Хроматография для промышленного контроля

Для технологических анализов в химической, нефтехимической, газоперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, металлургической, пищевой, микробиологической и других отраслях применяются методы хроматографии, преимущественно газовой и жидкостной. Более широкое применение хроматографические методы находят в химической, нефтехимической и газовой промышленности.

Современные химические и нефтехимические производства основаны на непрерывной технологии. На таких производствах необходим автоматический оперативный технологический контроль для проведения процессов в оптимальном режиме с целью обеспечения наибольшего выхода высококачественной продукции.

Хроматографические методы используются для технологического контроля за производственными процессами на всех стадиях, включая анализ исходного сырья и газовой продукции. Кроме того, на промышленных предприятиях хроматографы применяются для контроля воздуха производственных помещений, выбросов в атмосферу и сбросов в водоемы.

Технологические анализы осуществляются с помощью как лабораторных, так и промышленных автоматических хроматографов во взрывозащищенном исполнении. Лабораторные хроматографы в цеховых и центральнозаводских лабораториях обычно применяются для простых анализов, определения нескольких ключевых компонентов, по которым судят о ходе производственных процессов. На крупных химических комбинатах (Кирово-Чепецком, Нижнекамском, Стерлитамакском и др.) таких хроматографов более 500-600.

Производствам, в которых необходим постоянный контроль за процессами, нужны автоматические промышленные хроматографы, в большинстве случаев - во взрывозащищенном исполнении.

К таким промышленным хроматографам на потоке выдвигаются особые требования: - чрезвычайно высокая надежность (в некоторых случаях требуется непрерывная работа до трех месяцев и более без профилактических осмотров); - полная автоматизация, включая забор пробы, разделение, детектирование, обработку данных и передачу результатов в режиме реального времени; - высокие требования к пробоподготовке (освобождение от механических примесей, влаги и тяжелых смолистых веществ); - исключительная стабильность хроматографических колонок; - взрывозащищенное исполнение.

Первые отечественные промышленные хроматографы были разработаны в СКБ АНН (Специальное конструкторское бюро по автоматике в нефтепереработке и нефтехимии) в 1962-63 гг.: ХПА-2, ХПА-3-150, ХПА-4-133Г-84А во взрывозащищенном исполнении. Это СКБ долгое время специализировалось на промышленных хроматографах. Из последних моделей следует выделить хроматографы серии "Микрохром-1121" (три модели) и "Нефтехром-1123" (восемь моделей). Дзержинское НПО "Химавтоматика" разработало первые промышленные хроматографы с пламенно-ионизационным детектором (1962-64 гг.) серии РХ-1,2,3,4,5,6,7, модели ХПУ-1, ХПУ-2, ХПИ-21, ХПУ-300. Тысячи хроматографов были выпущены и внедрены в разные отрасли промышленности. Для автоматического контроля органических примесей в жидком кислороде выпускались хроматографы "Микро-1", "Микро-2" и "Микро-3". Автоматический хроматограф "Микрофтор" применялся для анализа органических примесей в воздухе производственных помещений.

В настоящее время для технологических анализов на потоке широко применяются автоматические промышленные газовые хроматографы (ПГХ) во взрывозащищенном исполнении. Более 20 фирм в мире выпускают промышленные хроматографы. Наиболее известные среди них - "Иокогава", "Фишер-Роземаунт", "Хартман-Браун", "Сименс" и др. Основные современные тенденции развития промышленных хроматографов - это миниатюризация, использование капиллярных колонок, термостатов с программированием температуры, улучшение программного обеспечения и удобства эксплуатации и др.

Среди портативных промышленных хроматографов следует выделить модели GCX ("Роземаунт"), Smart Chromatograph ("Яматаке", Хануэлл), micro SAM ("Сименс").

Одну из ведущих позиций в производстве традиционных зарубежных промышленных хроматографов, принимая во внимание качество, надежность и цену приборов, занимает фирма "Иокогава Электрик Корпорэйшн". Первый ПГХ она выпустила в 1959 г. С этого времени на фирме сменилось четыре поколения промышленных хроматографов.

