[發明專利]一種用于生物燃氣在線激光拉曼光譜分析儀的預處理裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201510049893.3
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104713867B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 定明月;王鐵軍;馬隆龍;熊友輝;劉志強;王晨光
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所;武漢四方光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N1/34
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域：

本發明涉及一種用于生物燃氣的在線分析儀器的預處理裝置，具體涉及一種用于生物燃氣在線激光拉曼光譜分析儀的預處理裝置及其使用方法。

背景技術：

能源是現代社會賴以生存和發展的基礎，清潔燃料的供給能力關系著國民經濟的可持續性發展，是國家戰略安全保障的基礎之一。近100年來由于化石能源的大量使用，使可開采的化石能源儲量日趨減少，而化石能源的形成又非一朝一夕可以實現，因此能源儲備與能源消耗的缺口日益增大；為了緩解資源短缺和環境污染帶來的雙重壓力，實現可持續發展，可采用的方式有提高現有能源的利用率和開發新能源，其中可再生、豐富、環境友好的生物質能作為替代能源極具發展前景。生物質能的利用方式多種多樣，生物質熱解氣化是將固態生物質轉化為可燃氣體的技術，不僅能將低品位的生物質能轉化為高品質的合成氣，更能大大拓展使用范圍，例如利用費托合成技術制備潔凈液體燃料，既可作為燃料電池的原料，也可發電或供熱等。

生物質粗燃氣的主要成分是H₂、CO、CO₂、CH₄、焦油以及其他輕質碳氫化合物等，將生物質粗燃氣轉化為不同H₂/CO比的合成氣，可合成不同類型的潔凈燃料。在該過程中H₂/CO比的調節和CO₂含量的控制是合成轉化的關鍵，這需要對復雜氣體成分進行實時檢測。目前，對于生物質熱解氣化成分，重整凈化組分以及合成尾氣等的分析主要采用色譜分析儀。然而生物質燃氣中的重質烴類、固體雜質等可能污染、堵塞分析系統，影響在線取樣裝置的正常運行，進而影響分析數據的準確性；并且水和有機溶劑等雜質進入色譜柱，造成分析色譜柱固定相流失，引起其柱效降低、分離效果變差。因此，在生物燃氣進入色譜分析儀前，需要建立預處理系統，對樣品進行凈化和干燥，除去樣品中的水、焦油等重質烴類雜質，為在線分析儀提供干凈和穩定的分析樣品。

中國專利CN102288706A、CN103091427A、CN103091426A、CN103091428A、CN201173877等提出針對在線色譜分析的預處理裝置及使用方法，所述預處理裝置不能滿足生物燃氣中焦油、灰分和含水量大的凈化分離需求。

激光拉曼光譜技術是基于拉曼散射效應的分子結構表征技術，已應用于石油化工、精細化工等領域。由于拉曼光譜對C-C、C＝C等基團響應強烈，使之既可以分析原料，又可分析流路樣品和成品以及中間副產物。激光拉曼光譜氣體分析儀可對工業流程中的多組份氣體進行定性、定量實時檢測，可對多流路多成分進行分析，分析速度可以1秒以內，不需要消耗載氣，可替代多臺傳統色譜分析儀和新型的質譜儀，大大節約建設和維護費用。但是在在線分析生物燃氣樣品中時準確性和靈敏度欠佳。

發明內容：

本發明的目的是針對激光拉曼光譜分析儀在線檢測生物燃氣過程中，由于待檢測生物燃氣中焦油、灰分、水、雜質等干擾拉曼熒光，樣品的溫度過高，生物燃氣的壓力和流速的波動等影響分析數據的準確性，靈敏度及連續穩定運行的問題，提供一種用于生物燃氣在線激光拉曼光譜分析儀的預處理裝置及其方法，實現對待測樣品的凈化除雜、降溫冷卻和流速調節預處理，消除熒光干擾，以保證激光拉曼氣體分析儀的穩定運行及拉曼分析數據的準確性，靈敏性和實時性，為生物燃氣示范應用裝置的連續運行和實時監控提供數據積累。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種用于生物燃氣在線激光拉曼光譜分析儀的預處理裝置，所述生物燃氣來自生物質氣化系統或生物質合成系統，至少包括H₂、CO、CO₂、N₂、C₁-C₄氣相烴類物質，該裝置為集成系統，裝置的入口通過管線與生物燃氣連接，裝置出口通過管線連接激光拉曼光譜分析儀；該裝置至少包括依次連接的雜質處理單元、冷卻處理單元和定速控制單元；所述雜質處理單元包括并聯的焦油凈化單元和雜質吸附單元，所述裝置的入口設有三通閥，通過三通閥閥門的開關實現裝置的入口跟焦油凈化單元或雜質吸附單元的連接；生物燃氣樣品從裝置的入口進入，經焦油凈化單元或雜質吸附單元除雜后進入冷卻處理單元進行降溫再進入定速控制單元進行流量和壓力的調節后從裝置出口通過管線進入激光拉曼光譜分析儀。