ICS71.040.40 G86 中华人民共和国国家标准 GB/T33360—2016 气体分析 痕量分析用气体纯化技术导则 Gasanalysis—Guidelinesforpurificationofgasesfortraceanalysisinstrument 2016-12-30发布 2018-01-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国石油和化学工业联合会提出。 本标准由全国气体标准化技术委员会(SAC/TC206)归口。 本标准起草单位:先普半导体技术(上海)有限公司、西南化工研究设计院有限公司、中国石油天然 气股份有限公司西南油气田成都天然气化工总厂、中国测试技术研究院化学所、大连光明化工研究设计 院有限公司。 本标准主要起草人:江晓松、陈雅丽、谭敬明、方正、潘义、单晓萍。 ⅠGB/T33360—2016 气体分析 痕量分析用气体纯化技术导则 1 范围 本标准规定了痕量分析用气体的深度纯化技术。经纯化后气体的目标组分含量的体积分数低于 0.01×10-6,压力为0.1MPa~18MPa,流量为0.1L/min~100L/min。 本标准适用于仪表校准用零点气、气相色谱分析所用的载气和标准气体的平衡气。本标准适用的 气体为氧气、氢气、氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T5832.3 气体中微量水分的测定 第3部分:光腔衰荡光谱法 GB/T28726 气体分析 氦离子化气相色谱法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 痕量气体分析 tracegasesanalysis 对纯气体中含量在0.1×10-6(体积分数)以下的杂质组分进行的定量分析。 3.2 零点气 zerogas 目标组分体积分数足够低的气体或混合气体,用于在指定的仪器和指定的范围内产生零点响应。 用于痕量分析仪器的零点气,其目标组分的体积分数应低于0.01×10-6。 3.3 气体纯化 purificationofgases 以化学反应、吸附、吸收、溶解、扩散、分凝等一种或多种方式,将某一或某些种类的气体从本底气体 中分离出去,从而将本底气体提纯的过程。 3.4 气体纯化器 gaspurifier 能够将某一或某些种类的气体从本底气体中分离出去,从而将本底气体提纯的器材或设备。 4 气体深度纯化技术 4.1 金属吸气剂法 4.1.1 原理 某些金属或金属间化合物例如锆钒铁、锆铝、锆稀土等材料,其表面能够吸附水、氧、一氧化碳、二氧 1GB/T33360—2016 化碳、甲烷等杂质气体。在一定温度下,上述杂质会从材料表面不断扩散进入材料内部,在杂质向内部 扩散速率大于表面吸附速率的条件下可以将杂质气体从被纯化气体中去除。不同的被纯化气体应使用 不同的吸气剂材料。 4.1.2 流程 金属吸气剂气体纯化流程见图1。不锈钢气体纯化罐内装填的是吸气剂材料。由于该类材料在高 温下才能正常工作,所以此类纯化器需要使用图1中所示的恒温加热装置。其具体的工作温度一般由 所使用的吸气剂材料和被纯化的气体决定。 说明: 1———不锈钢罐; 2———恒温加热器。 图1 加热型气体纯化器示意图 4.1.3 纯化技术指标 金属吸气剂气体纯化技术指标见表1。 表1 金属吸气剂气体纯化技术指标 目标组分被纯化气体 氦气、氖气、氩气、氪气、氙气 氮气 氢气 氧(O2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 水(H2O)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 一氧化碳(CO)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 二氧化碳(CO2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 氢(H2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 — 氮(N2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 — 0.01 非甲烷碳氢化合物含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 甲烷(CH4)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 — 4.2 脱氧剂和分子筛吸附法 4.2.1 原理 脱氧剂利用的是过渡族金属(如镍、锰等)的多元还原态体系脱氧,即在室温下,低价还原态物质直 接与气体中的氧反应而实现脱氧。脱氧饱和后可以加热通氢进行还原再生。 2GB/T33360—2016 分子筛吸附法是通过不同孔径尺寸的分子筛以物理或化学吸附的方式实现气体纯化。吸附饱和 后,可以通过加热通气的方式脱附以恢复吸附脱除杂质气体的能力。 4.2.2 流程 纯化流程见图2。不锈钢气体纯化罐内装填的是经过激活的镍基、锰基等脱氧剂或不同孔径尺寸 的分子筛。具体的装填材料由被纯化气体的种类和需要去除的杂质种类决定。 说明: 1———不锈钢罐。 图2 催化剂或分子筛气体纯化示意图 4.2.3 纯化技术指标 纯化技术指标见表2。 