热解析法范文（精选7篇）
热解析法 第1篇
山东省建筑标准设计《MC系列温度面积法热计量系统设计与安装》已由山东建大建筑规划设计研究院主编完成，经山东省住房和城乡建设厅批准(鲁建设函[2011]45号)，图集号L11NT38，于2011年10月1日起施行。
《山东省既有居住建筑供热计量及节能改造技术导则》(试行)于2008年10月12日发布，2008年11月1日施行。其中8.4.2条户间热量分摊方法的第一种就是温度法，适用于各种采暖系统，无需进行住户位置的修正。住建部于2012年2月29日发布行业产品标准《温度法热计量分摊装置》JG/T362-2012，自2012年8月1日起实施。以上导则、标准的发布无疑对温度面积法热计量系统的设计、施工有极大的推动作用。
虽然本图集属于暖通专业标准图，但其中大部分为电气专业设计内容，电气设计师对图集内容应比较熟悉并熟练应用。
2 MC系列温度面积法热计量系统功能简介[1]
2.1 系统适用条件
1)适用于新建、改建、扩建或既有居住建筑集中供暖的室内各种供暖热计量系统的设计与安装。
2)采用此计量方式的用于结算的热量表应具备通讯功能。
2.2 系统特点
1)MC系列温度面积法热计量系统(以下简称MC)应用在以水为媒介的集中供暖系统中，这种方法的出发点是按照住户的平均温度来分摊热费。如果某住户在供暖期间的室温维持较高，那么该住户分摊的热费也较高。它与住户在楼内的位置没有关系，收费时不必进行住户位置的修正。
系统基于“按需用热、按需供热、按需付费”的原则，采用“MC”温度面积法进行热量计量，将小区建筑物消耗的总热量科学合理地分配到每家每户，体现了计量系统的公平、合理、准确和透明。
2)本系统的热量分摊方式为：热量控制器将楼(栋)用总热量表计量的总消耗热量，根据楼(栋)内各住户面积及室内平均温度公平、合理、准确、透明地进行分摊计量。多功能热计量装置定时采集住户的室内平均温度，然后将住户面积、平均温度与总热量表消耗热量进行分析;通过“MC”算法进行计算，得出住户相应消耗的热量，然后进行实时记录、存储、显示、传输及计费管理。
3)本系统对用户热量的计量是在实际热舒适度下的热用户的分摊热量，消除了建筑物位置差别对计量结果的影响。
4)每户分摊的热量之和，等于结算热表计量的总热量，避免了难以解决的户间传热的计算问题，用户根据室温的分摊结果缴纳热费。
5)不需用户测量流量，避免了小口径热量表易堵塞的问题。每户需要检测温度和采集温度，在户内本系统不与采暖系统发生直接接触，不需检测流量和水质等。
3 MC系列温度面积法热计量系统应用解析[1]
3.1 系统组成
室内(每户)设备有户用多功能热计量仪表、数字温度传感器;户外设备有扩展器、控制器、故障诊断报警器、电源箱、热量结算表;管理中心配置系统管理软件。
3.2 系统应用解析
3.2.1 原理图
《MC系列温度面积法热计量系统设计与安装》图集P6楼栋原理图对系统组成做了说明。每户设1块户用多功能热计量仪表，最多可配置8个数字温度传感器。每台扩展器最多可连接32块户用多功能热计量仪表，每套系统均配置控制器、电源箱、热量计算表及数据传输单元等。
P7多楼(栋)共用热量总表原理图推荐了系统元器件间的线缆连接方案，当扩展器由各单元现场供电时，控制器箱至扩展器仅有通讯线。当系统由控制器箱集中供AC 220V电源时，电源线与通讯线分管敷设;集中供DC 24V电源时，电源线与通讯线可共管敷设。
P8～P11给出了各种采暖系统型式下的热计量原理图，图中可以清晰地看出本系统与采暖系统之间的关系。温度面积法热计量系统与采暖系统不发生直接接触，不需检测流量及水质等，不存在小口径热量表易堵塞的问题。
3.2.2 线路敷设
1)数字温度传感器、户用多功能热计量仪表、热量控制器、传输设备及总热量表之间可采用RVV-0.45/0.75kV导线连接。
2)室内户用多功能热计量仪表与数字温度传感器之间导线敷设，采用RVV30.5;室外热量控制器与户用多功能热计量仪表之间导线穿管敷设时，导线截面≥RVV61.0。
3)导线敷设方式1：穿套接紧定式钢管(JDG)暗敷设;穿焊接钢管(SC)明、暗敷设;穿镀锌金属线槽。除紧定管外，金属管与金属管，金属槽与金属槽之间必须做跨接线，所配接线盒必须为金属盒。
4)导线敷设方式2：穿PE阻燃性半硬质塑料电线导管、穿PVC塑料线槽等。塑料导管和塑料线槽的氧指数参数应>27，所配接线盒为塑料接线盒。
5)在电磁场辐射强度较大处(如电视发射塔附近)应采用屏蔽线缆。
P12详细介绍了新建建筑和既有建筑改造两种情况下数字温度传感器线路敷设方案。放射式敷设系统适用于新建建筑，导线穿钢管预埋在钢筋混凝土楼板内。导线采用RVV31.0，穿线钢管为SC15。塑料线槽敷设适用于既有建筑增加此系统时使用，导线全部敷设在塑料线槽内。室内导线采用RVV30.5，穿墙套管采用PVC20。户用多功能热计量仪表之间及至扩展器导线采用RVV61.0，穿线钢管为SC20。扩展器至系统控制器之间的管线为(RVV32.5+Cat.5e)-SC25，控制器与系统计算机之间可通过局域网、广域网和无线远程传输等方式进行通讯。
