尿素分析色谱柱的国产化研制及应用

　　1　引　言

　　尿素是一种速效氮肥,而且在有机合成工业和合成纤维、塑料、糖精、医药、制革和纺织等方面也是一种重要原料。尿素是以合成氨为基础的现代化氮肥工业中最合理的产品。尿素合成是CO2和NH3在高温、高压下进行的,具体反应为:

         CO2+2NH3NH4NH2CO2(氨基甲酸铵)

　　NH4NH2CO2CO(NH2)2(尿素)+H2O

　　根据反应式及工艺要求,严格控制合成塔氨碳比,可以节能降耗、使其达到最大合成转化率。大型化肥厂通常采用在线工业色谱仪进行自动分析,与DCS等进行数据传输、通讯,实现闭环控制。本文针对大庆化肥厂使用的GC6在线工业色谱仪的色谱柱系统进行了研制及应用,效果良好。

　　2　分析难点

　　2.1　工艺样品组成(表1)

　　从工艺样品组成表我们可以看出,样品较脏,含有油水,非常容易损坏色谱柱,需要在设计样品预处理方案时完全除去油组分及大量的水,微量水在设计色谱柱系统时也要充分考虑。

　　2.2　分析难点一

　　柱温确定:CO2与NH3的混合样品在一定条件下反应生成氨基甲酸铵及尿素,这些生成物在低温时为结晶态,氨基甲酸铵在60℃升华,尿素在132.7℃熔化分解,温度过低,结晶物容易堵塞采样阀及色谱柱;温度过高,微量油组分易炭化也易堵塞采样阀及色谱柱。通过试验确定柱温在135℃为宜。

　　2.3　分析难点二

　　预分柱的选择:在色谱柱系统中,如何选择好预分柱是整套色谱柱系统能否满足在线工业色谱仪可靠运行的关键。针对尿素合成样品组成的特点,所选固定相必须满足耐水,有较高的使用温度。同时,对无用组分、色谱柱使用寿命有影响的组分与控制组分有良好的分离,以便采用柱切换技术反吹除去,达到保护其它色谱柱,尽可能缩短分析周期的目的。

　　2.4　分析难点三

　　实验室调试样品的进样:由于分析难点一及试验室不具备现场样品预处理的条件等原因,实验室调试时,样品的进样较为繁琐,必须对样品进行加热、保温措施,以免造成样品采集口的堵塞而无法进样。

　　2.5　实验结果

　　分析气路图如图1所示,现场调试谱图如图2所示。

　　3　结果讨论

　　(1)由于柱温较高,采样阀、反吹阀及柱切换阀等阀座与管线焊接部非常脆弱,而且分析气路又比较复杂,接口较多,在色谱柱安装、调试过程中操作不当,往往容易脱焊,造成无分析结果或分析结果紊乱。因此,在更换色谱柱时要谨慎操作,更换完成后要严格进行试漏。

　　(2)载气用干燥罐要定期进行活化或更换处理,以免影响色谱柱的使用寿命,进而影响在线工业色谱仪的长期可靠运行。