Analysis of Impurities in Ethylene/Ethane and Propylene/Propane Streams Using a Pulsed Flame Photometric Detector (PFPD)

Význam tématu

Stopové množství sirných sloučenin H2S a COS v petrochemických tocích etylénu/ethanu a propylénu/propanu výrazně ovlivňuje korozivitu, účinnost katalyzátorů a kvalitu finálních produktů. Rychlá a spolehlivá analýza těchto nečistot je proto zásadní pro optimalizaci výroby plastů a meziproduktů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout robustní chromatografickou metodu pro kvantifikaci H2S a COS v C2 a C3 maticích s využitím pulsed flame photometric detektoru (PFPD). Metoda měla umožnit detekční limity pod 0,1 ppmv a zajistit spolehlivost a reprodukovatelnost měření.

Použitá metodika

Analýza probíhala v automatizovaném režimu pomocí:

• plynového autosampleru se Sulfinert®-potaženou smyčkou (1 mL) a 4-/6-portovým ventilem
• kapilární GC kolony low sulfur pro oddělení H2S a COS
• PFPD detekce v linearizovaném režimu (square root on)
• kalibrace pomocí wafer-type permeačních zařízení při 35 °C

Použitá instrumentace

• OI Analytical S-Pro Select GC System
• Pulsní flame photometric detektor s 2 mm hořákem, BG-12 filtrem a R1924 PMT
• Agilent J&W Select Low Sulfur Column (60 m × 0,32 mm ID)
• Permeační zařízení: H2S wafer (45 ng/min) a COS wafer (190 ng/min) při 35 °C
• Helium carrier gas, split režim 40:1, split flow 5–200 mL/min
• Inertní povrch Sulfinert® v celé vzorkové cestě

Hlavní výsledky a diskuse

• Lineární kalibrace H2S (0,17–6,60 ppmv) a COS (0,39–15,48 ppmv) s R=0,999
• Metody detekční limity: 0,013 ppm pro H2S a 0,019 ppm pro COS
• Stabilita systému: odchylky 3,1 % (H2S) a 2,2 % (COS) při opakovaných injekcích
• Reálné vzorky (ethylen/ethan, propylén/propan, zemní plyn) prokázaly spolehlivé oddělení a kvantifikaci
• Low sulfur kolona minimalizuje quenching PFPD signálu matrice

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a citlivá detekce sirných nečistot v plynných petrochemických tocích
• Jednoduchá kalibrace a ověřování pomocí permeačních zařízení
• Inertní vzorková cesta minimalizuje ztráty reaktivních sloučenin
• Vhodné pro QA/QC v rafineriích, petrochemii a výrobě plastů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na další sirné sloučeniny a složitější matricové poměry
• Optimalizace kolony pro větší matrice bez ztráty rozlišení
• On-line monitorování a automatické upozornění při překročení limitů
• Miniaturizace systému a integrace s laboratorními informačními systémy

Závěr

Navržená GC–PFPD metoda pro stanovení H2S a COS v plynech C2 a C3 poskytuje rychlé, citlivé a reprodukovatelné výsledky pod 0,1 ppmv. Metoda podporuje efektivní kontrolu kvality surovin, ochranu katalyzátorů a infrastruktury.

Reference

• Ceresana Market Study: Polypropylene, 3rd edition, 2014
• ASTM D-6228 Standard Test Method for Determination of Sulfur Compounds in Natural Gas and Gaseous Fuels by GC–FPD
• OI Analytical Application Note: Fast Determination of Impurities in Propane-Propylene Streams Using PFPD, 2011