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“氢”装上阵┃BID检测器轻松应对杂质分析

导读

近几年,我国高纯氢气(纯度99.999%)需求量快速增长,2017年需求量已达到2.58亿立方米,预计2022年中国高纯氢气需求量就超过4亿立方米。高纯氢气广泛应用于电子、精细化工、冶金、食品加工、建材浮法玻璃制造等领域。当前,我国已经成为全球重要的氢气生产国,氢气的生产方法以煤制气、天然气制氢、甲醇裂解制氢为主。随着光伏产业的复苏和风电制氢稳步推进,水电解制氢将迎来新的发展机遇。政策扶持和技术进步双引擎驱动着氢能产业发展:

2016年1月,《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》首次提出氢能发展路线;

2019年3月,推动加氢站建设首次写入政府工作报告;

2022年3月,国家发展改革委、国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》。

 

数据来源:中国氢气行业现状分析与发展前景展望报告

灰氢、蓝氢和绿氢 

根据制备方式的不同,可将氢气分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢,是通过化石燃料燃烧产生的氢气,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%左右。蓝氢,是将天然气通过蒸汽甲烷重整或自热蒸汽重整制成,在生产蓝氢时也会产生温室气体。绿氢,是通过使用再生能源(例如太阳能、风能、核能等)制造的氢气,例如通过可再生能源发电进行电解水制氢,在生产绿氢的过程中,没有碳排放。从灰氢过渡到蓝氢,再到最终实现绿氢,是氢能未来低碳化、无碳化的趋势。在我国灰氢和蓝氢占有很高的比例,导致氢气中杂质相当复杂,只有满足《GB/T 37244-2018 质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》质量要求的氢气才能允许用于氢燃料电池车;不满足该标准的氢气在运输、储存、加氢和燃料电池工作过程很可能会引起各种安全事故。

 

高纯氢气中杂质危害

高纯氢气中可能含有的杂质有O2N2CH4CO、CO2,这些杂质的存在对产品品质、后续工艺都会存在负面影响。

PSA工艺中,氢气的CO、CO2含量超标会引起聚丙烯、聚乙烯装置反应中止,从而导致装置停车;

半导体工业,微量杂质的“惨入”,将会改变半导体的表面特性;

氢燃料电池,引起催化剂中毒,降低膜的使用寿命。

GB/T 3634.2-2011氢气第2部分:纯度、高纯氢和超纯氢》对杂质含量做了比较严格的规定。按标准要求,高纯氢气中O2N2CH4CO、CO2的指标均在5ppm或5ppm以下,对于常规的TCD检测器,显然很难满足分析需求。在常规配置里,需要通过甲烷转化炉将CO、CO2转化成CH4后,再通过FID检出,因此在一套方案里,需同时配置TCD和FID两个检测器,同时借助MTN等部件。岛津BID检测器,代替这两个检测器,同时实现无机气体和轻烃类混合物的高灵敏度分析。

 

BID与TCD、FID的检测浓度范围对比

岛津解决方案

气相色谱(BID检测器)轻松应对高纯氢气中杂质分析

BID检测器(Barrier Discharge Ionization Detector 介质阻挡放电等离子体检测器),在氦气中,通过在石英玻璃管(绝缘介质)上加高电压,产生氦等离子体。色谱柱流出的组分在氦等离子体的能量轰击下离子化,收集极收集产生的离子,形成电流,输出色谱峰。氦等离子体具有极高的光子能量(17.7eV),因此BID检测器可以高灵敏度检测除Ne和载气He之外的全部化合物,是真正意义上的下一代通用型检测器。

 

 

案例分享

对于有机化合物,BID检测器的灵敏度是FID的两倍以上,对于无机气体,BID检测器的灵敏度是TCD的100倍,本文采用岛津BID检测器,建立了针对高纯氢气中杂质的分析系统,具有配置简单,灵敏度高,重复性好的特点。

 

标准气体由大连大特气体有限公司提供。标气组分浓度如表1。将标准气体钢瓶样品通过专用减压阀减压后与气相色谱仪连接,并置换管路中残留气体后进样分析。一次进样,O2N2CH4CO、CO2BID检测器上依次出峰。谱图如图1。结果显示目标组分峰面积RSD%(n=3)均小于1,检出限小于0.5ppm。

1. 高纯氢气中各组分含量表(μL/L)

 

 

1. BID的色谱图

2. 气体组分的峰面积重复性RSD%(n=3)及检出限

 

结语

发展氢能产业,对构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现碳达峰碳中和目标,具有重要意义。为了实现这个目标,技术创新在整个氢能产业链构建过程中至关重要。岛津GC结合BID检测器,实现对高纯氢气中微量O2N2CH4CO、CO2含量的分析,和常规的TCD+FID多阀多柱系统相比,几个指标在一个检测器上实现检测,降低了设备成本和操作维护难度,同时具有配置简单、灵敏度高、重复性好的特点。

本文内容非商业广告,仅供专业人士参考。




关于岛津


      岛津企业管理(中国)有限公司是(株)岛津制作所于1999年100%出资,在中国设立的现地法人公司,在中国全境拥有13个分公司,事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心,并拥有覆盖全国30个省的销售代理     商网络以及60多个技术服务站,已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念,始终致力于为用户提供更加先进 的产品和更加满意的服务,为中国社会的进步贡献力量。

  更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/

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