Потоковый анализатор аминов

Полезная модель относится к аппаратуре аналитической химии для анализа газов, растворенных в жидкости, и может быть использована в газовой и нефтехимической промышленности, в частности, для определения содержания кислых газов в растворах аминов, используемых при очистке природного газа от сернистых соединений. Техническим результатом заявленного решения является сокращение времени анализа и улучшение метрологических характеристик за счет использования для градуировки поверочной газовой смеси и сокращения времени анализа. Потоковый анализатор аминов содержит хроматографическую систему с двумя газовыми кранами, с хроматографической колонкой, с детектором по теплопроводности, парофазное устройство, расположенное в термостате хроматографа и присоединенное к первому крану, расположенному в термостате хроматографа, третий и четвертый краны. К третьему крану присоединены две дозирующие петли для анализируемого амина и раствора кислоты и линии от емкости для раствора кислоты. Парофазное устройство выполнено с дополнительным третьим отверстием с присоединенным к нему штуцером, соединенным с клапаном для слива. Дно внутренней емкости парофазного устройства выполнено наклонным в сторону дополнительного третьего отверстия. Парофазное устройство выполнено из коррозионностойкого материала, например, коррозионностойкой стали, стойкого к определяемым компонентам и имеющего лучшую теплопроводность, чем фторопласт, ранее применявшийся в парофазном устройстве ближайшего аналога. Это приводит к более быстрому установлению равновесия между жидкостью и газом в парофазном устройстве и позволяет сократить время анализа. Парофазное устройство присоединено к третьему крану. Третий кран присоединен к первому крану, через насос к емкости с кислотой и к четвертому крану. Четвертый кран присоединен линией к входу подачи раствора амина, к выходу отвода раствора амина, через насос к емкости с контрольным раствором. Насос используется для подачи растворов в дозирующие петли. Клапан служит для подачи поверочной газовой смеси при градуировке анализатора по линии, например, из баллона с поверочной газовой смесью. Детектор по теплопроводности присоединен к линии подачи газа-носителя. Газ-носитель, например, гелий, хранящийся в баллоне, подается по линиям через пневмосопротивления на краны и детектор по теплопроводности.

1 нез.п. ф-лы. 3 илл.

Потоковый анализатор относится к аппаратуре аналитической химии для анализа газов, растворенных в жидкости, и может быть использован в газовой и нефтехимической промышленности, в частности, для определения содержания кислых газов в растворах аминов, используемых при очистке природного газа от сернистых соединений.

Водные растворы органических аминов широко используются для очистки природного газа от кислых газов (сероводород, углекислый газ, меркаптаны) (см., например, Мурин В.И. Основы переработки природного газа и конденсата. В 2 ч. - М.: OOO "Недра-Бизнесцентр", 2002, с.249).

В настоящее время выпускается целый ряд промышленных анализаторов для контроля процессов регенерации аминов.

Анализатор H₂S Model 205 фирмы Analytical Systems предназначен для определения H₂ S в нелетучих жидкостях, в том числе в растворах аминов. После подогрева пробы жидкости выделившиеся газы направляются на ленту, содержащую ацетат свинца. Содержание H2S определяется по степени почернения ленты. Содержание углекислого газа не определяется (см. например, http://www.asiwebpage.com/pdf/Analyzer_150.pdf)

В анализаторах фирмы Western Research модели 4650 и 4670 Нз8 определяется фотометрическим методом в УФ диапазоне непосредственно в растворе. Содержание H₂S не определяется (см. например, http://new.ametek.com).

Анализатор Tytronic Sentinel Amine Analyzer фирмы Galvanic Applied Sciences inc. определяет содержание H₂S и СO₂ в пробе амина потенциометрическим титрованием (см. например, http://www. galvanic. com/acidgasamineanal yzer.htm).

Известен CS200 фирмы AIT Applied Instrument Technologies. Предназначен для непрерывного определения H₂S и СO₂ в растворах насыщенных и регенерированных аминов. Принцип действия следующий: к пробе добавляется серная кислота, концентрация выделившихся H₂S и СO₂ определяется спектральным методом в УФ и ИК диапазонах соответственно (см. например,

http://www.hs-ait.com/scripts/prodview.asp?idProduct=114).

Ближайшим аналогом является потоковый анализатор, содержащий хроматограф с хроматографической системой с двумя кранами, с хроматографической колонкой, с детектором по теплопроводности, третий и четвертый краны, парофазное устройство, расположенное в термостате хроматографа и присоединенное к первому крану, расположенному в термостате хроматографа, к третьему крану присоединены две дозирующих петли, (см. например, патент на полезную модель RU 89238, МПК G01N 30/02, дата публикации 27.11.2009).