P13～P14分别介绍了一只扩展器连接一个单元或两个单元以上住户的户表热计量系统图，应该注意的是，不管采用哪种连接方式，一只扩展器最多连接32块户用多功能热计量仪表。
3.2.3 设备安装
1)根据住宅平面布置的特点，控制器、扩展器、远传模块箱，箱体分为2种尺寸。
2)箱体安装：箱体在楼梯间暗装时，箱体下沿距地1.6m，明装时距地2.0m。
3)安装热量控制器、传输设备及稳压电源等所需箱体均采用金属箱体，烤漆或喷塑，箱体内均应预留接地端子。
P15～P16示出了多功能热计量仪表在户内或户外设置时的平面布置图。户内安装时，户用多功能热计量仪表中内置一路数字温度传感器，在此仪表安装区域内不需要再增设数字温度传感器;户外安装时，应安装在保护箱体内，且每个采暖房间都需要设置数字温度传感器。数字温度传感器一般安装在采暖房间(卫生间、厨房除外)内屋门上方居中0.15～0.3m处，且应避开阳光直射及其他热源。相同户型的温度传感器安装位置应大致相当，这样测出的数据才能公平、真实地体现现场温度，才能使得热量分摊计算合理、准确。
P17介绍了系统控制器与扩展器、控制器与热计量总表、控制器与上位PC机通讯、扩展器与户表之间的联接平面布置说明。穿线钢管根据工程具体情况，可敷设在地面或首层顶板内。当工程有地下室时，控制器与扩展器之间的管线可敷设在地下室。图中热表控制箱(控制器、扩展器、通讯适配器和UPS电源)可设在弱电竖井中，也可设在热计量小室中。P18与P17不同的是系统控制器与扩展器之间的管线不走室内，室外埋地敷设或沿外墙明敷设。实施该系统时，需做好等电位联结。当户用多功能热计量装置管线进出室内外时，配电箱、控制器箱及扩展器箱应加SPD保护。
P19～P21分别绘制了热量总表设于室外、地下室及楼梯下部计量小室等不同场合下的大样图。本大样图由暖通专业根据建筑物具体情况选用，电气专业配合预留控制器与热量表之间的电源线及数据线。当热量表采用DC 24V电源供电时，电源线与数据线可共管敷设;当热量表采用AC 220V电源供电时，电源线和数据线应分别穿管敷设，此时供电线路应设剩余电流动作保护器。
P22列出了MC系列温度面积法热计量系统部件安装外形尺寸图，设计时可根据建筑物实际情况由电气工程师灵活选用。
3.2.4 电源要求
1)既有建筑，电源可以由每个单元配电箱公共照明计费回路的断路器处接引。
2)新建建筑，在设计时电源取自公共用电，可以在楼道照明箱处预留专用回路。
3)本系统对户用多功能热计量仪表、热量结算表及计算机终端等需提供AC 220V单相电源。存储器采用记忆芯片，无需断电保护。
3.2.5 施工图设计深度
MC系列温度面积法热计量系统是以热量总表为单位的计量系统，热量总表安装在供暖系统回水干管上。暖通专业确定热量总表的位置、电源电压及总表供热范围，并对系统元器件的安装位置提出建议。电气专业根据以上条件参考本图集绘制相应的热计量平面图、体现计量户数及户内数字温度传感器点数的系统图，标注线缆型号及暗装箱体尺寸，绘制图例，编写设计说明，一些标准做法可以直接引用图集内容。
应该注意的是，温度面积法热计量系统与建筑物的供暖系统是相对应存在的。当一栋住宅供暖系统的总供水管是一根时，系统按一套设计。当建筑物规模较大，总供水管是两根时，是两套供暖系统，两根回水干管安装两块热量总表，此时热计量系统应按两套设计，这两套系统必须与供暖系统的供暖范围一致。
3.2.6 造价分析[2]
MC系列温度面积法热计量系统报价为平均每户1 000元左右，传统的计量方式每户采用一块热流量计量表，进口表的价格约1 700元，能用5年左右;国产表的价格约1 000元，能用3年左右。本系统仅需检测室内温度，不需监测流量、水质等，在户内与采暖系统不发生直接接触，所以本系统的使用年限可以与建筑物的生命周期同步，这具有传统计量方式无法比拟的高性价比。
3.2.7 应用前景[2]
随着国家节能减排政策的大力推行，以及全国各地政府职能部门对居住建筑节能问题的严格把关，本系统的应用将会越来越普遍。它的热量分摊原则是根据各住户采暖面积及室内平均温度进行分摊计量的，与采暖用户的楼层、位置并无关系。这保证了采暖分户计量收费的公平性和准确性，显示热量的数据可直接用于收费。所以，本系统不仅会在新建住宅中大量采用，在既有住宅建筑的改造中也会显示出较大的优势。
4 结束语
MC系列温度面积法热计量系统在我国已有大量示范工程，我院也有多个住宅项目采用了本系统，得到了业主的肯定与好评。随着系统不断优化和广大设计师的大力推广应用，温度面积法热计量系统一定是采暖系统用热计量的第一选择。
参考文献
[1]山东建大建筑规划设计研究院.MC系列温度面积法热计量系统设计与安装[M].济南:山东省标准设计办公室,2011.1-22.