Последняя улучшенная модель GC 1000 МКП разработана в 2001 г. Она выпускается с тремя детекторами (по выбору): пламенно-ионизационным (ПИД), пламенно-фотометрическим (ПФД) и катарометром (детектором по теплопроводности, ДТП). В ее составе два термостата: изотермический объемом 40 л от 55 до 225°С (стабильность - ±0,03°С) и термостат с программированием температуры от 60 до 320°С (скорость программирования - 1-30°/мин.). В приборе могут быть использованы как насадочные, так и капиллярные колонки, максимальное число анализируемых потоков - более 30.

По числу внедренных приборов "Иокогава Электрик Корпорэйшн" занимает лидирующее положение - более 5000 штук в 40 странах. Сотни приборов были внедрены в нашей стране. Наибольшее применение эти приборы находят в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности - в производстве этилена, полиэтилена, полипропилена, винилхлорида, стирола, бутадиена и многих других.

В приборе PGC 302 модели II фирмы "Сименс" реализован принцип "два в одном": в одном корпусе - два независимых хроматографа. Прибор RGC 202 объединяет гибкость лабораторного хроматографа с надежностью промышленного. Детекторы - ПИД, ПФД, ДТП, ЭЗД (электронно-захватный).

В 2002 г. фирма выпустила малогабаритный промышленный хроматограф Micro SAM, в котором воплощено несколько новых решений: капиллярные колонки с микродетекторами размещены на термостатируемой пластине, в приборе нет переключающих поворотных кранов, масса прибора небольшая, взрывозащита щелевая.

Фирма "Эй-би-би Процесс Аналитикс" предлагает серию моделей Vista II. Модель 2001 - это промышленный хроматограф для сверхкритической флюидной хроматографии; модель 2002 - для контроля дистилляционных процессов; модели 2003/2004 - анализаторы PNA/PINA (парафинов, нафтенов, изопарафинов, ароматики); модель 2005 - с программированием температуры; модель 2007 - для анализа серосодержащих соединений в нефтепродуктах; модель 2008 - анализатор олефинов.

Фирма "Дэниел Индастрис" производит ПГХ Dan a lyzer с 1985 г. В 1997 г. модель модернизирована, сокращен цикл анализа, уменьшено потребление газа. Эта модель используется в основном для определения теплоты сгорания природного газа. Продано более 5000 приборов.

Фирма "Фишер-Роземаунт" в 1998 г. предложила новое поколение ПГХ. Модель GCX компактная, легкая, устанавливается ближе к процессу, исключая транспортировку газа. Детекторы - ПИД, ДТП, термостат от 40 до 140°С. В приборе есть электронный регулятор расхода, капиллярные колонки.

Фирма "Яматаке" (Хануэлл) также разработала малогабаритный промышленный хроматограф - модель SGC 302 Smart Gas Chromatograph. Этот прибор может монтироваться в полевых условиях, его вес всего 11 кг, детектор по теплопроводности, термостат до 120°С, в приборе имеется самодиагностика.

Широко известны следующие модели ПГХ: модель Optichrom фирмы Hartmann Braun, модель 2920 On-line BTU Analyzer фирмы EG and G Chandler, модель 6800 фирмы Houston Atlas, а также хроматографы фирм Baker, Combustion Engineering, Foxboro, Ben dix, Fluid Data, Applied Automation, Dani Industries, Elsag Bailey Process Automation, Galvanic Analytical System, HNU Process Analyzer, Onix Process Analysis, Trace Analytical и др.

Отечественные ПГХ представляют три модели "Микрохром-1121" московской фирмы "ХромСтарт" (ДТП, термостат от 50 до 200°С, автоматическое переключение колонок, диагностика возможных неисправностей, автоматическая калибровка и расчет результатов анализа) и четыре модели ПГХ "Поток" ООО НТФ "Бакс" (Самара) (детектор - ДТП).

Кроме промышленных газовых хроматографов серийно выпускаются промышленные жидкостные, ионные и сверхкритически-флюидные хроматографы.

Табл. Объемы продаж промышленных хроматографов (данные журнала Instrumenta, 2000 г.)

Типы промышленных хроматографов

Объем продаж, $ млн.

Средняя цена, $ тыс.

Число выпускаемых приборов

Газовые

200

4000

Жидкостные

100

1000