煤造气气体分析方法优化可行性研究
朱雷
(万华化学(宁波)有限公司,浙江省 宁波市 315812)
摘要:煤炭气化是煤炭转化的主导途径之一,也是煤化工技术的核心。气化过程是煤炭的一个热化学加工过程,它是以煤或煤焦为原料,以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸气、CO2等为气化剂,在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化时所得的可燃气体称为煤气,进行气化的设备称为煤气发生炉或气化炉。产生的煤气都需经过净化、变换工段才能作为原料气使用。
目前气体检测方法15种,每个方法一条曲线,GC-17/18各一条曲线,共计25条曲线,对应标气30瓶。
气体方法建立花费大量时间
曲线维护和质控也需要大量时间
一个样品位号对应一种分析方法
人员技能要求高,容易选错方法
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1) 氢气:氢气发生器制取,体积含量不小于99.99%,经硅胶干燥、净化;
2) 氮气:氮气发生器制取,体积含量不小于99.99%,经硅胶干燥、净化
3) 空气:管廊空气(动力气)
4) 市售的有证标准气:含有定量被测成分。
5) Agilent 7890A 气相色谱仪:配有填充柱进样口、专利单丝TCD 检测器、10 通气体进样反吹阀、6 通气体进样阀、G2071BA 软件;
6) 气路系统:载气为高纯氢气、高纯氮气;
7) 进样系统:10 通气体进样阀;
8) 色谱柱:色谱柱(四柱):前:hayesepQ 1/8*6ft 2m(275℃) 5A 1/8*6ft 2m(400℃)后:hayesepQ 1/8*6ft 2m(275℃) 5A 1/8*6ft 2m(400℃)
9) 检测器:TCD 检测器。
时间(min) | 位置 | 设定值 |
0.01 | 阀3 | 开启 |
0.01 | 阀1 | 开启 |
0.6 | 阀1 | 关闭 |
0.95 | 阀2 | 开启 |
1.5 | 阀3 | 关闭 |
1.8 | 阀2 | 关闭 |
分析样品 | 分析项目 | 氧氩 | 甲烷 | 二氧化碳 | 氢气 | 氮气 | 一氧化碳 |
工艺气 | 常规组分 | 0.05% | 0.10% | 18.0% | 35.0% | 0.20% | 47.94% |
变换气 | 常规组分 | 0.10% | 0.10% | 45.0% | 54.10% | 0.30% | 0.60% |
合成气 | 常规组分 | 0.20% | 0.20% | 1.00% | 43.50% | 0.20% | 55.24% |
样品位号 | 分析项目 | 分析方法及定量方法 | 色谱编号 |
工艺气/未变换气 | H2、CO2、O2Ar、N2、CH4、CO | 工艺气--归一化 | GC-18 |
变换气 | H2、CO2、O2Ar、N2、CH4、CO | 变换气--归一化 | GC-18 |
AM10045合成气 | H2、O2Ar、N2、CH4、CO | 合成气--归一化 | GC-18 |
组分 | 工艺气 | 合成气 | 偏差% | 组分 | 工艺气 | 变换气 | 偏差% |
H2 | 43.35 | 43.24 | 0.13 | H2 | 53.07 | 53.74 | -0.62 |
CO2 | 0.99 | 1.01 | -1.00 | CO2 | 45.87 | 45.19 | 0.75 |
O2Ar | 0.21 | 0.21 | 0.00 | O2Ar | 0.10 | 0.10 | 0.00 |
N2 | 0.22 | 0.2 | 4.76 | N2 | 0.31 | 0.30 | 0.98 |
CH4 | 0.22 | 0.2 | 4.76 | CH4 | 0.11 | 0.10 | 4.76 |
CO | 54.94 | 55.14 | -0.18 | CO | 0.54 | 0.56 | -1.82 |
H2 | 43.76 | 43.62 | 0.16 | H2 | 53.48 | 54.04 | -0.52 |
CO2 | 0.98 | 1.01 | -1.51 | CO2 | 45.46 | 44.86 | 0.66 |
O2Ar | 0.21 | 0.2 | 2.44 | O2Ar | 0.10 | 0.10 | 0.99 |
N2 | 0.22 | 0.2 | 4.76 | N2 | 0.31 | 0.30 | 0.66 |
CH4 | 0.22 | 0.2 | 4.76 | CH4 | 0.10 | 0.10 | -1.48 |
CO | 54.57 | 54.78 | -0.19 | CO | 0.55 | 0.60 | -3.75 |
H2 | 43.32 | 43.16 | 0.19 | H2 | 53.69 | 54.24 | -0.51 |