热解析法 第2篇
一、吸附管及空气采样
本文选用Tenax-TA不锈钢吸附管, 具有加热迅速, 不易变形, 方便保管携带等优点, 此吸附管内吸附剂的基体为聚2, 6二苯基-对苯醚[2], 具有热稳定性好, 有机物吸附能力强、耐高温、对水和无机盐无吸附作用等优点。采样时只需将吸附管连接到采样器的空气入口处, 设定采样流速和采样时间, 一定体积空气中的有机物就浓缩吸附在一根管中。注意由于管内固体吸附剂对空气的阻力一般大于液体吸附阻力, 采样流速一般不超过0.5L/min, 通常空气采样量为10L, 可根据空气中有机物浓度延长采样时间加大采样量。
二、标准物质定标吸附
在检测前, 需要用已知浓度一定量的标准物质进行模拟吸附, 经在线热解析仪热解气化后进入色谱系统, 记录保留时间和响应峰高或峰面积, 绘制标准曲线。每次定标1ul, 设定N2吹扫的速度为30-50ml/s, 温度较高时分子运动扩散能力强, 吹扫流量设置可偏小, 温度较低时吹扫流量设置可偏大。进样时缓缓注入, 由于苯的沸点较低, 定标控制在3分钟左右完成, 吸附充分且流失率较低;TVOC在4.5分钟左右完成定标, 低沸点有机物稍有流失但整体吸附较好, 所以一般情况下苯和TVOC分开检测。检测流失率可通过直接进样一定量标准物质进行比较计算。
三、热解析仪设定
本文采用HT-6890B型在线热解析仪, 采用运动独立式热解析炉, 吸附管升温速度快, 降温速度亦块, 热解温度、时间、进样时间可设定。大量实验研究表明:1、苯的解析温度低于180摄氏度时, 响应值不断变大且峰形对称性较差, 解析温度在230摄氏度时, 苯的响应值不变且峰行形称性较好;TVOC的解析温度低于180摄氏度时, 低沸点物质响应值不断变大且峰形对称性较差, 高沸点物质响应值较小且变化不大;解析温度在230摄氏度时, 低沸点物质响应值不变且峰行形称性较好, 高沸点物质响应值不断变大;温度大于270摄氏度, 高低沸点物质响应值不变, 峰形稳定。所以解析温度一般设定在300摄氏度。
2、热解时间低于30s时, 随着热解时间延长, 系统内的响应值变大, 50s时响应值基本不变, 60s时可认为热解完全。
3、进样反吹时间设定较小时进样不完全, 设定较大时, 载气吹扫受吸附管内吸附剂阻力影响分离速度, 一般设定为3min。
四、色谱分离
选用极性小于10的非极性毛细管柱, 带氢火焰离子化检测器 (FID) 的色谱分离系统, 气体流量设定N2=40ml/min, H2=30ml/min, Air=300ml/min, 柱前压0.05Mpa, 进样口温度220 0C、检测器温度240 0C。检测苯时柱温保持恒温800C, 检测TVOC时初温700C, 保持10min, 以速率100C/min上升至2300C。如下图为含苯2.0mg/ml的甲醇溶液及各组分含量均为1.0mg/ml代号为GBW (E) 081154的TVOC定标曲线。
五、小结
用热解析法检测室内空气中的苯和TVOC, 采样方便, 检验快捷, 定量准确, 此外, 吸附管经活化后可重复利用, 成本大大降低, 但由于挥发性有机物与温度、相对湿度、负压等多种因素关联, 不同季节、不同地区检测结果相差较大, 而国家标准中有害物质限量未对季节和地区进行分类, 建议国家标准适当修改。
摘要：本文主要讲述热解析法在检测室内空气中的苯和TVOC的应用, 通过阐述吸附管空气采样、标准物质定标、热解析仪设定, 色谱分离定量等步骤及原理, 突出了热解析法采样方便, 检验快捷, 定量准确等优点, 探索了苯及和TVOC的最佳定标、热解析、色谱分离条件及状态。
关键词：热解析法,室内空气,苯,TVOC
参考文献
[1]房云阁.空气质量检测实用技术中国计量出版社[M].北京, 中国计量出版社, 2007204-208[1]房云阁.空气质量检测实用技术中国计量出版社[M].北京, 中国计量出版社, 2007204-208
离子迁移谱热解析控制系统设计 第3篇
关键词：离子迁移谱,热解析,PI控制,数据采集卡
离子迁移率谱技术(Ion mobility spectrometry,IMS)目前已被广泛应用于痕量化学战剂、毒品、炸药等的快速检测及各种有机污染成分的实时监测和分析。它是在一定温度和气压下,通过精确测定弱电场中气相离子的漂移时间确定待测物质的种类。因此,IMS常用于气相样品的检测。将液相或固相样品快速高效转化为气相,引入IMS系统进行检测是当前IMS技术的研究热点[1],热解析方法是样品进样、应用较多的一种重要手段。
1.离子迁移谱控制系统
离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry,IMS),也称离子迁移率谱, 是在20世纪70年代初出现的一种新的气相分离和检测技术。它以离子漂移时间的差别进行离子的分离定性,借助类似于色谱保留时间的概念,起初被称为等离子体色谱[2]。以离子迁移谱仪(IMS)为应用背景的数据采集系统是目前国内的热门研究课题。
1.1热解析
热解析是用于离子迁移率谱(IMS)的液体和固体样品进样加热蒸发重要手段,通过载气空气或者惰性气体(如氮气或氦气)下,对进样进行检测。热解析的一般温度一般是在几百度左右,虽然说热解析是对IMS的液体和固体样品进样重要手段,但是检测高沸点或易分解,存在易重新凝结或过热分解的问题,而控制被控样品的进气温度很重要。
本设计采用的热解析温度控制要求:(1)设计一个在离子迁移谱中的温度控制系统;(2)主要功能:定值控制,温度控制范围:常温至230℃,精度:5℃;(3)保证进样温度恒定。
1.2迁移管
迁移管的基本结构如图1所示,包括样品入口、离化区、离子门、迁移区和探测器等部分。
迁移管的最前部是样品入口, 被测样品在载气的带动下由此进入离化区,载气一般是纯净的氮气或净化过的空气。