Недостатком ближайшего аналога является сравнительно небольшое время хранения калибровочного раствора вследствие окисления сероводорода или поглощения углекислого газа из окружающего воздуха, а также сложная процедура приготовления раствора, требующая контроля фоновой концентрации углекислого газа в исходных реагентах, что обусловлено принятой процедурой градуировки анализатора по калибровочному раствору. Процедура приготовления калибровочного раствора занимает не менее 4-х часов, так как требует серии анализов для контроля фоновой концентрации углекислого газа в исходных реагентах.

Техническим результатом заявленного решения является сокращение времени анализа и улучшение метрологических характеристик за счет использования для градуировки поверочной газовой смеси и сокращения времени анализа.

Сущность технического решения заключается в том, что потоковый анализатор аминов содержит хроматограф с хроматографической системой с двумя кранами, с хроматографической колонкой, с детектором по теплопроводности, третий и четвертый краны, парофазное устройство, расположенное в термостате хроматографа и присоединенное к первому крану, расположенному в термостате хроматографа, к третьему крану присоединены две дозирующих петли, и отличающееся от ближайшего аналога тем, что парофазное устройство выполнено с дополнительным третьим отверстием с присоединенным к нему штуцером, соединенным с клапаном для слива, дно внутренней емкости парофазного устройства выполнено наклонным в сторону дополнительного третьего отверстия, присоединено к третьему крану, который присоединен к первому крану, через насос к емкости с кислотой и к четвертому крану, который присоединен к входу подачи раствора амина, к выходу отвода раствора амина, через насос к емкости с контрольным раствором, причем первый кран, второй кран и детектор по теплопроводности присоединены к линии подачи газа-носителя, кроме того, первый кран присоединен через клапан к линии подачи парогазовой смеси.

Сущность технического решения поясняется иллюстрациями.

На фиг.1 приведена структурная схема потокового анализатора аминов;

на рис.2 показано парофазное устройство в продольном сечении;

на фиг.2 показана хроматограмма газа, выделившегося в парофазном устройстве из амина.

Потоковый анализатор аминов содержит хроматографическую систему с двумя газовыми кранами 1, 2, с хроматографической колонкой 5, с детектором по теплопроводности 6, парофазное устройство 7, расположенное в термостате 9 хроматографа и присоединенное к первому крану 1, расположенному в термостате 9 хроматографа, третий и четвертый краны 3, 4. К третьему крану 3 присоединены две дозирующие петли 8 и 10 для анализируемого амина и раствора кислоты и линии от емкости 15 для раствора кислоты. Парофазное устройство выполнено с дополнительным третьим отверстием с присоединенным к нему штуцером, соединенным с клапаном для слива. Дно 18 внутренней емкости парофазного устройства 7 выполнено наклонным в сторону дополнительного третьего отверстия 19 с третьим штуцером для слива жидкости через клапан 11 (фиг.2). Парофазное устройство выполнено из коррозионностойкого материала, например, коррозионностойкой стали, стойкого к определяемым компонентам и имеющий лучшую теплопроводность, чем фторопласт, ранее применявшийся в парофазном устройстве ближайшего аналога. Это приводит к более быстрому установлению равновесия между жидкостью и газом в парофазном устройстве 7 и позволяет сократить время анализа. Парофазное устройство присоединено к третьему крану 3. Третий кран 3 присоединен к первому крану 1, через насос 16 к емкости 15 с кислотой и к четвертому крану 4. Четвертый кран 4 присоединен линией к входу подачи раствора амина, к выходу отвода раствора амина, через насос 16 к емкости 14 с контрольным раствором. Насос 16 используется для подачи растворов в дозирующие петли 8 и 10. Клапан 12 служит для подачи поверочной газовой смеси (на фиг.1 ПГС) при градуировке анализатора по линии, например, из баллона с поверочной газовой смесью. Детектор по теплопроводности 6 присоединен к линии подачи газа-носителя. Газ-носитель, например, гелий, хранящийся в баллоне, подается по линиям через пневмосопротивления на краны 1, 2 и детектор по теплопроводности 6.

Первый кран 1 используется для подачи поверочной газовой смеси, для дозирования равновесного пара из парофазного устройства в дозирующую петлю 17 крана 2 и для подачи газа-носителя, например, гелия, в парофазное устройство 7 для удаления газа и жидкости после анализа. Второй кран 2 служит для ввода пробы газа в хроматографическую колонку 5 и для ее обратной продувки. Хроматографическая колонка 5 служит для разделения компонентов. Детектор по теплопроводности 6 нужен для измерения концентрации компонентов, эллюируемых из колонки 5. Третий кран 3 с дозирующими петлями 8 и 10 служит для дозированного ввода раствора кислоты и амина в парофазное устройство 7. Четвертый кран 4 служит для подачи амина или контрольного раствора для проверки правильности анализа.

