Analysis of Low-Level Sulfur Compounds in Natural Gas and Propylene Using a Pulsed Flame Photometric Detector

Význam tématu

Silné zápachové a korozivní vlastnosti stopových sulfidických sloučenin v zemním plynu a propylenu představují riziko poškození zařízení a inhibici katalyzátorů. Spolehlivá identifikace a kvantifikace těchto látek v koncentracích až do úrovně desítek ppbv je proto klíčová pro řízení kvality produktů a bezpečný provoz průmyslových procesů.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo ověřit využitelnost pulzní fotometrické detekce (PFPD) v kombinaci s plynovou chromatografií Agilent 7890A pro rutinní stanovení nízkokoncentrovaných sírových sloučenin v lehkých uhloovodíkových matricích (C3 proudy a zemní plyn) do 50 ppbv. Studie hodnotí citlivost, selektivitu, stabilitu metody a její vhodnost pro analytické i provozní aplikace.

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatograf: Agilent 7890A GC se SilcoNert 2000 ošetřeným vedením
• Detektor: OI Analytical Model 5380 PFPD
• Volatiles Interface pro přímý přívod vzorku do plynového ventilu GSV
• Vzorkovací smyčka: 1 mL, split poměr 3:1 s heliem jako nosným plynem (2,0 mL/min)
• Kolony: Select Low Sulfur PLOT (0,32 mm × 60 m) a HP-1 (0,32 mm × 60 m, 5,0 µm)
• Dynamic blending system pro přípravu nízkonásobných směsí síry v metanové matrici
• PFPD provozní podmínky: 200 °C, H2 12 mL/min, Air1 13 mL/min, Air2 12 mL/min
• Software: WinPulse pro optimalizaci brány a zpracování dat

Hlavní výsledky a diskuse

• HP-1 kolona umožnila separaci sírových sloučenin od lehkých uhloovodíků, avšak vysoká koncentrace propanu zasahovala do stanovení COS.
• Select Low Sulfur kolona zajišťuje úplné oddělení H2S, COS a CH3SH v propylenu bez matričních interferencí.
• Metoda dosahuje minimálního detekčního limitu 50 ppbv, citlivost je 3× až 5× vyšší než u konvenčního FPD.
• Lineární rozsah pro H2S a COS byl potvrzen kalibračními křivkami s korelací >0,996.
• Široké pásmo sírových látek (16 komponent) bylo detekováno se signál-šum poměrem 2,1 až 11 při úrovni 50 ppbv.
• Nad 160 °C se projevuje zvýšené chvění (bleed) stacionární fáze, což je třeba zohlednit při programování pece.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí vysokou citlivost a selektivitu pro sledování stopových sírových sloučenin, čímž umožňuje efektivní řízení kvality v plynárenském a petrochemickém průmyslu. Díky minimalizovanému vzájemnému rušení lze aplikovat PFPD pro rutinní kontrolu i v přítomnosti vysokých koncentrací uhlovodíků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s hmotnostní detekcí pro širší identifikaci sloučenin
• Vývoj nových inertních stacionárních fází pro zvýšení stabilnosti při vyšších teplotách
• On-line monitoring a automatizace přípravy vzorků
• Ekologičtější zdroje plynů pro detektor a optimalizace spotřeby

Závěr

Pulzní oheňová fotometrie na bázi Agilent 7890A GC poskytuje spolehlivé a citlivé stanovení nízkokoncentrovaných sírových látek v zemním plynu a propylenu. Klíčová je správná volba kolony a optimalizace PFPD pomocí WinPulse. Tento přístup zvyšuje kontrolu kvality a snižuje riziko korozního poškození a ztráty účinnosti katalyzátorů.

Reference

1. Wenmin Liu and Mario Morales Detection of Sulfur Compounds in Natural Gas According to ASTM D5504 with Agilent's Dual Plasma Sulfur Chemiluminescence Detector (G6603A) on the 7890A Gas Chromatograph Agilent Technologies publication 5989-9234EN
2. Roger L. Firor Volatile Sulfur in Natural Gas Refinery Gas, and Liquified Petroleum Gas Agilent Technologies publication 5988-2791EN
3. Roger L. Firor Use of GC/MSD for Determination of Volatile Sulfur: Application in Natural Gas Fuel Cell Systems and Other Gaseous Streams Agilent Technologies publication 5988-4453EN
4. Roger L. Firor and Bruce D. Quimby A Comparison of Sulfur Selective Detectors for Low Level Analysis in Gaseous Streams Agilent Technologies publication 5988-2426EN
5. ASTM D 6228 Standard Test Method for Determination of Sulfur Compounds in Natural Gas and Gaseous Fuels by Gas Chromatography and Flame Photometric Detection
6. Helena Jacobse GC Analysis of Sulfur Components in Propylene using a Pulsed Flame Photometric Detector Agilent Technologies publication 5990-6990EN