1.3离子迁移谱热解析控制系统总体设计思路
本设计是对被控设备迁移管的进气温度进行控制的系统,利用K型的热电偶对被控迁移管的进气口的进气温度进行采样,将采集的电压信号通过采集卡PCI2300的模拟输入通道接入,然后对信号进行放大,放大后的信号进行A/D转换,变为可用的数字量信号,再通过标度转换为对应的电势参数,除以对应放大倍数,就是采集过来热电偶所产生的实际电势值,将冷端补偿温度t0带入拟合公式,得出电势补偿值,求出实际被测温度在零摄氏度下的对应电势,计算出被测设备温度t,利用PI控制器编写算法运算,转化为矩形波信号输出,控制执行设备固态继电器,以控制加热带的加热,达到控制迁移管进气口进样温度的控制要求。
2.硬 件设计
2.1硬件结构
设计热解析系统, 利用现有设备对离子迁移谱热解析进行温度的控制设计, 利用固态继电器的通与断对加热带进行控制,通过K型热电偶的检测的温度,送到采集卡PCI2300进行放大和A/D转换,最后转换为对应的温度参数,显示在用VB编写的电脑界面上。通过PI控制器,对采集的温度进行换算,对采集卡PCI2300的开关数字量输出端口DO输出可变的占空比的矩形波,以控制固态继电器,达到控制温度的目的。
硬件结构图如图2所示:
2.2硬 件电路
硬件电路主要是构成由采集卡PCI2300采集热电偶的电压信号,通过采集卡的模拟通道IN1+和AGND为输入,通过相关运算,在采集卡开关量输出端口DO0和GND输出,接入固态继电器SSR线圈,以控制加热带的通断,达到控制温度的目的,如图3。
2.3 PCI2300采 集卡
PCI2300卡是一种基于PCI总线的数据采集卡 , 可直接插在IBM-PC/AT或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中,构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、工业生产过程监控系统。PCI2300板上装有12Bit分辨率的A/D转换器,为用户提供16双/32单的模拟输入通道。输入信号仪表放大器AD620调整到合适的范围 ,保证最佳转换精度。A/D转换器输入信号范围±5V、±10V、0~10V:32位PCI总线,真正实现即插即用;100KHz12位A/D转换器;32通道单端模拟输入或16路双端模拟输入; 支持软件查询方式;16路开关量输入,16路开关量输出;完备的函数模块使您可以方便地编写自己的应用程序,而不需要对硬件有所了解,真正做到即插即用。
3.软 件设计
3.1软件结构
初始化是把变量和控件变为默认, 采集热电偶产生模拟电压信号,通过A/D转换,将模拟的电压信号变为数字量,数字量转换为对应电势,计算被测设备温度,得出偏差值e(t),判断是否e(t)≤20℃,如果“是”则进行PI运算,否则以较大功率输出,设全功率的70%作为输出,输出端口就是采集卡PCI2300的开关量端口DO0,刷新页面参数,判断是都有停止加热,防止设备故常,急停使用,如果没有停止加热则继续循环,见图4。
3.2温 度采集
3.2.1温 度信号采集
将热电偶的两个接线端接到采集卡PCI2300的模拟输入的端口CH01(IN1+)和AGND上,通过采集卡PCI2300对热电偶产生的电压信号进行采集, 采集卡自带放大器对其电压信号进行放大,放大器的放大增益为100。
3.2.2 A/D转换
由于采集卡PCI2300设置采集模拟电压的范围为-10V~+10V,且采集卡是100KHz12位A/D转换器 ,将模拟电压范围内的数分为212=4096个数, 从而可以算出采集卡能分辨的最小分度电压是20V/4096=0.0048828125V≈4.88mv。A/D是将采集过来热电偶信号经放大后的电压信号变为数字量,储存起来。
3.2.3标度转换
标度转换主要是将得到的数字量数字的大小转换为温度的大小。采集过来的数字量要先变为对应的电压,除去放大倍数,就是热电偶产生实际电压值,再对热电偶进行补偿,计算出热电偶的补偿后的总电压值, 最后计算出热电偶测出的温度值。对冷端补偿计算和温度的计算,需要将K型的热电偶参数表进行拟合,得到热电偶的电压转换温度的函数关系式和冷端补偿温度转换为电压的函数关系式,利用拟合曲线软件origin,对已知的K型热电偶表进行拟合,得出以下(3-1)和(3-2)式子。
热电偶的电压转换温度的二次近似函数关系式:
上式(3-1)中A11=0.67352,B11=24.1209,C12=0.04184为热电偶拟合系数,E为冷端补偿后的电势, 它等于补偿后的总电压值。
冷端补偿温度转换为电压的一次近似函数关系式:
上式(3-2)中A21=-0.00827,B21=0.04048为热电偶冷端补偿拟合系数,为冷端温度。
将转换的数字量转换为电势公式:
上式D为A/D转换过来的数字量。
由于热电偶转换为数字量前, 是对热电偶的信号在放大100倍 ,在计算热电偶的真是电势需要出去100,故热电偶产生真实电势对应为:
热电偶补偿后的电势为:
实际的温度计算公式:
3.3 PI控 制器
3.3.1控制器PI的框图 ,如图5所示 。
3.3.2 PI算 法基本原理
PI控制器由比例单元 (P) 和积分单元 (I) 组成 , 在控制系统里作为反馈回路的一个部件, 其作用是将我们希望系统输出的预设值r(t)与实际输出值之间的偏差e(t)分别进行比例(P)和积分(I)运算,然后对结果线性组合得出控制量u(t),再对被控对象进行控制,使输出值迅速达到并稳定在预设值。当被控对象的变化规律难以完全被掌握的,较难使用其他控制技术,这时采用PI控制最简单和方便。系统结构图如上图5所示,其输入输出关系为:
3.3.3位 置式PI控 制器
PI控制器分为模拟PI和数字PI。随着计算机技术的广泛应用,很多控制系统使用计算机进行控制,这时需要使用数字PI控制器,本设计运用的是位置式数字PI。
