气相色谱中，乙烯标准气体有哪些典型应用场景？

在炼化企业、天然气公司以及第三方检测实验室中，乙烯（Ethylene，C₂H₄）是气相色谱分析里非常重要的一类组分。

为了保证分析结果的准确性和可追溯性，通常需要配套使用乙烯标准气体对仪器进行校准和质控。

从应用角度看，乙烯标准气体主要活跃在以下几个场景：

• 天然气及轻烃分析

• 炼化尾气、火炬气分析

• VOCs / 烃类在线监测系统校准

下面分别简单说明。

一、天然气及轻烃分析：乙烯是轻烃谱中的重要一环

在天然气和轻烃组分分析中，典型的 C₁～C₆ 谱线通常包括：

• 甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、戊烷等

• 以及少量不饱和烃：如乙烯、丙烯等

乙烯在其中扮演的角色主要有：

1. 组成分析中的定量组分

• 某些田气、湿气、伴生气或裂解气样品中，会含有一定比例的乙烯；

• 需要通过气相色谱测定来掌握轻烃构成、计算热值等。

2. 方法开发和响应因子校准

• 通过含乙烯的混合标准气，建立 C₂H₄ 的校准曲线和响应因子；

• 保证在同一色谱条件下，对不同批次样品的定量结果具有可比性。

在这类应用中，乙烯通常不是“单独分析对象”，而是作为多组分烃类混标中的一个成分，和其他轻烃一起出现。

二、炼化尾气、火炬气分析：监控工艺与安全的重要指标

在炼油、乙烯裂解、烯烃装置等场景中，尾气和火炬气分析是工艺优化和安全管理的重要手段。
乙烯标准气体在这里主要用于：

1. 裂解气、火炬气中乙烯含量的定量分析

• 针对裂解炉出口气、回收系统尾气、火炬总管气体进行组分分析；

• 乙烯含量是评估裂解效果、回收效率和物料平衡的重要参数之一。

2. 过程控制、能效与排放评估

• 通过在线/离线气相色谱，监测乙烯以及其他烃类组分；

• 需使用含乙烯的标准气对分析系统进行定期校准和性能验证。

3. 装置安全与环保合规

• 火炬气分析有助于判断烃类排放情况和燃烧充分程度；

• 对于需要向监管机构报送数据的企业，乙烯等关键组分必须基于合格的标准气实现可追溯的定量分析。

在这类场景中，乙烯标准气通常以多组分混合标气形式出现，组分可能包括 C₁～C₆ 烃类、氢气、氮气、CO / CO₂ 等。

三、VOCs / 烃类在线监测系统校准：在线仪表离不开标准气

在环保监测与安全监控中，越来越多企业安装了VOCs / 烃类在线监测系统，例如：

• 总烃（THC）、非甲烷总烃（NMHC）在线监测

• 烃类泄漏监控、厂界空气质量监测

• 工艺排放中的烃类监测系统

在这类系统中，乙烯标准气体有以下典型作用：

1. 作为校准气 / 跨度气

• 用于定期校准在线分析仪的量程和线性；

• 确保仪表在告警阈值附近、常规工作点附近的读数准确。

2. 作为复核用质控气

• 在运维和比对实验中，使用已知浓度的乙烯标准气，检查系统读数是否偏移；

• 帮助判断问题出在“仪表本身”还是“现场工况变化”。

3. 作为多组分 VOCs 标气的一部分

• 在多组分 VOCs 校准气中，乙烯常作为代表性轻烃之一；

• 与其他烃类（如丙烯、丙烷、丁烷等）一起构成更贴近实际废气成分的标气组合。

  
  

