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煤基费托合成气组分检测方法优化及应用

[日期:2021-06-15] 来源:《中氮肥》2021年第3期  作者: [字体: ]

贺成艳,卢飞,张海龙

(陕西未来能源化工有限公司煤制油分公司,陕西 榆林719000

 

 [摘  要]煤制油装置的过程控制——费托合成的原料气即合成气中的有效成分是一项重要调控指标,气相色谱法是检测合成气组分的快速有效方法。日常分析中,由于合成气试样含有水分等杂质,严重影响色谱进样系统的完好性及分子筛色谱柱的分离柱效,载气中的痕量水和CO2也会导致分子筛色谱柱快速失效。为此,通过试验探索日常分析中遇到的试样含水等杂质、分子筛柱柱效下降快这两项突出问题的解决办法——采取了静置取样气袋、增设过滤筛板、增加阀切事件的改进措施,确定了阀切事件的最佳时间参数。试验结果表明,优化改进后的气相色谱法精密度和准确度均较高,不仅可快速、准确测定粗合成气及变换气中的有效气成分,而且可有效解决样品含杂质及分子筛柱使用寿命短的问题,并可节约色谱仪耗材的支出费用。

[关键词]煤制油装置;合成气组分;气相色谱法;试样含水;分子筛柱柱效下降;优化改进;精密度与准确度

[中图分类号]O657.7+1   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202103-0062-03

 

0  引  言

兖矿集团陕西未来能源化工有限公司(简称未来能化)煤制油项目为全国首套1 Mt/a低温费托(F-T)合成间接制油项目,低温费托合成装置所产费托蜡熔点高达110 ℃,比精炼蜡熔点高40 ℃,费托蜡碳数最高达100。费托合成油的优点是无硫、无氮、低芳烃,适应现代发动机和环保方面的苛刻要求,通过费托反应合成的柴油硫含量<10 mg/kg、芳烃含量<1%、十六烷值>74,是未来的清洁优质柴油1。费托合成的原料气是指经过煤气化、变换、净化工艺处理后得到的合成气,其主要成分H2COCO2N2的含量是生产调控的重要指标之一,而煤气化工艺是影响粗合成气中有效气(CO+H2)含量的主要因素之一。煤气化工艺是指在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2H2OCO2)与煤反应生成粗合成气的过程,是实现煤炭洁净利用的主要技术之一,产品粗合成气中的有效成分(CO+H2)是一项重要的工艺考核指标,是反映气化装置运行效率的重要指标之一2-4。因此,费托合成的原料气即合成气(主要是永久性气体成分)各组分含量的准确测定对工艺调优具有重要的意义。合成气组分含量的传统测定方法主要是奥氏仪法,即利用爆炸燃烧机溶液吸收的原理测定各组分含量5,但奥氏仪法存在精度低、测定组分少的缺点;目前,气相色谱法的应用较多,其具有选择性高、分离效率高、灵敏度高、分析速度快、应用范围广的特点6

气相色谱法是煤制油装置过程控制——合成气中的有效成分检测的快速有效方法,采用三阀五柱2TCD通道分别测定H2和其他组分。TCD通道一用于测定CO2C2烃类、O2N2CH4COH2STCD通道二用于测定H2,通过外标法计算结果。日常分析中,由于合成气试样含有水分等杂质,严重影响色谱进样系统的完好性及分子筛色谱柱的分离柱效,载气中的痕量水和CO2也会导致分子筛色谱柱快速失效。

针对未来能化煤制油装置过程控制中气相色谱法测定合成气组分存在的问题,进行技术研究与探讨,以煤间接液化制油工艺系统产出的合成气[包括气化炉出口粗煤气(即粗合成气)、变换气、净化气]为试样进行试验,探索测定过程中试样本身带有杂质或不洁净(气化炉出口粗煤气及变换气样品常带水或颗粒物等杂质,净化气样品比较洁净)造成的气相色谱仪频繁出现进样系统堵塞和分子筛柱柱效下降的问题(仪器待机状态时控制分子筛柱的六通阀处于关闭状态,载气不间断通过该色谱柱,载气中痕量杂质导致分子筛柱柱效下降快)的解决办法——拟对其进样系统和进样阀开关切换事件(简称阀切事件)等进行优化改进。

1  试验部分

1.1  仪器设备及检测原理

试验采用岛津气相色谱仪GC-2014,其分析系统由2个十通阀、1个六通阀、5根色谱柱及2TCD检测器组成;测定成分主要有H2O2N2COCO2CH4C2烃类、H2SCOS。样品通过进样阀进入色谱系统后,再经过阀切换进入不同的色谱柱进行分离:系统有2个通道,第一个通道,样品通过预柱预分离,当COS进入预柱时,十通阀通过阀切事件反吹预柱中残留的组分,CH4进入分子筛柱后,六通阀通过阀切事件使CO2C2烃类、H2SCOSTCD检测,六通阀再通过阀切事件使O2N2CH4CO经分子筛柱分离后进TCD检测器检测;第二个通道则通过预柱预分离H2进入分子筛柱后,通过阀切事件反吹掉H2之外的其他组分,使其他组分不再进入分子筛柱,H2TCD检测器检测。

1.2  载气

载气为N2H2,纯度均超过99.999%,且进色谱仪前进行脱水过滤。

1.3  色谱参数条件

更多内容详见《中氮肥》2021年第3

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