[发明专利]一种生物质燃气中轻焦油的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质燃气中轻焦油的分析方法，具体涉及一种生物质燃气中轻焦油采样及GC-MS(气相色谱-质谱)分析方法，属于生物质热化学转化和化学分析等交叉技术领域。

背景技术

生物质气化过程不可避免地会伴生焦油。焦油在燃气后续使用过程，易与水、粉尘和炭颗粒等杂质结合，堵塞输气管和阀门，腐蚀金属；难以完全燃烧，产生炭黑等颗粒，对内燃机和燃气轮机叶轮损害严重；其能量一般占燃气总能量的5～15％，难以与燃气一起燃烧利用，降低了气化效率。因此，燃气中的焦油必须进行深度净化。

生物质燃气焦油可定义为生物质热化学转化过程产生，由芳烃及其衍生物组成的复杂混合物。可检测到的组分即达100多种，其中，质量分数大于5％的约有7种，分别是苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘、酚和茚。焦油在300℃以上呈气态，低于200℃逐步凝结为液体。

焦油成分复杂，对其进行成分和结构解析可为其分离和综合利用提供基础资料，解决其带来的环境问题和资源浪费问题，进一步可提取酚类等宝贵的化工原料或加工成各种燃料油或溶剂。因此，对于焦油的高附加值利用，将直接影响燃气生产过程的成本。为了更好地利用焦油，发展了焦油全成分分析的GC-MS以及液质联用(HPLC-MS)方法。但是，这类方法较为复杂，采样通常是冷凝获得的半凝胶状焦油，样品需要进行溶剂萃取、酸碱分离酚和层析分段等措施，才能再行分析；经常还要辅助红外和元素分析，才能进行较为完整的定性和定量。

为了保证生物质燃气的安全使用，必须对其进行深度除焦，除焦后，燃气中焦油含量一般低于200mg/Nm³(约200ppm)。此时，燃气中焦油的组分数大幅减少，主要集中于小于4个苯环的轻多环芳烃类焦油。对于经过净化后的燃气中微量的焦油，上述分析方法显得过于复杂，通用性差。吸附-热脱附色谱法是针对这类微量有机物分析的重要方法。但是，这类方法，热解吸温度一般不超过250℃(3或4个苯环的焦油难以有效解吸)，解吸时间长、解吸效率低，一般回收率低于90％。日本Yoshikawa团队(Son Y,Sato M,Namioka T,Yoshikawa K.A study on measurement of light tar content in the fuel gas produced in small-scale gasification and power generation systems for solid wastes.J Environ Eng 2009,4:12-23.)建立了燃气焦油吸附-热解吸的GC-FID(FID，氢火焰)方法，缺点是热解吸效率低，同时，单纯的色谱对于焦油成分的定性也存在局限。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种生物质燃气中轻焦油的分析方法。

本发明的技术方案为：一种生物质燃气中轻焦油的分析方法，其具体步骤如下：

(1)焦油采集：利用装有吸附剂的取样管在室温下(一般0-25℃)进行焦油样品收集，收集后置冰箱冷藏储存；

(2)焦油解吸：利用有机溶剂，在加热和超声措施下进行置换解吸，解吸后离心分离吸附剂粉尘；

(3)质谱定性：解吸得到的焦油，利用质谱进行定性分析；

(4)标准曲线准备：利用步骤(3)定性的成分，配置不同浓度的标准溶液，进行色谱分析，并绘制标准曲线；

(5)定量分析，利用步骤(2)解吸得到的焦油进行色谱分析，并和步骤(4)得到的标准曲线进行比较，推算得到燃气中焦油的含量。

优选步骤(1)中所述的燃气采集流量为10～1000ml/min，采集时间为1～10min。

优选步骤(1)中所述的吸附剂为活性炭或商用Tenax TA(基于2,6-二苯基呋喃的多孔型聚合物)；所述的吸附剂比表面积优选大于800m²/g，孔分布跨越微孔、介孔和大孔。

优选步骤(2)所述的有机溶剂为甲醇、丙酮或氯仿中的至少一种；有机溶

剂和吸附剂质量比为10～30﹕1。

优选步骤(2)的超声频率为30～100kHz，超声时间为5～20min；置换解吸温度为30～50℃；所述的离心分离条件为：离心转速为3000～8000转/s，离心时间为3～5min。

优选步骤(3)所述的质谱定性条件为：离子源温度230～300℃，传输线温度为250～300℃；扫描模式为电子扫描，电子轰击能量60～80eV。