四、单组分 vs 多组分混合标气：如何选择乙烯标准气形式？

乙烯标准气体大致可以分为两大类：

• 乙烯单组分标准气

• 含乙烯的多组分混合标准气

在实际应用中如何选择，可以按以下思路简单判断：

1. 适合选择乙烯单组分标准气的情况

• 仅需对“乙烯这一个组分”进行响应校准或功能验证；

• 仪器方法本身只测少数几种气体，且乙烯是核心指标；

• 用于某些特定用途的在线仪表标定，只关注乙烯浓度变化。

特点：

• 配方简单，易于理解与管理；

• 校准关系清晰，适合做单点或多点标定；

• 一般用于方法初建、乙烯单独分析、功能性测试等场景。

2. 适合选择含乙烯多组分混合标气的情况

• 被测样品本身为多组分体系（如天然气、裂解气、火炬气等）；

• 希望在“与实际工况接近”的配方下进行整体校准；

• 需要同时对多种组分进行定量分析，且各组分之间存在相互影响。

特点：

• 能一次性完成多组分的校准与质控；

• 更贴近实际样品成分，有利于方法验证和长期监控制度的建立；

• 对配气精度、稳定性和不确定度要求较高，适合交由专业标准气厂家配制。

如何为实验室选择合适的乙烯标准气体？

在明确“乙烯标准气体用于哪一种分析场景”之后，可以按以下几个步骤来选型，既适用于乙烯单组分，也适用于含乙烯的多组分混标。

1. 明确用途与检测场景

先回答几个关键问题：

• 用于哪类分析？

• 天然气 / 轻烃分析

• 裂解气 / 火炬气分析

• VOCs / 烃类在线监测系统校准

• 用于什么目的？

• 建立标准曲线

• 作为零点气 / 跨度气

• 作为质控气 / 比对气

用途越具体，后续参数就越好确定。

2. 确定浓度范围和单位

• 乙烯是 ppm 级、百分比，还是更高/更低浓度？

• 浓度单位是 ppm、ppb、%mol、%vol 还是以 %LEL 表示？

• 需要单点标气，还是多浓度梯度（多点校准）？

建议根据：

• 方法检测范围；

• 仪器量程和分辨率；

• 客户或法规要求的控制限值

来确定标气浓度，以保证标定点覆盖实际样品范围。

3. 选择合适的平衡气（基体气体）

常见平衡气包括：

• 氮气（N₂）

• 合成空气（Synthetic Air）

• 氦气（He）等

选择时应考虑：

• 仪器推荐的基体气类型；

• 色谱柱、检测器对基体气的兼容性；

• 是否涉及可燃性、安全性要求（例如与可燃/助燃气体同系统使用时）。

4. 考虑稳定性、有效期与不确定度

对于乙烯标准气体，应关注：

• 厂家提供的有效期和储存条件；

• 是否有稳定性验证；

• 对于关键应用（如贸易计量、法规监测），是否提供浓度不确定度及计量溯源信息。

这些信息直接关系到：

• 标气能使用多久；

• 检测结果是否可以对内对外“讲得清”。

5. 与标准气供应商确认技术参数

在正式下单前，建议把以下信息整理清楚并告知供应商：

1. 预期用途和检测项目（天然气、火炬气、VOCs 等）；

2. 需要的组分列表及各组分浓度范围（包括乙烯）；

3. 预期平衡气种类；

4. 钢瓶规格（如 4L、8L、10L、40L 等），阀门接口类型；

5. 是否需要提供检测报告（COA）、不确定度及计量溯源说明。

这样可以大大减少来回确认的时间，也能确保最终拿到的乙烯标准气体，更好地匹配实验室的实际需求。

• 从应用看：乙烯标准气体广泛用于天然气及轻烃分析、炼化尾气/火炬气分析，以及 VOCs / 烃类在线监测系统校准。

• 从形式看：既可以是乙烯单组分标气，也可以是含乙烯的多组分混合标气，取决于实际样品组成和分析需求。

• 从选型看：只要在前期明确用途、浓度、平衡气和质量要求，并与专业标准气供应商充分沟通，就能为实验室和在线系统选到合适的乙烯标准气体，为后续的准确分析和长期监测打下可靠基础。