模拟PI中的积分要在数字计 算机中使 用需要经 过离散化。离散的PI表达式是:
由上式可知,位置式PI每次的输出都要对e(k)进行累加,从而造成运算的工作量很大;若某些故障等原因使u(k)出现大的跳变时,会导致执行机构跟着出现大的位置变化,存在安全隐患。
4.结 语
通过实验证明,利用固态继电器当控制器,控制被控设备温度的设计方案是可行的,基本达到预期结果。相对于热电阻来说 ,热电偶结 构简单 ,没有复杂 的外围电 路 ,且安装方便,测量温度也方便。参数的整定运用了工程整定法中的反应曲线法, 通过运用经验法对控制参数一点点试验而得出的控制参数。
热解析法 第4篇
1热裂化反应与催化裂化反的反应特点
通过催化裂化过程中所引起的热裂化与催化裂化两种化学反应, 可将原油中存在的大分子元素油裂化解为小分子烃类, 也可利用缩合反应产生焦炭。在进行催化裂化的反应时, 在特别是温度大于600°的高温时, 利用自由基机理会产生热裂化反应, 而烃类进行热裂化的实际速度通常大于其他反应速度。同时, 在进行热裂化反应中所达到的产物所含化学物质最多的三种为乙烯、a~烯烃和甲烷, 属于无异构烃类, 烯烃与烷烃两者差距并不大[1]。
催化裂化反应的实际运行是基于正碳离子机理, 催化反应需要催化剂所含有的酸性活性, 对催化裂化反应起到重要作用[2], 催化裂化反应所产生的化学物质以c3、C4与异构烃类含量最高[3], 并且其中也含有很多的烯烃。催化裂化过程中所引起的热裂化与催化裂化两种化学反应有着多种特性, 并且伴随工艺条件与周围环境的变化而产生不同的反应结果。现阶段, 一旦使用催化裂化技术, 均是以高温或者大剂油比的操作工艺为主。伴随我国经济与科技的不断提升, 对于生产工艺的也有着更高更困难的要求, 每一家企业实现可持续发展的前提就是拥有先进的生产工艺与生产技术。随着工艺苛刻度不断提升时, 热裂化反应程度也会逐渐增长, 从而导致热裂化反应中所所生成的产物含有空气与焦炭的成分增加, 致使在进行相关液体产业的生产时, 其产率与质量会不断下降。需要格外注意其技术与工艺过程, 保证生产质量与生产率。
2热裂化反应与催化裂化反应的影响因素
通过研究催化裂化过程中所引起的热裂化与催化裂化两种化学反应的多种特点, 可更好的掌握影响两种化学反应的多种因素。利用先进的仪器设备在多种条件不断改变的情况下进行试验, 可观察到影响催化裂化过程中所引起的热裂化与催化裂化两种化学反应的多种因素, 可大致分化为温度、剂油比、 原材料性质与时间等四类。在保持进油时间、催化剂含量与速率不变的条件下, 利用调整温度进行研究与观察, 已明确温度是否会对热裂化与催化裂化两种化学反应产生影响。根据结果发现, 在进行催化裂化的反应时, 其温度的变化会对两种化学反应产生一定影响。温度在提升时, 催化裂化反应速率快速增加, 而当温度继续提高至538°时, 速率增加情况会产生变化。当实验温度小于538°时, 催化裂化反应的提升速率的速度小于温度大于538°时的催化裂化反应速率。实验结果说明在多种条件保持不变的情况下, 其温度提高至538°以上时, 裂化速率增长速度会更快。
通过研究可观察到, 在进行催化裂化的过程中, 剂油比也是影响两种化学反应的重要因素之一。在所以条件不发生改变的前提下, 通过实验研究进油时间, 确定剂油比对于两种化学反应产生效果变化规律。通过调整剂油比, 会发现催化裂化过程中所引起的热裂化与催化裂化两种化学反应也会随着发生一定程度上的变化。通过剂油比的逐渐增长, 可以观察到参与单位质量原料在进行裂化反应时, 其活性中心的数量不断增长, 进而致使催化裂化反应的各项速率随着增长。所以, 在进行催化裂化的过程中, 通过增加剂油比也可提升热裂化反应与催化裂化反应的实际速率。而剂油比一旦减少, 两种反应的速率提升也会相应的减少。
3结语
通过上文中观察到的催化裂化过程中所引起的热裂化与催化裂化两种化学反应的特点与影响因素, 探索两种化学反应与温度、剂油比、原料性质和反应时间之间的密切联系。利用适宜的催化剂与科学而合理的环境因素, 针对可能影响热裂化反应与催化裂化反应的条件, 进行适当的操作, 并调整周边环境, 最终达到可有效调整与掌控催化裂化过程中出现的热裂化反应与催化裂化反应, 并提升至最佳的反应效果, 使其可以为我国化学行业更好的服务与发展, 提升国内整体的经济效益, 促进化学行业与相关企业的快速进步与高速发展。
摘要：本文通过研究催化裂化过程中出现的热裂化反应与催化裂化反应进行详细分析, 从其反应特点与影响因素两方面入手, 以探讨可掌控两种反应的因素所在, 帮助稳定催化裂化的反应过程与提升两种化学反应的速率, 以供参考。
关键词：热裂化反应,催化裂化,反应特点
参考文献
[1]封艳峰.浅析热裂化反应和催化裂化反应的特点和影响因素[J].中国新技术新产品, 2012, 07:170.
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基于子模型法的焊点热应力分析 第5篇
塑封球栅阵列(PBGA)技术的出现解决了四边引线扁平封装(QFP)所面临的增加I/O数和精细节距带来的成本与可靠性问题,同时还具有更小封装尺寸、更低故障失效率的特征,适应了电子产品朝着便携式/小型化、网络化和多媒体化方向发展的趋势,成为目前封装技术的主流[1]。在PBGA封装中,焊点作为表面贴装芯片与PCB(Printed circuit board)基板之间的连接,主要承担传递电信号、提供散热途径、结构保护与支撑等作用。被连接的芯片与基板的热膨胀系数(CET)不匹配及焊点承受温度循环等问题将引起焊点产生疲劳破坏并进而导致器件整体的失效。因此,电子器件微连接焊点可靠性已成为电子组装及封装领域中热点问题之一[2,3]。