Опорожнение парофазного устройства 7 после окончания анализа осуществляется клапаном 11.

Первый кран 1, второй кран 2, Хроматографическая колонка 5, детектор по теплопроводности 6, парофазное устройство 7 находятся в термостате 9 хроматографа для стабилизации рабочих параметров (фиг.1, 2).

Определение содержания кислых газов в растворах аминов осуществляют следующим образом.

Процедура анализа с помощью потокового анализатора аминов включает подготовку пробы добавлением к заданному объему амина раствора ортофосфорной кислоты, выдерживание в замкнутом объеме парофазного устройства 7 при температуре 65-75ºС около 10 минут, в течение которых жидкость нагревается (парофазное устройство 7 находится в термостате), устанавливается равновесие между жидкостью и газом, после чего газ, содержащий выделившееся из раствора компоненты, направляется для анализа в хроматограф, а жидкость из парофазного устройства 7 сливается (фиг.1). Конструкция и условия работы парофазного устройства 7 выбраны таким образом, чтобы степень извлечения H₂S и СO₂ была не менее 0,92.

На фиг.1 все краны 1, 2, 3, 4 показаны в исходном положении. Клапан 11 открыт. Клапан 12 закрыт.

В начале цикла анализа амин поступает из блока пробоподготовки 13 на четвертый кран 4 и далее в дозирующую петлю 8 третьего крана 3. Включается насос 16 для подачи раствора кислоты в дозирующую петлю 10. Клапан 11 закрывается. Одновременно включается третий кран 3, растворы амина и кислоты смешиваются и с помощью газа-носителя переносятся в парофазное устройство 7. В парофазном устройстве 7 проба жидкости выдерживается около 10 минут при температуре 65-75ºС для установления равновесия между жидкостью и газовой фазой. Выделившиеся в парофазном устройстве 7 газы через кран 1 (для этого соединяются соответствующие каналы крана 1) подается на кран 2, который выполняет функцию дозатора (фиг.1). Включается кран 2, анализируемый газ подается в хроматографическую колонку 5, анализируемые компоненты разделяются и поступают в детектор по теплопроводности 6. После выхода всех анализируемых компонентов кран 2 переключает хроматографическую колонку 5 на обратную продувку для удаления из нее паров воды. Выключается кран 1 (соединяются соответствующие каналы) и открывается клапан 11 для слива жидкости из парофазного устройства 7. Поступающий через третий кран 3 газ-носитель удаляет из парофазного устройства 7 остатки жидкости и выделившиеся из нее газы (фиг.1, 2). Конец цикла.

При контроле правильности анализа контрольный раствор из емкости 14 через четвертый кран 4 подается на третий кран 3, Все дальнейшие операции идентичны процедуре анализа аминов.

Потоковый анализатор аминов конструктивно выполнен на базе промышленного газового хроматографа, например, DANI PGC 90.50, оснащенного блоком подготовки проб и парофазным устройством 7 (фиг.1). Условия работы парофазного устройства: соотношение газовой и жидкой фазы не менее 10:1, температура не менее 65ºС.

(соотношение объемов газовой и жидкой фазы 10:1)

Хроматограмма газов, выделившихся из раствора амина, приведена на фиг.3.

Потоковый анализатор аминов, содержащий хроматограф с хроматографической системой с двумя кранами, с хроматографической колонкой, с детектором по теплопроводности, третий и четвертый краны, парофазное устройство, расположенное в термостате хроматографа и присоединенное к первому крану, расположенному в термостате хроматографа, к третьему крану присоединены две дозирующих петли, отличающийся тем, что парофазное устройство выполнено с дополнительным третьим отверстием с присоединенным к нему штуцером, соединенным с клапаном для слива, дно внутренней емкости парофазного устройства выполнено наклонным в сторону дополнительного третьего отверстия, присоединено к третьему крану, который присоединен к первому крану, через насос к емкости с кислотой и к четвертому крану, который присоединен к входу подачи раствора амина, к выходу отвода раствора амина, через насос к емкости с контрольным раствором, причем первый кран, второй кран и детектор по теплопроводности присоединены к линии подачи газа-носителя, кроме того, первый кран присоединен через клапан к линии подачи поверочной газовой смеси.