2019-04-22 23:27
煤气化过程中产生的焦油是气化系统应用中存在的主要问题之一，焦油的产生往往导致整体气化效率的降低，焦油中蕴含的能量占合成气能量的5%～15%低温焦油常冷凝在下游管道中无法进入下游设备，降低了能量的利用率。为了能够在后续的设备中使用合成气，需要进行大量的气体净化。因此，气化合成气中的焦油成分性质的测定具有重要意义。CT中温度和气体流速是两个关键的参数，取样管中的温度太高会使焦油成分发生裂解，温度太低会冷凝在取样管中，所以要合理地控制取样管的温度;气体流速既不能过快也不能过慢，过快可能导致气体中的焦油不能充分被有机溶剂冷凝吸收下来，过慢可能导致流程阻塞。在实验室中有机溶剂、冷却剂很容易获得，所以该方法在实验室中使用较多。但是每次实验都需要大量的有机溶剂(二氯甲烷、正己烷、丙酮等) 和冷却剂( 如冰水混合物、丙醇等低温液体)，且它们都具有一定的毒性、易挥发，防护措施做得不到位会危害实验操作者的身体健康。
固相吸附法是将气态焦油通入多孔吸附剂吸附，焦油在吸附剂上发生冷凝。合理选择吸附剂是成功取样的关键，吸附剂对吸附对象具有一定的选择性，因此往往是混合使用。吸附剂的价格比较低廉，在成本上比冷捕集法更经济;由于吸附剂的选择性，并不能把焦油的所有成分完全吸附，所以该方法的重复性低，准确性相对较差。
火焰离子检测法的基本原理是将某一测点的两组等量热气体分别送入2台火焰离子分析仪，一组测定气体中碳氢化合物的总含量;另一组气体先通过过滤器过滤其中焦油后再进入分析仪测定非凝结性碳氢化合物的含量。通过对比两台分析仪所给出的气体中碳氢化合物含量值，其差值即为气体中凝结性烃或焦油含量。该取样方法具有操作简单和取样迅速的特点，但是该取样方法直接将气体中的焦油进行了燃烧离子化，故不能确定焦油的具体组分，只能测得焦油的总体含量。该方法的单次试验费用很低几乎可忽略不计，但是设
备昂贵、初期投资大、日常维护费用高，所以使用范围相对较少。
针对传统焦油取样方法所存在的问题，本文提出一种较为简便的收集焦油的方法，采用微孔滤膜过滤器来收集气化合成气中的焦油，将其预处理后送入GC-MS进行检测，与采用冷捕集法收集到的焦油检测结果进行比较，以验证这种新方法的可靠性。为了便于比较和分析，把焦油的化学组分为四类，分别为脂肪烃、芳烃、酯类和其他。脂肪烃主要包括烷烃、烯烃和环烷烃;芳烃主要是含苯环的物质，包括苯，甲苯，萘等多环芳烃;酯类主要成分为一些含氧化合物，如酸、酮、酯、呋喃等，并包含有少量的含N、S的芳香化合物。
图1
图1为冷捕集法收集焦油和微孔滤膜过滤器收集焦油的GC-MS化学组分分析。大体上看，两种方法各化学组分的占比大致相同:芳烃＞ 脂肪烃＞ 酯类＞ 其他。其中用冷捕集法收集到的焦油化学组分百分含量分别为: 芳烃57.33%、脂肪烃
21.88%、酯类20.26%、其他0.54%;用微孔滤膜过滤器收集到的焦油化学组分百分含量分别为: 芳烃52.87%、脂肪烃26.32%、酯类17.05%、其他3.76%。通过比较两种方法收集到焦油的化学组分可以得出，在焦油的4种化学组分中，百分含量差值最大的是芳烃为4.45%，最小的是酯类为3.21%。两种方法收集的焦油化学组分的百分含量差值均没有超过5%。
简述了冷捕集法、固相吸附法和火焰离子检测法收集焦油的特点，并提出了采用微孔滤膜过滤器来收集焦油;通过与实验室较常用的冷捕集法进行比较分析，获得以下结论:
(1) 微孔滤膜的收集率达到73%，不会造成过多的焦油成分透过滤膜而影响后期的检测结果;
(2) 通过比较分析冷捕集法和微孔滤膜过滤器收集到的焦油成分，各类的占比遵循:芳烃＞ 脂肪烃＞ 酯类＞ 其他，且百分含量的差值在5%以内;
(3) 从安全性、经济性和操作便利性的角度来考虑，微孔滤膜过滤器收集焦油比冷捕集法更具有优势，可以采用微孔滤膜过滤器收集焦油的方法来替代冷捕集法。