焊点的可靠性主要取决于焊点的内部质量、材料的匹配性、焊接材料的力学性能、焊点的几何形状等因素。然而,由于PBGA封装器件的焊点都隐藏在器件体下,导致焊点缺陷的检测以及失效试验分析都比较困难,而有限元法不仅能够简化这类复杂的问题, 还可以节省大量的人力物力[4,5,6,7]。但是由于PBGA 封装中的组件尺寸从亚微米变化到几毫米,焊点数目众多,同时计算机运行能力有限,使得在有限元分析中必须对其进行简化,导致最终计算结果存在较大误差,而利用子模型技术则可较好地解决该问题。
针对上述分析,本实验基于ABAQUS有限元分析软件,利用子模型法对PBGA封装结构的焊点在温度循环载荷下的应力场进行了研究,并比较了不同焊点直径、焊点高度、焊点间距对其应力场的影响规律,从而为提高PBGA器件封装的可靠性提供参考依据。
1 子模型技术
在有限元分析中,往往是针对整体结构进行网格划分,网格的疏密程度已经能够满足计算的精度要求,但是对于局部结构的分析,这些网格的疏密度却远远不够,如在应力集中区域。一般来讲,可以有两种方法得到局部区域的精确解:一是采用更密的网格单元对整体模型进行网格划分;二是只在局部区域进行网格细化。采用第一种方法会显著增加计算时间,甚至会由于单元数太多而导致计算无法进行;采用第二种方法即子模型法可以在有限的计算资源条件下,有效提高计算精度。
子模型法又称为切割边界位移法或特定边界位移法,该方法依据圣维南原理,将子模型切割边界上的实际载荷用等效载荷替代,对子模型单独进行有限元计算,子模型内部的应力和应变只在载荷施加的位置附近有改变,其他位置的计算结果依然有较高精度。利用子模型法进行有限元分析的基本步骤为:(1)进行整体模型分析,用较粗的网格对整体结构进行划分,不考虑结构局部的一些构造细节,然后分析整体结构,算出其特定部位(局部精细模型的边界部位)的位移响应;(2)建立子模型,根据结构实际的尺寸、构造以及分析目标的要求,采用恰当的单元建立局部精细模型,此时的网格密度增大;(3)对切割边界进行插值,将第1步所得位移响应作为边界条件,采用线性插值法将其自动施加到局部模型相应的位置;(4)子模型分析,子模型原有的载荷和边界条件不变,对子模型进行有限元分析。
2 有限元模型的建立
2.1 几何模型
本实验选择77 全阵列的PBGA 器件为研究对象,其组成元件自下而上包括PCB板、Cu焊盘、焊点、基板、芯片以及模塑料,除焊点外各组件的尺寸参数如表1所示。
为了比较不同焊点直径、焊点高度、焊点间距对其应力场的影响规律,本实验选择了3种不同的焊点直径,分别为0.56mm、0.66mm、0.76mm;3种不同的焊点高度,分别为0.4mm、0.5mm、0.6mm;3种不同的焊点间距,分别为0.8mm、1.0mm、1.27mm。
当分析不同焊点直径的影响规律时,固定焊点高度为0.6mm,焊点间距为1.27mm;当分析不同焊点高度的影响规律时,固定焊点直径为0.76mm,焊点间距为1.27mm;当分析不同焊点间距的影响规律时,固定焊点直径为0.76mm,焊点高度为0.6mm。
2.2 材料参数
各组成元件的力学性能参数如表2及表3所示。
2.3 载荷及边界条件
一般情况下,对于PBGA组件来说,PBGA集成块除了与PCB板通过焊点连接之外不会被固定,而PCB板则是通过各种方式被固定。所以假设PBGA板上表面为自由表面,而PCB板被刚性固定。
组件力学性能的有限元分析所采用的加载方式是温度加载,按照美国军用标准MIL-STD-883进行,如图1所示,温度范围为218～398K,高低温各保温15min,升温速率为12K/min。由于焊点的应力应变在热循环过程中呈周期性变化,一般认为在第四周期趋向稳定,所以进行4个周期循环。在周期性加载条件下,零应力应变状态时的参考温度T的选取不影响分析结果,为方便分析,选取T=293K。
3 结果分析
对于直径为0.86mm、间距为1.27mm、高度为0.6mm的焊点,PBGA塑封整体模型的分析结果如图2所示,图3为整体模型分析中焊点上的应力分布。从图2及图3可以看出,在图1的热循环载荷作用下,整体结构的最大应力出现在焊点处,说明焊点为PBGA塑封的薄弱环节,最易发生破坏。对于不同焊点参数的模型,其分析结果有类似的规律,因此需通过子模型法对焊点的应力场进行详细的分析。
Ahmer的研究表明[8],为了更准确地分析焊点中的应力分布,在子模型边界截取时,必须考虑Cu焊盘的影响,故本实验的子模型中包含了焊点与Cu焊盘两类组件。
子模型分析时,焊点共划分了126243个单元(在整体模型分析时,焊点共划分了4184个单元)。图4为焊点的Vonmises应力分布。从图4中可以看出,最大应力值出现在离中心最远的焊球上,拐角处焊点具有明显的应力集中现象,而且在靠近基板的一侧。中间焊点的应力最小,从中间焊点到边缘焊点应力变化呈逐渐增加的趋势。上述现象表明,焊点的裂纹有可能从焊点与基板相接触的一侧开始萌生,并由外向内扩展,这主要是由硅芯片、焊点和基板间热膨胀系数不匹配造成的。
不同焊点参数对焊点最大应力的影响规律如图5所示。从图5中可以看出,焊点的最大应力值与焊点直径和焊点间距成正比,与焊点高度成反比。这主要是因为焊点高度的增加有利于散热,降低了由于热循环引起的应力集中,从而导致焊点最大应力值减小。
4 结论
(1)在热循环载荷条件下,PBGA封装焊点的应力集中区域明显出现在阵列的最拐角焊点的上表面处,说明此处将成为焊点裂纹的发源地。
(2)在热循环载荷条件下,PBGA封装焊点的最大应力值与焊点直径和焊点间距成正比,与焊点高度成反比。
(3)利用子模型法,可以方便地对复杂模型中的关键部件进行较准确的分析。
参考文献
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基于热裂解法的印尼油砂性质考察 第6篇
