气相色谱法应用于焦炉煤气的分析

焦政华等

摘 要：文章采用气相色谱法对于焦炉煤气的组分进行分析，经过对试验数据的具体分析，得出焦炉煤气的组分。该方法与其他方法相比具有数据准确可靠、试验速度快等特点，可将此方法广泛应用于焦化工业的分析领域。焦炉煤气是钢铁冶炼工业中的重要燃料，气相色谱法可以逐渐替代传统的质量检验方法，能更加高效地促进工业生产。

关键词：气相色谱法；焦炉煤气；化学分析

中图分类号：TQ547 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0175-02

1 焦炉煤气的相关分析

在钢铁冶炼工业中，煤气是重要的工业燃料。煤气根据来源分为转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气和混合煤气。

高炉煤气和转炉煤气都是冶炼过程中产生的副产品，焦炉煤气是将煤炭置于隔绝空气的条件下进行强力加热产生的混合其他，其可以应用于工业生产的加热、发电、民用等各个方面。进行组分分析后，还可将其中的某一些分作为化工原料进行二次加工生产利用。

由于煤气的多种多样，不同煤气的含量和成份和也都不相同，煤气气体主要的成分有氢、氧、氮、二氧化碳、乙烯、甲烷、一氧化碳、乙烷等气体，利用气相色谱法可以简单快速的分析煤气的组分，配合着TCD（热导检测器）即可定量的测定常量气体组分。依靠着FID（氢火焰离子检测器）就能确定微量的烃类其气体的组分。本文以工业中应用广泛的焦炉煤气研究，对氩气和氮气作为载气，对焦炉煤气进行分析研究，研究发现了一种可靠简单的分析方法，根据可燃气体的含量和其燃烧热，采用Excel创建函数，列出具体热值的计算方法，可以利用该发现对煤气的热值进行简便快捷的计算。

2 试验部分

2.1 试验仪器确定

本次试验使用仪器为北京北分瑞利分析仪器有限责任公司生产的SP-342型气相色谱仪；色谱柱的参数为：TDX-01、内径为φ3×1.2 m；GDX-502、内径为φ3×4 m，使用热导检测仪器和氢气火焰离子化检测器对进气体量1 ml，我们使用北京北分瑞利分析仪器有限责任公司生产的BHS-3型空气泵以及皂沫流量计。

2.2 试验所用试剂和材料

高纯客气：纯度≥99.99%；高纯氢：纯度≥99.99%；铝塑内胆取样器（1 L），合成焦炉标准气体。所有标准气体单位均为/MJ·Nm-3。其中H2、O2、CH4、CO、C2H4、C2H6、C3H8分别为60.2%、0.5%、21.3%、3.8%、1.2%、0.6%、0.1%。N2、CO2含量分别为6.1%、6.2%。

2.3 试验方法

采用皂沫流量计控制氩气流速和氢气流速，将两者都调节到30 ml/min，然后将空气泵打开，流速设置为300 ml/min。然后开动色谱分析以，等到色谱柱，检测器与进样器的温度都达到预先设定好的温度范围，进行40 min后，采用聚四氟乙烯管运送标准气体，将其放置在进样口处，同时出样口处连接盛水的光口瓶，我们通过瓶中的气泡数量来控制流速，慢慢打开开关，置换完成后重新关闭气瓶开关。打开分析软件后，将所用仪器设定值焦炉煤气分析模块，按下色谱启动和数据采集按键。仪器会按照设定后程序自动进样进行样的分析，分析结束后，对模板进行更新，用仪器进行单点校正，该模板对样品进行确认和分析。

3 试验结果分析与实验结果的讨论

3.1 载气分析的选择

载气的选择要考虑到该气体的反应的活泼性应该较低，所以选择高纯氮气和惰性气体中的氩气作为载气。当选择高纯氮气时，气体成本较低而且氮气活泼程度也较低，当选择高纯氦气时，其热导率非常灵敏灵敏，但是氦气的成本较高。所以最终选择惰性气体中的氩气作为载气进行煤气组分分离，既能测出氧气含量，也能检测出氮气，试验最终确定高纯氩气作为载气。

3.2 试验条件的确定

由于该试验进行的是气体组分分析，所以色谱柱采用常温即可。试验时温度略高于气温即可，可将其温度定为40 ℃，进样器的温度需要高于色谱柱柱温，可设置为60 ℃，辅助箱温度为380 ℃。检测器的稳定固定在100 ℃即可，不用设计程序性升温过程。

3.3 取样过程和进样过程的分析

在较早的焦炉煤气分析试验过程中，取样时多采用橡胶制作的皮囊，由于材质的缺陷非常容易导致组分吸附在上边，而且氢气是小分子的物质，特别容易扩散消失，所以我们分析的时间和时机要求非常严格，一般必须在30 min完成试验分析，否则结果会出现较大误差。

