[发明专利]合成气中杂质的实时检测方法及装置

说明书

本发明属于分析及测量控制技术领域，公开了一种合成气中杂质的实时检测方法及装置。该方法包含：在工况条件下，对合成气流设置旁路进行实时分流采样，计算旁路气流的累积气体流量；使用广谱吸附剂对旁路气流中的杂质进行吸收富集，得到吸附物和吸余气体，吸余气体返回反应系统重复利用；对吸附物进行解吸，采用广谱分析仪器对解吸出来的吸附元素作定量分析。本发明采用工况条件下的在线实时吸收/富集和广谱分析方法，不摒弃吸余气体，可采集大量气体和/或按需设定切换时间，保证不间断气体采样和杂质监测；吸附物富集可降低分析要求和/或提高检测灵敏度，而广谱仪器分析则可降低设备投资和简化分析过程，提升杂质监测的可靠性。

技术领域

本发明属于分析及测量控制技术领域，特别涉及一种合成气中杂质的实时检测方法及装置。

背景技术

合成气是化工生产过程的重要基础原料之一，以之为原料生产甲醇或采用费托合成技术生产燃油及高端精细化学品等过程受到越来越多的重视。这类过程采用的合成催化剂通常用量较大和/或价格不菲。而合成气中的杂质，包括硫、氯、卤素、羰基化合物、汞、砷、钒、铅、部分重金属等，对合成催化剂的性能及使用寿命有重大影响，并且该等有害杂质的影响具有累积效应，可导致合成催化剂活性下降甚至永久失活。例如，CN101224871A估算，若要延长甲醇合成催化剂的寿命至4～6年，则合成气中Ts(H₂S+COS总硫含量)必须低至10～20ppb，羰基金属化合物低于20ppb，砷低至20ppb，氯低于10ppb。因此，合成气杂质的在线监测是这类化工生产过程的重要环节。

目前可用于合成气杂质的在线分析手段很有限，例如，硫含量可采用GC-SCD(气相色谱-硫化学发光法)、GC-PFPD(气相色谱-火焰光度检测器)或醋酸铅试纸法等进行；砷含量可采用GC-ECD(气相色谱-电子捕获检测器)或GFAAS(石墨炉原子吸收光谱法)进行分析；羰基金属可采用GC-ECD或采用ICP-OES、质谱等方法检测。由于需要监测的元素众多、所涉仪器/设备/方法较多，整个分析过程耗时、费力，且因有害杂质浓度很低，通常在ppb级，对分析要求较高，分析结果的实时性和可靠性也受影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成气中杂质的实时检测方法及装置，以实现对合成气深度净化后的痕量杂质的检测。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种合成气中杂质的实时检测方法，包含：(1)在工况条件下，对合成气流设置旁路进行实时分流采样，并计算旁路气流的累积气体流量；(2)使用广谱吸附剂对所述旁路气流中的杂质进行吸收富集，得到吸附物和吸余气体，所述吸余气体返回反应系统重复利用；(3)对所述吸附物进行解吸，采用广谱分析仪器对解吸出来的吸附元素作定量分析；其中，所述旁路包含2个或2个以上可切换的支路；所述吸附剂包含活性炭、改性活性炭、石墨化碳黑、碳分子筛和碳纤维中的一种或几种；且所述吸附剂经下述改性处理：采用氧化剂处理所述吸附剂、将所述吸附剂浸渍碱液。

其中，各种合适的广谱分析仪器均可应用于本发明的实施方式中，如各类光谱、质谱分析设备。其中，ICP-OES或ICP-MS具有多元素同时检测、检测限低等特点，为本方法的首选。当采用ICP-OES为检测设备时，由于仪器对卤素没有响应信号，可采用离子色谱或离子选择电极等方式作为补充。

相对于现有技术而言，在本发明的实施方式所提供的检测方法，采用工况条件下的在线实时吸收/富集和广谱分析方法，并且不摒弃吸余气，因此可采集大量气体和/或按需设定切换时间，保证不间断气体采样和杂质监测；吸附物富集可降低分析要求和/或提高检测灵敏度，而广谱仪器分析则可降低设备投资和简化分析过程，提升杂质监测的可靠性。此外，本发明的实施方式还对吸附剂进行了氧化剂处理以及浸渍碱液的两步改性步骤，其中，在进行第一步氧化剂改性处理后，吸附剂可以更有效地吸附合成气中的各类金属杂质，并增加对硫、砷及各类金属元素的吸附效率；进行第二步浸渍碱液的改性步骤后，吸附剂可更有效地吸附气体中的H₂S、COS、氯、卤素、酚类等酸性杂质。