石油与人类的生活密切相关。随着中国、印度等亚洲国家经济的快速发展,未来人类对石油的需求量将持续增加。但是,目前人类使用的石油资源的可开采年数(R/P)只有约40年 [1,2],与天然气、煤的开采时间相比低很多,而且与其它化石资源相比其分布情况非常不均[3]。因此全球对能源安全十分关注,进而开始关注非常规型石油资源油砂。
油砂也称为稠油砂、沥青砂或焦油砂,是一种含有天然沥青的砂岩或其他岩石,通常是由砂、沥青、矿物质、黏土和水组成的混合物。不同地区油砂矿的组成不同,一般沥青质量分别为3%～20%,砂和黏土质量分数为80%～85%,水质量分数为3%～6%。目前,国内外油砂分离技术主要有三种:热碱水洗法、溶剂抽提法、热解干馏法。本实验采用热解干馏法对印尼油砂热裂解性质进行考察。
1 实验过程
以印尼油砂为反应原料,采用高压釜作为反应容器(高压釜内部采用不锈钢内衬,油砂在不锈钢内衬内反应),平均反应温度520 ℃,反应时间100 min,反应过程中向系统持续通入适量N2,保持微正压操作(系统压力为0.16 MPa)。反应结束剩余的残渣残留在高压釜中,对生成的油气进行冷却收集。为防止油气中重组分因急冷而堵塞管道,系统采用三级冷却,前两级采用空冷,第三级采用水冷,反应装置及流程示意图参见图1。
1热电偶,2氨气入口,3反应器出口,4一级空冷器, 5二级空冷器,6冷却水入口,7冷却水出口, 8气体采样口,9水洗瓶,10尾气排放口
2 样品采集方案
本实验需要对印尼油砂热裂解反应产生的气体及液体进行组成分析,反应过程中确定如下采样条件:反应内温达到500 ℃,并维持20 min后,采用气体采样袋从图1所示的气体采样口进行采样,采样前对气体采样袋进行三次置换;反应结束后,从图1所示的一、二级空冷器及圆底烧瓶收集器中收集液体并混合均匀,对混合均匀后的液体进行组成分析。
3 实验结果与分析
在实验过程中,通过调节加热炉的加热功率控制高压釜内温的升温速率。温度小于400 ℃时控制升温速率约3 ℃/min,温度超过400 ℃后裂解反应加剧,因反应属于吸热反应,所以内温升温速率变慢,内温达到500 ℃后调节加热功率,维持反应温度不变。实验过程中反应器内温升温曲线参见图2,实验数据参见表1。
由表1可知:反应前后油砂失重率为17.75%(油+气+水+少量焦粉+液体损失,实验后发现水洗瓶内存在部分被携带出的焦粉,其含量约为0.5%;另外,实验结束后在高压釜内壁上发现部分飞溅的油滴,此部分计入液体损失,其含量约为1.0%),实际液体收率为12.68%(油+水),油砂含水率约为0.50%,考虑各种因素后估算裂解油收率约为13.18%(将液体损失计算在内并去掉水),气体收率约为3.57%(去掉携带出的焦粉)。油砂沥青在高压釜内进行热裂解反应,生成焦炭、裂解油和气体,其中焦炭残留在油砂残渣中,实验中无法计量,估计印尼油砂沥青热裂解过程焦炭收率在4.00%左右。由此可判断,油砂沥青含油率在21.25%左右(液体收率+气体收率+焦炭收率),常见油砂含油率统计结果参见表2。与采用甲苯抽提法获得的印尼油砂含油率(24%)相比,采用热干馏法获得的含油率较低,这可能与两次实验所取样品的不均匀性有关。
*:油砂为实验所用样品。
由表2可知:印尼油砂含油率较高,属于高品位油砂(含油率大于13%的油砂属于高品位油砂[7]),具备较高的商业开采价值。采用甲苯抽提法提取样品中的油砂沥青,并对油砂沥青进行四组分分析,分析结果见表3。
与加拿大油砂沥青相比,印尼油砂沥青的饱和烃和沥青质含量较少,而胶质与芳香烃含量较多。油砂裂解气组成分析结果及裂解油模拟蒸馏数据分别见表4及表5。
从裂解气气体组成和含量来看,油砂裂解气中甲烷与乙烷含量最高,含量总和达到80%,此外还有一定量的一氧化碳、丙烷等可燃气体,混合气体中甲烷、乙烷、丙烷等高热位热值气体含量较多,裂解气具有较高的燃料利用价值。
由裂解油模拟蒸馏数据可知,印尼裂解油初馏点36 ℃,终馏点为500 ℃,汽油及柴油馏分可占到70%左右,轻组分所占比例较大,油质较轻。
印尼油砂裂解油与大庆原油和胜利原油的馏分对比情况见表6。
从裂解油的馏分可看出:裂解油中轻质馏分与中质馏分含量较高,而裂解重质馏分仅占27.9%;与大庆原油及胜利原油的馏分相比,印尼油砂裂解油中轻质馏分和中质馏分所占比率为普通原油的2倍多,而重质馏分仅为普通原油的40%左右。由此可以看出,印尼油砂裂解油可作为较好的轻质原料。
4 结束语
(1)印尼油砂含油率较高,属于高品位油砂,具备较高的商业开采价值。
(2)与大庆原油及胜利原油的馏分相比,印尼油砂裂解油中轻质馏分和中质馏分所占比率高,可作为较好的轻质原料。
(3)随着我国经济的快速增长,人口数量的不断增多,我国对能源的需求及对进口原油的依存度不断增加。但是,常规石油资源已不能满足全球对石油的需求,因此应将目光转向印尼油砂等非常规石油资源,加大开发利用非常规石油资源的力度,将印尼油砂等非常规石油转化为低黏度,低硫、低金属含量的可利用的轻质油,降低对进口原油的依存度,以确保我国的能源安全。
参考文献
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热解析法 第7篇
1 材料与方法
1.1 装置和器具
本次实验采用的加热实验系统在沿用以往研究经验以及事例的基础上(例如加热温度、空气/载气进入的流量、装置内压力等调节方法相同),改良的新的加热体系,净化处理反应系统如图1所示。
图1中系统是从北京科伟永兴仪器有限公司采购的特制马弗炉,并且又自行进行了相应改装及组合,使温度可控制在0~1 000℃,进气风量控制为0~60 L/h,马弗炉为密封且装置内可形成正负压环境。低温热脱附实验的目的是探索低温热脱附技术对含硫化汞废弃脱汞剂具有最佳除汞效率的温度和时间等条件,并且要研究热脱附前后脱汞剂理化性质的变化,尽可能实现脱汞剂的再生。
