用于对原油中的轻烃及其他石油馏分进行可靠分析的预分馏塔

摘要：介绍了基于毛细管色谱柱（使用中点压力控制）的预柱反吹系统。通过由 Agilent 7890A气相色谱系统上的 AUX EPC 通道控制的微板流路控制技术 (CFT) 吹扫接头实现中点反吹。本文主要讨论的应用涉及原油的初馏，其中可对 C4 至 C12 组分进行高分离度分离。本文通过使用 Polywax 500 的常规反吹方法来阐述反吹原理。

前言40 多年来，气相色谱中的反吹原理已经成为许多石化及气体分析应用的重要基础。大多数方法都会采用连接至机械阀的填充或微填充预柱。随后可使用填充柱或毛细管柱完成分析分离，同时反吹预柱以进行排气。现在，可以使用标准分流/不分流进样口或多模式进样口 (MMI) 在仅有毛细管的系统中进行预柱反吹。对于样品组分在最后一个目标组分之后洗脱（或在某些情况下不洗脱）的任何应用而言，反吹都是理想选择。石油工业中的工艺工程师与化学家们经常需要详细分析宽沸程原材料或给料中的轻馏分。虽然气相色谱是常用的石油和石化样品分离方法，但由于特定毛细管色谱柱有其适用的的沸点范围或最大碳原子数目，这种方法存在着客观局限性。许多石油材料含有无法洗脱的高沸物。由于重组分从色谱柱上洗脱下来可能需要60 min 或更长的时间，因此即便样品和色谱柱匹配，分析时间仍可能是个问题。现在，可对众多石油材料（例如原油）的分析流程进行轻松优化，仅仅分析需要的组分，从而提供高分离度并节省时间。原油的分析就是一个例子。对于寻找最佳原料精炼方法的工艺工程师而言，C4 至 C12 组分烃类的详细分析意义重大。这对原油的估价也至关重要。典型的预分馏塔或预柱反吹气相色谱配置包含可能需要特殊的进样口的填充预柱和机械阀。这些系统需要频繁保养，在热控制不佳时容易发生故障，对于高分离度分离并不理想。安捷伦提供了基于简易的箱内微板流路控制技术 (CFT)装置的解决方案，吹扫接头 (p/n G3186-60580)。MMI、AUX 模块及 FID 是 Agilent 7890A 气相色谱系统所需的全部硬件。该配置与包括 MSD 在内的所有气相色谱检测器兼容。

实验部分基本系统如下方图 1 所示。MMI 在反吹期间以程序升温分流模式协助吹扫衬管，而 AUX 通道控制分析柱流量。进样由 7693A 塔板系统控制，该系统通过基本的样品制备步骤（混合、稀释及加热）进行自动样品制备。

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C4 至 C12/C13 原油组分分析参数样品： 各种原油进样口： 多模式，250:1 分流进样口程序： 250 °C (0.3 min) 至 425 °C (60 min)，200 °C/min柱箱程序： 35 °C (10 min) 至 160 °C (1 min)，1 °C/min 然后15 °C/min 至 240 °C色谱柱 1： 2 m × 0.32 mm 去活处理的保留间隙色谱柱 1 流量： 0.9 mL/min，恒流模式色谱柱 2： 100 m x 0.25 mm，0.5 µm DB-Petro色谱柱 2 流量： 1.2 mL/min，恒流模式C12 之后反吹： 大约 1.3 min宽沸程常规方法参数样品： Polywax 500进样口： MMI，10:1 分流进样口程序： 350 °C (0 min) 至 425 °C (20 min)柱箱程序： 50 °C (0 min) 至 355 °C (5 min)，15 °C/min色谱柱 1： 1 m x 0.53 mm 去活处理的保留间隙色谱柱 1 流量： 9 mL/min色谱柱 2： 5 m x 0.53 mm × 0.15 µm DB-HT色谱柱 2 流量： 12 mL/min反吹时间： 多种

预柱反吹的常规步骤可使用宽沸程样品（例如 Polywax 500，PW 500）进行说明，这些样品可轻松实现特定碳原子数条件下的反吹。图 2A 和 2B 分别为 PW500 分析的预柱和分析柱的设置窗口。注意，反吹通过预柱进样口（本例中为 MMI）预设的快速降压过程触发。首先，确定色谱柱的进样口和出口很关键。预柱的进样口为 MMI，出口为 Aux 通道。分析柱的进样口为 Aux，出口为 FID。

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结论最为重要的是，该系统可以对众多宽分子量范围的样品进行气相色谱分析，此前，此类样品的进样会损坏色谱柱或检测器。中点压力控制使分析柱以所需的流量运行，同时对预柱进行反吹。此外，未涂层预柱使所需化合物能够在较低的温度下转移。尤其是能够更快地对重组分进行反吹。但也可以使用涂层预柱，在某些应用中使用薄固定相效果更好。在这种体系中，色谱柱寿命更长，并且具有更好的保留时间稳定性。出于节省时间或保护色谱柱的目的，在某些气相色谱应用中，需要将轻质或洗脱较早的组分与重组分分离，防止重组分进入分析柱；预柱和分析柱的不同组合可以满足这些需求。示例性应用包括燃料添加剂及生物柴油分析。该配置与 MSD 兼容，因为在反吹期间不会出现流向检测器的高载流。大多数情况下，甚至可以使用扩散泵系统，因为分析柱常具有高分离度，而且反吹期间的色谱柱流速很低。Agilent 7890A 气相色谱系统具有精确稳定的电子气路控制，可在多种色谱柱长度、固定相和内径条件下进行中点反吹。专为密封接口、加强惰性、消除未波及体积设计的 CFT 吹扫接头可实现与单色谱柱系统相当的色谱性能。