本文试验研究采用新的铝塑膜内胆取样器，取样器中的内胆铝塑膜由于活性较低，能够对焦炉煤气的组分进行很好的保存。在煤气采样过程中，需立于风头，使取样阀门打开放气2～3 min，利用煤气将取样器内的气体置换至少3～4次，以保证取样器内的空气必须全部排放出去，取样完成以后，将阀门关闭。进样过程中，需要确认分析气体和标准气体量的一致，进样时需观察广口瓶中气泡速度和标准气体的速度是完全一致，进行气体置换0.5～1 min，然后关闭取样阀门。

3.4 组分分析程序的优化

该试验采取的煤气组分分离和检测的示意图如图1所示。

在图中的TDX-01色谱柱能将氧气、氢气、一氧化碳、氮气和二氧化碳分离出来，在GDX-502的色谱柱上能够将丙烷、乙烯、乙烷、甲烷分离出来。热导检测器可以检测出有TDX-01仪器分离出来的气体，采用氢火焰离子化检测器则可以检测出由GDX-502色谱柱分离的气体。

色谱仪中上配置有两个自动六通阀，能将两个型号的色谱柱连接起来，分别进样之后就可以检测出TDX-01色谱柱组分分离结果与GDX-502色谱柱组结果。

本次研究结果显示，使用聚四氟乙烯管进行连接GDX-502的定量管入口与TDX-01色谱柱连接的定量管出口，置换一次得到定量管的两个采样结果。

甲烷保留的时间为3.179 min，使用与TDX-01连接的六通阀进样6 s后，设置分析陈旭后，将连接GDX-502的六通阀进样启动，那么图3中，在色谱启动后3～5 min内则可完成甲烷与乙烷的分析，而在7.5～8.5 min之间，丙烷可完成分离，同时不会对CO与CO2进行分析。

根据试验需要将检测器、继电器在操作面板上进行设置后，得到焦炉煤气分析的结果，经过对取样分析方法优化以后，进行分析的时间有了明显的缩短，使分析操作的流程简单化，原来的0.5 h变为12 min，所用气体耗量明显减少，同时成本分析有明显的降低，分析数据也能够实现一次性采集，使热值的计算更为方便。

3.5 煤气的残余释放

进行煤气分析操作的时候，使用标准气体以及式样在进行置换时，会有一定含量的残余煤气产生，残余的煤气中CO和硫化氢都是剧毒气体，如果释放不当则会在实验的房间内进行扩散危及试验人员的身体健康对人身安全造成严重的威胁，因此在实验结束后，必须要有效安全的释放残余煤气。

经试验可知，将双孔橡胶塞安装在广口瓶上部，使其中的一个插孔用来插入连接煤气出口的导管，另外一个插孔插入一定长度的聚四氟乙烯管，使残余煤气排放到室外，经过改造，使残余煤气直接排到室外，有效保证了不会对操作人员身体健康造成影响。

3.6 热值的计算

计算的公式如下：

煤气热值（MJ/Nm3）=氢气%×0.1079+乙烯%×0.5944+甲烷%×0.3588+甲烷%×0.9318+一氧化碳%×0.1264+乙烷%×0.6435。

建立命名为“焦炉煤气热值计算”的Excel文档。

BFS-2002分析结果栏中，选中分析组含量和名称的对应列，复制以后在新建立的文件内，单击单元格，粘贴选定的内同。在第一行含量列的右侧，将热值的计算公式进行编辑。对其中引用相对应组分的单元格数值，则完成公式输入，按回车键后，该试样结果的热值自动计算完成。在对其二次分析时，紧接着前面分析结果的最后一行处，粘贴其分析的内容，单击热值列的单元格，使鼠标显示放在该单元格右下角，当其变为“+”时，点鼠标左键向下拖曳，在该次分析第一行热值对应列数值即该次分析热值。

4 结 语

本次实验采取氩气作为载气体，使用铝塑，膜内胆的取样器取代传统所用乳胶球胆取样器，温度的条件选择为色谱仪进厂时的设置，部分改造仪器进样，将仪器分析程序进行调整后，通过一次的进样我们实现了两个定量管取样分析及置换过程，实现煤气全部谱图的采集分析，分析时间有明显的缩短，分析成本有明显降低。在残余煤气排放时，进行改造直接将残余煤气排到室外，操作人员的身体安全得到了保障，最终得到煤气热值的简便计算，从而得到了一种更准确、更简便、更快速、更安全的热值分析及煤气组分方法，得到了科学准确的分析数据，从而更科学的指导煤气生产。通过焦炉煤气组分的成功分析，进而可将气相色谱法应用到更多的工业化冶炼生产过程的气体分析中，该方法的应用前景非常广阔。

参考文献：

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