表2 纯化技术指标 目标组分被纯化气体 氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氮气 氧气 氢气 氧(O2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 — 0.01 水(H2O)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 一氧化碳(CO)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 二氧化碳(CO2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 氢(H2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 — — 非甲烷碳氢化合物含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 0.01 4.3 催化反应法 4.3.1 原理 在一定温度下,钯基等催化剂使气体中的氢和氧进行催化反应生成水,使烷烃、一氧化碳和氧进行 催化反应生成水和二氧化碳。主要应用于含氢气体脱氧,或对含氧气体脱氢、烷烃和一氧化碳。 4.3.2 流程 催化反应气体纯化流程见图1。不锈钢气体纯化罐内装填的是钯基等催化剂。按纯化原理需要对 纯化罐加热到反应温度。 4.3.3 指标 催化反应气体纯化技术指标见表3。 3GB/T33360—2016 表3 催化反应气体纯化技术指标 目标组分被纯化气体 含氧气体 含氢气体 一氧化碳(CO)含量(体积分数)/10-6< 0.01 — 氢(H2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 — 总碳氢化合物含量(体积分数)/10-6< 0.01 — 氧(O2)含量(体积分数)/10-6< — 0.01 4.4 钯膜扩散法 4.4.1 原理 在一定温度和压力下,氢在钯银薄膜进气一侧的表面被电离为质子后扩散通过钯膜,在出气一侧表 面重新获得电子形成氢气后逸出,而其他气体无法通过,实现对氢气进行纯化。理论上可以去除氢以外 的所有杂质。 4.4.2 流程 钯膜纯化流程见图3。不锈钢气体纯化罐的进气端和出气端由钯银合金制成的薄膜完全隔离。钯 银薄膜一般制成管状以提高表面积和机械强度。加热器保证钯膜的工作温度在300℃以上。 说明: 1———不锈钢罐; 2———恒温加热器。 图3 钯膜气体纯化示意图 4.4.3 技术指标 钯膜气体纯化技术指标见表4。 表4 钯膜气体纯化技术指标 目标组分被纯化气体 氢气 氧(O2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 水(H2O)含量(体积分数)/10-6< 0.01 4GB/T33360—2016 表4(续) 目标组分被纯化气体 氢气 总碳氢化合物含量(体积分数)/10-6< 0.01 一氧化碳(CO)含量(体积分数)/10-6< 0.01 二氧化碳(CO2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 氦(He)含量、氖(Ne)含量、氩(Ar)含量、氪(Ke)含量、氙(Xe)含量、氮(N2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 4.5 低温吸附法 4.5.1 原理 气体流经液氮或液氩冷阱中的吸附管,通过吸附管中的固体吸附剂在液氮或液氩温度下以物理吸 附的方式将气体中的某些杂质去除。 4.5.2 流程 低温吸附纯化流程见图4。不锈钢纯化管内装填的是不同孔径尺寸的分子筛、活性炭、TDX等固 体吸附剂。具体的装填材料及装填量由被纯化气体的种类和需要去除的杂质种类决定。纯化管置于液 氮或液氩冷阱中以达到所需工作温度。 图4 低温吸附气体纯化示意图 4.5.3 纯化技术指标 低温吸附气体纯化技术指标见表5。 表5 低温吸附气体纯化技术指标 目标组分被纯化气体 氦气 氢气 水(H2O)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 一氧化碳(CO)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 5GB/T33360—2016 表5(续) 目标组分被纯化气体 氦气 氢气 二氧化碳(CO2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 总碳氢化合物含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 氮(N2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 氧(O2)含量(体积分数)/10-6< 0.01 0.01 5 试验方法 5.1 水分含量的测定 按GB/T5832.3规定的方法或TDLAS法、露点法测定零点气中的水分含量。 在使用光腔衰荡光谱法和TDLAS法时仪器检测限应不低于2×10-9(体积分数)。使用露点法 时,露点仪的检测限应不高于-110℃。 5.2 其他目标组分的测定 按GB/T28726规定的方法或大气压离子质谱法测定零点气中其他目标组分的含量。当使用 GB/T28726方