CO2 | 0.99 | 1.02 | -1.49 | CO2 | 45.27 | 44.66 | 0.67 |
O2Ar | 0.21 | 0.2 | 2.44 | O2Ar | 0.10 | 0.10 | 0.50 |
N2 | 0.22 | 0.2 | 4.76 | N2 | 0.30 | 0.30 | 0.50 |
CH4 | 0.22 | 0.2 | 4.76 | CH4 | 0.09 | 0.10 | -4.17 |
CO | 55 | 55.21 | -0.19 | CO | 0.55 | 0.60 | -4.36 |
H2 | 42.99 | 42.94 | 0.06 | H2 | 55.69 | 54.24 | 1.32 |
CO2 | 0 | 0 | 0.00 | CO2 | 43.27 | 44.61 | -1.52 |
O2Ar | 0.028 | 0.028 | 0.00 | O2Ar | 0.10 | 0.11 | -4.76 |
N2 | 0.49 | 0.45 | 4.26 | N2 | 0.30 | 0.31 | -1.81 |
CH4 | 0.05 | 0.046 | 4.17 | CH4 | 0.09 | 0.09 | -8.91 |
CO | 56.43 | 56.53 | -0.09 | CO | 0.55 | 0.60 | -4.35 |
H2 | 44.28 | 43.86 | 0.48 | H2 | 53.25 | 54.24 | -0.92 |
CO2 | 0 | 0 | 0.00 | CO2 | 1.53 | 1.61 | -2.55 |
O2Ar | 0.03 | 0.03 | 0.00 | O2Ar | 0.54 | 0.58 | -3.57 |
N2 | 0.96 | 0.87 | 4.92 | N2 | 0.78 | 0.72 | 4.00 |
CH4 | 0.04 | 0.04 | 0.00 | CH4 | 0.34 | 0.31 | 4.62 |
CO | 54.69 | 55.20 | -0.46 | CO | 43.56 | 42.54 | 1.18 |
配对 T 检验和置信区间: 工艺气, 合成气
描述性统计量
样本 | N | 均值 | 标准差 | 均值标 |
工艺气 | 30 | 16.66 | 23.75 | 4.34 |
合成气 | 30 | 16.67 | 23.79 | 4.34 |
配对差值的估计值
均值 | 标准差 | 均值标准误 | μ_差 的 95% 置 |
-0.0052 | 0.1495 | 0.0273 | (-0.0610, 0.0506) |
μ_差: (工艺气 - 合成气) 的均值
检验
原假设 | H?: μ_差 = 0 |
备择假设 | H?: μ_差 ≠ 0 |
T 值 | P 值 |
-0.19 | 0.850 |
配对 T 检验和置信区间: 工艺气, 变换气
描述性统计量
样本 | N | 均值 | 标准差 | 均值标 |
工艺气 | 30 | 16.67 | 23.60 | 4.31 |
变换气 | 30 | 16.67 | 23.60 | 4.31 |
配对差值的估计值
均值 | 标准差 | 均值标准误 | μ_差 的 95% 置 |
0.0013 | 0.5317 | 0.0971 | (-0.1972, 0.1999) |
μ_差: (工艺气 - 变换气) 的均值
检验
原假设 | H?: μ_差 = 0 |
备择假设 | H?: μ_差 ≠ 0 |
T 值 | P 值 |
0.01 | 0.989 |
方法 | 标气级别 | 标气含量 |
旧标准曲线 | 低氧氩1 | 氧氩0.50%,甲烷:0.1%,二氧化碳18%,氢气35%,氮气0.2%,一氧化碳47.94% |
低氧氩2 | 氧氩0.10%,甲烷:0.1%,二氧化碳0.1%,氢气87.2%,氮气0.4%,一氧化碳2% | |
低氧氩3 | 氩气0.250% 氮气25% 氧气0.25% 氢气75.2%(载气) | |
低氧氩4 | 氧氩1.0%, 甲烷3% 一氧化碳2% 二氧化碳1% 氮气12% 氢气81.3(载气) | |
新标准曲线 | 低氧氩1 | 一氧化碳0.1%,氧氩0.2%,二氧化碳0.1%,氢气0.1%,甲烷0.1% |
低氧氩2 | 一氧化碳1.0%,氧氩0.5%,二氧化碳1.0%,氢气1.0%,甲烷1.0% | |
低氧氩3 | 一氧化碳8.0%,氧氩1.0%,二氧化碳8.0%,氢气8.0%,甲烷3.0% |
标气级别 | 标气含量 |
低氧氩1 | 一氧化碳0.1%,氧氩0.2%,二氧化碳0.1%,氢气0.1%,甲烷0.1% |
低氧氩2 | 一氧化碳1.0%,氧氩0.5%,二氧化碳1.0%,氢气1.0%,甲烷1.0% |
低氧氩3 | 一氧化碳8.0%,氧氩1.0%,二氧化碳8.0%,氢气8.0%,甲烷3.0% |
微量氢 | 氧氩0.10% 甲烷0.05% 一氧化碳0.3% 二氧化碳85.62%,氮气14% 氢气0.3% |