клапан.
Такое техническое решение обеспечивает простоту конструкции газового хроматографа, так как содержит три параллельно включенные хроматографические колонки, в которые подается проба анализируемого газа дозатором, при этом в процессе работы эти колонки поочередно подключаются к детектору, с помощью управляемых переключающих клапанов в определенной последовательности, а для отчистки колонок от остатков компонентов используются три продувочных блока и управляемые запирающие клапаны. Такая конструкция хроматографа обеспечивает простоту настройки его при анализе состава пирогаза.
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 для анализа состава пирогаза, содержит источник газа-носителя 1, дозатор газовых проб 2, три хроматографические колонки 3, 4, 5, переменные дроссели 6, 7, 8, управляемые переключающие клапаны 9-14, газовый детектор 15 и регистратор сигнала детектора 16.
Хроматограф дополнительно содержит два четверника 17, 18, один из которых установлен между дозатором газовых проб 2 и входами хроматорафических колонок 3-5 и связан с ним через входные управляемые переключающие клапаны 10, 12, 14, другой - между выходными управляющими переключающими клапанами 9, 11, 13 хроматографических колонок и газовым детектором 15, при этом в стенку каждой хроматографической колонки 3, 4 и 5 между входом и выходом газа-носителя вмонтированы штуцеры 19-21, подключенные к своим блокам продувки 22, 23, 24, причем каждый блок продувки включает последовательно соединенный по потоку газа-носителя переменный дроссель 25-27, вход которого подключен к выходу источника газа-носителя, и управляемый запирающий клапан 28-30.
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. От источника газа-носителя 1 через дозатор 2 в поток газа-носителя 1 вводится постоянная по объему проба анализируемого газа. Когда управляемый переключающий клапан 9, находится в положении "0", а управляемые клапаны 10-14 и запирающие клапаны 28-30 находятся в положении "1", эта проба через четверник 17 и переменные дроссели 6-8 поступают на входы хроматографических колонок 3-5. Эти колонки имеют разные длины, но наполненные одинаковым адсорбентом. Колонка 3, имеющая наибольшую длину, предназначена для разделения водорода, метана, этана и этилена, содержащихся в пирогазе. Колонка 4 имеет меньшую длину и предназначена для разделения пропана и пропилена, а колонка 5, имеющая наименьшую длину служит для разделения бутана и бутилена. Когда через клапан 9 и четверник 18 в газовый детектор 15 поступают разделенные водород, метан, этан и этилен, осуществляется регистрация сигналов детектора 15 регистратором 16. После этого управляемый переключающий клапан 9 переводится в положение "1", а переключающий клапан 11 - в положение "0". Режим работы хроматографической колонки 4 подобран так, что из нее после ее подключения четвернику 18 начинают последовательно поступать в детектор пропан и пропилен. При этом осуществляется регистрация вызванных ими сигналов. По окончании регистрации этих компонентов управляемый переключающий клапан 11 переводится в положение "1" а клапан 13 - в положение "0", при этом через клапан 13 и четверник 18, газовый детектор 15 из хроматографической колонки 5 начинают поступать последовательно бутан и бутилен. Вызываемые ими сигналы регистрируются регистратором 16. Таким образом, регистрируется полная хроматограмма пирогаза, включающая: водород, метан, этан, этилен, пропан, пропилен, бутан и бутилен. На этой хроматограмме сведены к минимуму интервалы времени между сигналами этилена и пропана, а также пропилена и бутана. Это обеспечивает уменьшение времени анализа состава пирогазана 30-40%. После завершения регистрации всех компонентов анализируемой газовой среды, управляемый клапан 13 переводится в положение "1", управляемые переключающие клапаны 10, 12, 14 переключаются в положение "0" и запирающие клапаны 28-30 переключаются в положение "0", при этом из блоков продувки 22-24, через переменные дроссели 25-27, начинают поступать потоки газа-носителя, которые через клапаны 28-30 подключаются к соответствующим штуцерам 19-21 к хроматографическим колонкам. Расходы газа-носителя, поступающие через штуцера 19-21 в хроматаграфические колонки 3-5, подобранные так, что обеспечивается минимальное время продувки колонок для удаления из них оставшихся газовых компонентов.
По окончании продувки управляемые переключающие клапаны 10-14 и запирающие клапаны 28-30 переводятся в положение "1", а управляемый переключающий клапан 9 - в положение "0". В последующих циклах работы хроматографа все описанные операции повторяются.
Преимущества предлагаемого технического решения:
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 практики лабораторного и промышленного анализа состава пирогаза.