[发明专利]一种检测燃料电池氢气中永久气体的气相色谱系统和方法

说明书

本发明属于测量领域，具体公开了提供一种检测燃料电池氢气中永久气体的气相色谱系统和方法，该气相色谱系统包括第一分析通道、第二分析通道以及载气通道，使得氢气在第一色谱柱和第二色谱柱实现CO、O₂、Ar、N₂、CH₄的分离、在第三色谱柱中实现CO₂的分离，以及在第四色谱柱实现H₂的分离。该气相色谱系统不仅集成度高，可操作性强，分析时间短，同时对目标物进行定性定量分析，检测结果有效可靠，检测级别达到ppb级。

技术领域

本发明属于化工检测领域，具体涉及了一种检测燃料电池氢气中永久气体的气相色谱系统和方法。

背景技术

氢能作为一种高效、清洁、低碳环保的二次能源，在新能源动力车产业的应用中是替代石油燃料的理想解决方案之一。氢燃料电池车FCV是采用质子交换膜燃料电池PEMFC，通过催化剂作用下氢气和氧气之间的反应将化学能转变为电能，以水为最终产物实现零排放、无污染的环保型新能源车。作为燃料的氢气，其品质直接决定了燃料电池的性能和寿命。目前化石燃料制氢是氢气的重要来源之一，而化石燃料在产氢的过程中不可避免带有He、CO、CO₂、CH₄、N₂、O₂、Ar永久气体杂质，这些杂质是影响燃料电池耐久性的主要因素之一。所以与炼厂用氢不同，FCV用氢气除在纯度上提出要求以外，更重要的是对其中关键痕量杂质的控制，否则将严重影响电池的运行效率和寿命。

现有技术中对FCV用氢气中杂质组分的分析采用的是气相色谱+镍转化炉+氢火焰检测器+热导检测器的分析方式，即GC-Ni-FID-TCD，该分析方式不仅对分析仪器具有较高的检测灵敏度要求，还对样品的前处理、分析过程的操作以及分析流程的设计都有更加严格的要求。同时该系统对聚合烯烃原料中杂质含量检测无法达到ppm级别，不符合杂质的检测标准。

提出一种新的FCV用氢气中杂质组分的分析的方法对燃料级氢气品质控制、纯化技术的开发及燃料电池催化剂新材料的开发均具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测燃料电池氢气中永久气体的气相色谱系统和方法，该方法不仅集成度高，可操作性强，分析时间短，同时还可对目标物进行定性定量分析，检测结果有效可靠，检测级别达到ppb级。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种检测燃料电池氢气中永久气体的气相色谱系统，该气相色谱系统包括：

第一分析通道：包括第一进样管线、第一分析通道A、第一分析通道B、第一出样管线和PDHID检测器；所述第一分析通道A包括依次连通的第一六通阀、第一色谱柱、第二六通阀、第二色谱柱和第三六通阀，所述第一分析通道B包括依次连通的第四六通阀和第三色谱柱，所述第一六通阀分别与所述第一进样管线和第四六通阀连通，所述第四六通阀与所述第一出样管线连通，所述第三六通阀分别与所述第三色谱柱和所述PDHID检测器连通；

第二分析通道：包括第二进样管线、第二出样管线，以及依次连通的第五六通阀、氢气渗透装置、第四色谱柱和TCD检测器；所述第二进样管线和第二出样管线分别与所述第五六通阀连通；

载气通道。

根据本发明，优选地，所述第一色谱柱为分子筛色谱柱，柱长为30～60m，内径为0.25～0.32mm；所述第二色谱柱为分子筛色谱柱，柱长为30～60m，内径为0.25～0.32mm；所述第三色谱柱的固定相选自聚苯乙烯类、聚二乙烯苯类和键合硅胶类中的至少一种，柱长为30～60m，内径为0.25～0.32mm；所述第四色谱柱为分子筛色谱柱，柱长为1～5m，直径为1/18～1/14in。

根据本发明，优选地，所述载气通道包括与所述第一六通阀⑤号口连通的第一载气、与第二六通阀③号口连通的第二载气、与所述第四六通阀⑤号口连通的第三载气以及和所述第五六通阀⑤号口连通的第四载气。