煤氣化裝置中粗合成氣組分分析方法的改進(jìn)

摘 要：在煤氣化裝置的粗合成氣組分分析中，利用碳分子篩性能穩(wěn)定、耐高溫、柱效高等優(yōu)點，通過氣路改造，由碳分子篩替代13X分子篩，解決13X分子篩容易失效問題，實現(xiàn)一臺色譜儀上一次進(jìn)樣完成樣品全組分的分析，并提出采用多階升溫縮小分析時間的方法。

關(guān)鍵詞：煤氣化;粗合成氣;碳分子篩;13X分子篩;多階升溫

1 前言

中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司化工分公司共有十四套水煤漿氣化裝置和四個系列變換凈化裝置。煤氣化裝置中粗合成氣主要組成是：H2、O2、Ar、N2、CO、CH4、CO2、H2S、COS等，此外，由于變換氣和凈化氣組成與粗合成氣組成相似，常量組分采用同樣的儀器和分析方法，目前配備有五臺島津氣相色譜儀用于以上裝置的分析，該分析方法類似于煉廠氣組成“四閥五柱”的分析方法，在實際樣品分析過程中，存在以下問題：

①方法中可以分析出H2、O2、Ar、N2、CO、CH4、CO2、H2S的含量，而不能分析COS含量，只能借助于其他儀器進(jìn)行檢測;②儀器使用一段時間后CO/CH4分離效果差影響定量結(jié)果準(zhǔn)確性，甚至變成一個混合峰而無法定量。色譜柱經(jīng)活化處理后有所改善，但分離度越來越差，隨著活化次數(shù)的增多，分離度再也無法改善，同時O2+Ar/N2分離效果也變差。

2 問題產(chǎn)生原因及對策探討

2.1 儀器結(jié)構(gòu)組成及分析過程

氣路改造前色譜儀具體結(jié)構(gòu)組成是：兩個十通閥，一個六通閥，五根色譜分析柱，兩個熱導(dǎo)檢測器（TCD1和TCD2）。

分析過程：V1起始處于單線狀態(tài)，V1切換到雙線狀態(tài)，定量環(huán)中的氣體樣品進(jìn)入分析系統(tǒng)。樣品進(jìn)入PC-1預(yù)分離后進(jìn)入MC-1，H2S進(jìn)入MC-1后，利用V1切換到單線狀態(tài)反吹H2S以后的組分;V2起始處于單線狀態(tài)，當(dāng)CH4流入MC-2而CO2尚未流入時，切換V2至雙線狀態(tài)，CO2、H2S經(jīng)過MC-2后被TCD1檢測。當(dāng)H2S被檢測出來以后，切換V2至單線狀態(tài)，封閉的O2/N2/CH4/CO被MC-2分離后，被TCD1檢測;十通閥V3起始處于單線狀態(tài)，V3切換到雙線狀態(tài)，使定量環(huán)中的氣體樣品進(jìn)入分析系統(tǒng)。樣品進(jìn)入PC-2預(yù)分離后進(jìn)入MC-3，H2進(jìn)入MC-3后，切換V3至雙線狀態(tài)反吹H2以后的組分，H2被TCD2檢測出。

2.2 原因分析

用于O2+Ar/N2分離的是13X分子篩柱。13X分子篩是強(qiáng)極性吸附劑，作為氣-固色譜固定相，在永久性氣體分析中占有重要的地位。13X分子篩能在室溫下分離開H2、O2、N2、CH4、CO，但不能分離CO2，因其對CO2有不可逆吸附。同時水對色譜柱分離性能影響很大，分子篩很易吸水，載氣中或者樣品中微量的水都可被分子篩吸收。吸水后的分子篩由于水分子占據(jù)了它的空穴，特別是占據(jù)其外表面后就失去了活性，水分超過5%時，CH4、CO出峰順序會發(fā)生改變，當(dāng)載氣含水較多時，分子篩柱分離效果很快變差，一般由O2、N2的分離情況來判斷分子篩柱是否失效。

從以上分析可以看出，13X分子篩的失效原因是吸附了水，失效后的柱子在250℃下通載氣活化幾小時后即可繼續(xù)使用，一旦活化后分離效果仍然得不到改善，則認(rèn)為可能是被吸收了CO2造成的永久性中毒。

2.3 方法提出

利用TDX-O1在低溫條件下分離O2+Ar、N2、CO組分，然后進(jìn)入程序升溫，在高溫條件下利用Porapak-N分離CH4、CO2、H2S、COS，為了避免H2S和COS在程序升溫基線的波動過程中出峰，影響積分的準(zhǔn)確性，采取多階升溫方法，同時也縮短了出峰時間，H2含量由差減法求出。其分析過程是：十通閥V3起始處于單線狀態(tài)，V3上連接有兩個定量環(huán)LOOP-1和LOOP-2，V3切換到雙線狀態(tài)時，LOOP-2中的氣體樣品進(jìn)入色譜柱TDX-O1分離后，O2+Ar、N2、CO被TCD2檢測出;LOOP-1中的氣體樣品進(jìn)入色譜柱Porapak-N-1預(yù)分離后進(jìn)入色譜柱Porapak-N-2，CH4、CO2、H2S、COS被TCD1檢測出，當(dāng)COS流出色譜柱Porapak-N-1后切換六通閥V2，通過DC4放空COS后組分。

3 結(jié)論

①用碳分子篩TDX-01替代13X分子篩，分離性能更穩(wěn)定，且TDX-01化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與樣氣中組分起化學(xué)反應(yīng)，使用壽命長;②通過氣路改造由原來的三閥五柱改為兩閥三柱，簡化了分析流程，節(jié)約了儀器備件成本;③載氣由原來的四路改為三路，減少了載氣消耗，降低了分析成本;④增加了COS組分的分析，不需要借助其他儀器即可完成全組分的分析，提高了分析效率;⑤該方法樣品用量少，一個十通閥上連接兩個定量環(huán)，實現(xiàn)一次進(jìn)樣完成兩個通道的分析且互不干擾;⑥在Porapak-N預(yù)處理柱上CH4和CO2之間不需要切換，避免了由于CH4與CO2的保留時間相隔短引起的切割誤差;⑦該方法靈敏度高、線性關(guān)系好，重復(fù)性高，確保了分析結(jié)果的準(zhǔn)確可靠;⑧該方法分析速度快，一般只需18.5分鐘即可完成一個樣品的全分析。

參考文獻(xiàn)：

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[2]盧佩章，戴朝政.色譜理論基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，1989.

作者簡介：

張忠群（1970- ），男，漢族，籍貫：海南省屯昌縣，學(xué)歷：大專，畢業(yè)院校：廣東石油化工?？茖W(xué)校，職稱：工程師，現(xiàn)就職于：中天合創(chuàng)股份責(zé)任有限公司化工分公司，研究方向：化工分析。