合成氣的來源及應(yīng)用

   合成氣是指以氫氣、一氧化碳為主要組分供化學(xué)合成用的一種原料氣，其生產(chǎn)和應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)發(fā)展中有著非常重要的地位。合成氣的來源可以多種多樣，傳統(tǒng)上可來源于煤、天然氣和輕質(zhì)油等原料，也可以來自一些新型能源領(lǐng)域，例如油頁巖和生物質(zhì)燃料等。

   隨著“碳一化學(xué)”概念的提出，以合成氣為原料，通過碳一化學(xué)路線可生產(chǎn)一系列的基本有機(jī)化工產(chǎn)品。主要的合成氣化學(xué)產(chǎn)品可以包括氨及其相關(guān)化工原料，甲醇及其相關(guān)化工原料以及由費(fèi)托合成所得到的汽油、醇類和酮類的低沸點(diǎn)產(chǎn)品。

   合成氣工藝中的氣體分析

   合成氣的生產(chǎn)目前主要通過煤氣化、蒸汽轉(zhuǎn)化和部分氧化等工藝路線制得。經(jīng)凈化后的合成氣具有一定的CO/H2 比例，以滿足甲醇合成等反應(yīng)的需要。工業(yè)上通過研究催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)工藝來調(diào)整合成氣組成以滿足不同的需求，即調(diào)整不同的CO/H2 比。相關(guān)催化劑的評(píng)價(jià)和催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的進(jìn)展， 對(duì)反應(yīng)過程中反應(yīng)物料和反應(yīng)產(chǎn)物濃度的監(jiān)測(cè)提出了越來越高的要求。 實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)反應(yīng)過程中各種原料氣和產(chǎn)物氣體的濃度進(jìn)行分析，能夠?yàn)楹铣蓺馍a(chǎn)和催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程的研究提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)深入研究反應(yīng)過程和催化劑開發(fā)起著越來越重要的作用。而在線氣相色譜方法是目前的分析手段。

   以煤氣化-費(fèi)托合成工藝為例，經(jīng)過煤氣化、氣體凈化、變換和重整等工藝，通過費(fèi)托合成技術(shù)將合成氣中CO 和H2 合成各種液體燃料，例如精制加工為合成油、柴油或航空燃料等液體燃料產(chǎn)品，從而使煤能源的使用更為綠色和高效。在整個(gè)過程中，H2、CH4 和CO 的濃度需要實(shí)時(shí)定量分析，尤其是調(diào)整不同工藝所需的CO/H2比，從而能夠優(yōu)化反應(yīng)過程，提高工業(yè)產(chǎn)能和質(zhì)量。INFICON 3000 型微型氣相色譜，使用了微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)反應(yīng)器，其熱導(dǎo)池體積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)微型熱導(dǎo)池的體積，從而其檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到PPM 級(jí)別。 并且，可以在幾十秒之內(nèi)完成合成氣主要?dú)怏w組分H2、CH4 和CO 的分析，在線分析重復(fù)性可以達(dá)到1%。對(duì)于反應(yīng)過程中可能產(chǎn)生的副產(chǎn)物C2H6、C2H4等氣體也能同時(shí)給予精確可靠地定量分析。

   結(jié)果與討論

   根據(jù)合成氣生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化過程典型氣體組分的構(gòu)成，本次實(shí)驗(yàn)所用氣體標(biāo)樣由如下組分組成， 見下表：

   微型氣相色譜儀由兩個(gè)通道組成。通道為分子篩色譜柱，進(jìn)樣器為反吹型進(jìn)樣器；第二通道為PlotQ 色譜柱，進(jìn)樣器為固定體積型進(jìn)樣器。兩個(gè)通道都采用微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)檢測(cè)器。雙通道都為恒溫操作模式。通道分子篩色譜柱柱溫設(shè)定為100°C，柱頭壓力為35psi。其反吹功能可以將水蒸氣及C2 以上組分在設(shè)定時(shí)間反吹出分析系統(tǒng)，以保證分子篩色譜柱使用壽命及分析效果。第二通道PlotQ 色譜柱柱溫設(shè)定為60°C 恒溫，柱頭壓力為25psi，其固定體積進(jìn)樣避免了由于環(huán)境及樣品壓力所帶來的進(jìn)樣干擾，從而大限度的保證了定量的準(zhǔn)確重復(fù)。

   在分析過程中，由內(nèi)置真空泵自動(dòng)抽取樣品氣，樣品氣體流經(jīng)過濾器后通過進(jìn)樣口平行分流，使不含固體顆粒物的氣體樣品同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)通道并行分析。在分子篩色譜柱通道完成H2，N2，CH4 和CO 的分離，同時(shí)在第二通道完成CO2，C2H4 和C2H6 的分離。整個(gè)分析在90秒內(nèi)完成，并實(shí)現(xiàn)所有待測(cè)組分基線分離，見下圖：

   以上述配置及方法設(shè)定的參數(shù)，進(jìn)行連續(xù)十次進(jìn)樣。所有組分的保留時(shí)間重復(fù)性均小于0.04%，峰面積重復(fù)性小于0.5%。具體保留時(shí)間及面積重復(fù)性結(jié)果可見下表：