Agilent 7890 Series GC with Prefractionator for Reliable Analysis of Crude Butadiene and Mixed C4 Streams

Význam tématu

Analýza surového 1,3-butadienu a směsných C4 proudů je kritická pro petrochemický průmysl i pro kontrolu kvality finálních monomerů. Přítomnost vody, polárních rozpouštědel a vyšších molekul může poškodit citlivé PLOT kolony, ovlivnit opakovatelnost retencí a prodloužit dobu analýzy. Zavedení prekolonové rekuperace (backflush) přináší ochranu kolony, úsporu času i lepší reprodukovatelnost výsledků.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo ukázat, že systém Agilent 7890 Series GC s High Pressure Liquid Injector (HPLI) a Capillary Flow Technology (CFT) purged union dokáže:

• odfiltrovat vodu, polární látky (např. acetonitril) a vyšší molekuly před vstupem na GS-Alumina PLOT kolonu,
• udržet stabilní výkon alumina kolony i po desítkách injekcí,
• zkrátit celkový čas analýzy odstraněním potřeby dlouhého bake-outu.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda spočívá v sériovém propojení polarní HP-INNOWax prekolony (15 m × 0,53 mm, 1 µm) a analytické GS-Alumina kolony (50 m × 0,53 mm, 10 µm). Postup:

• stanovení optimálního flow režimu kalibrací ekvivalentní filmové tloušťky alumina kolony pomocí Agilent Flow Calculatoru,
• nastavení konstantního průtoku heliem (prekolona ~75 % analytického průtoku),
• injektáž vzorku (0,5 µL kapalného vzorku) přes HPLI do split/splitless inletu (split 20:1),
• během analýzy v předem definovaném čase (1,7–2,0 min) rychlý pokles tlaku v SSL inletu a opačný tok v prekoloně, který odvede polární a těžší frakce splitovým ventilem,
• detekce lehkých uhlovodíků na FID v teplotě 200 °C.

Použitá instrumentace

• Gas chromatograph Agilent 7890A Series GC
• Injektor High Pressure Liquid Injector (HPLI)
• Prekolona HP-INNOWax, 15 m × 0,53 mm, 1 µm
• Analytická kolona GS-Alumina PLOT, 50 m × 0,53 mm, 10 µm
• Doprovodné systémy CFT purged union, EPC kanály PCM B-1/B-2
• Detektor FID (H₂ 40 mL/min, Air 400 mL/min, Make-up N₂ 40 mL/min)

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizací backflush času (1,7–2,0 min) byla úspěšně odstraněna voda, methanol i butadienový dimer před vstupem na alumina kolonu. Srovnání s běžnou metodou ukázalo:

• zkrácení cyklu analýzy o více než 36 min díky eliminaci dlouhého bake-outu,
• zlepšení opakovatelnosti retencí (RSD časů z ~0,07–0,12 % na 0,02–0,07 %),
• stabilní výkon kolony i po 50 a více injekcích, bez viditelné kontaminace (prázdná analýza po 50 runs čistá).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přináší významné časové úspory i prodlouženou životnost alumina kolony. Je vhodná pro průmyslovou kontrolu kvality surového 1,3-butadienu a C4 proudů, kde je nezbytné sledovat stopy nečistot a zároveň minimalizovat náklady na kolony a dobu analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalšími směry rozvoje mohou být:

• integrace dvoustupňových GC (GC×GC) pro ještě lepší rozlišení složitých směsí,
• automatizované algoritmy pro optimalizaci backflush časování,
• kombinace s hmotnostní spektrometrií pro identifikaci neznámých stopových látek,
• rozšíření metodiky na jiné polární a reaktivní petrochemické suroviny.

Závěr

Použití prekolonové midpoint backflush technologie v kombinaci s HPLI na Agilent 7890A GC výrazně zvyšuje spolehlivost analýzy surového butadienu a C4 proudů. Metoda chrání drahou alumina PLOT kolonu, zlepšuje opakovatelnost retencí a zkracuje celkový analytický cyklus.

Reference

1. Chunxiao Wang: Improved Gas Chromatograph Method for the Analysis of Trace Hydrocarbon Impurities in 1,3-Butadiene, Agilent Technologies, 5991-1499EN, 2012.
2. Wm. Claude White: Butadiene production process overview, Chemico-Biological Interactions 166, 2007, s. 10–14.
3. Agilent Flow Calculator software: agilent.com/chem/flow-calculator.
4. Roger L. Firor: Prefractionator for Reliable Analysis of the Light Ends of Crude Oil and other Petroleum Fractions, Agilent Technologies, 5990-5070EN, 2009.