加热前后污染物中总水银采用F732-VJ型冷原子吸收测汞仪进行定量分析,各样品中元素分析采用X射线荧光光谱仪及X射线光电子能谱仪谱图测试,结晶构造采用XRD以及扫描电镜+能谱测定。
1.2 材料
1.2.1 热解处理对象
实验中选取了不同的含硫化汞固体废物如表1所示。
对于含硫化汞污泥及废弃脱汞剂取样后在室内通风干燥,干燥后的含水比在10%以下。由于AxTrap273直径为1.4~2.8 mm,所以采用筛分法统一样品粒径为1.5~2 mm后直接用于实验。
对于含硫化汞污泥及废弃脱汞剂样品采用ICP-MS、原子荧光光度计以及X射线荧光光谱仪对其中元素进行测定分析,含硫化汞污泥结果如表2所示,废弃脱汞剂结果如表3所示。
1.2.2 其他试剂
活性炭为载体的含氯化汞废触媒由贵州银星集团贵州重力科技环保有限公司提供,其中汞含量在2%左右。3种硫化盐分别为硫化铁、硫化镁以及硫化钙,以及3种氯化盐分别为氯化铁、氯化镁及氯化钙。MERIT-G絮凝剂由贵州美瑞特环保科技有限公司提供。
1.3 样品系列
1.3.1 单纯氯化汞废触媒
精确称取(10.00±0.012)g废弃脱汞剂样品,向各样品中分别添加等量的氯化铁催化剂。
1.3.2 单纯含硫化汞污泥+催化剂
精确称取(10.00±0.012)g废弃脱汞剂样品,向各样品中分别添加等量的不同种类催化剂,如氯化铁、氯化镁、氯化钙、硫化铁、硫化镁以及硫化钙。
1.3.3 单纯废弃脱汞剂+硫化铁催化剂
精确称取(10.00±0.012)g含硫化汞污泥样品,向其中添加不同量的硫化铁催化剂。
1.3.4 单纯废弃脱汞剂+硫化铁+MERIT-G絮凝剂
精确称取(10.00±0.012)g废弃脱汞剂样品,向其中分别添加与汞摩尔含有量对应为10倍以及100倍量的硫化铁催化剂,再向其中分别加入定量的MERIT-G絮凝剂。
1.4 实验方法
低温热解脱汞处理实际操作环境为加热温度200~300℃,装置内压力96~99 k Pa(720~740 mm Hg),装置内载气风量:500~600 m L/min。把样品放入专用坩埚再放入装置内,恒温热解固定时间处理后取出,待自然冷却后用铝箔密封保存。尾气也如图1经过4%氢氧化钠溶液、硫化物溶液及高锰酸钾配置液吸收后最终经美瑞特烟气脱汞吸附材料收集处理后排入空气,经处理后的净化液及尾气所含的残余汞可达到国家规定的排放标准。
为了评价不同温度、时间条件及不同催化剂对汞的热解脱附在实验样品中的去除效果,引入去除率的概念:
式中,M为去除前含汞废物总汞浓度,mg/kg;m为去除后含汞废物总汞浓度,mg/kg。
不同汞化合物热解温度由低到高顺序Hg0≈(CH3)2Hg<Hg2Cl2<Hg Cl2<Hg S<Hg(NO3)2<Hg O<Hg SO4[9],可参考表4。另外氯化铁、氯化镁及氯化钙3种氯盐对汞去除率影响强弱顺序为:氯化铁>氯化镁>氯化钙,但在230℃时,去除率分别是66.2%、49.3%、15.8%,即使在300℃下加热25min最高脱汞效率也仅为96.1%[[11]。而且氯化铁以及氯化镁属于强酸弱碱盐加水后部分水解,加热过程中加速水解生成氯化氢,而且氯化氢呈强酸性,极易腐蚀常年运行的热解回收系统中的设备和管道。另外氯化氢可与汞的化合物作用生成氯化汞,与汞相比氯化汞易挥发且有剧毒,所以为防止上述问题的发生,实验中采用硫化铁、硫化镁以及硫化钙作为催化剂期待能有与氯化铁同等的添加效果。
2 结果与讨论
2.1 温度及通气量对热脱附处理的影响
根据以往研究[12]报道,氯盐尤其是氯化铁对含汞土壤热脱附处理中汞的去除率有明显的提升效果,同时考虑到氯化汞Hg Cl2的挥发温度较低,所以在实验中首先向含氯化汞触媒中添加与汞摩尔含有量对应为10倍量的氯化铁。图2为实验结果,研究表明氯化铁添加后在氮气环境下加热温度至300℃,并连续加热1 h,脱汞率仅为30%~45%,远远低于文献中96%以上的脱汞率。影响因素可能是土壤中含有触媒中没有的化学成分,加速了土壤中汞污染物的低温脱附净化。当加热温度为750℃时,连续加热1 h后废触媒脱汞率为98%以上。另外实验表明氮气通气量对汞脱除有一定影响。将流量分别调控到400、800、3 000 m L/min,可以发现在300℃以下时通气量的增减对汞脱除结果影响不是很大;在300℃以上时随着通气量的增加可提高汞脱除效果;但当温度达到600℃以上时提高幅度逐渐降低;但温度达到750℃左右时影响效果几乎为零。
2.2 热脱附反应催化剂的选定
杨乾坤等[13]研究过氯盐对含汞土壤热脱附有明显影响,即促进效果为Ca Cl2<Mg Cl2<Fe Cl3,且在300℃下加热25 min时,添加氯化铁调理的汞脱除率为96.1%~96.2%。另外赖莉等[14]的研究表明低温热解对土壤中的硫化汞有很好的去除效果,当温度在400℃时可基本上被去除。从单纯含硫化汞污泥+催化剂的实验结果可以发现,虽然硫化汞升华点在583.5℃,但当温度在300℃下连续加热60 min含汞污水处理过程中形成的污泥中的汞也有明显的脱除效果。尽管大部分低温热脱附研究中使用的都是氯化铁,被回收的汞的形态基本上100%都是氯化汞。但考虑到氯化铁作为催化剂会在热脱附处理过程中可能产生大量氯化氢,长期运行将会腐蚀处理设备,并且还会伴随毒性巨大的氯化亚汞的生成,所以我们期待添加硫化铁催化剂可预防上述潜在危害的形成。图3的结果显示,在300℃下连续加热60 min,硫化铁催化剂的添加也有很高的汞去除效果,并且与氯化铁相比并不逊色,去除率约为99.5%。其他镁系以及钙系催化剂虽有一定效果但远不如铁系催化剂。
2.3 废弃脱汞剂低温热脱附处理的影响因素分析
传统天然气净化吸附剂中的主要成分是载体三氧化二铝以及硫化铜等,并且铜系吸附剂的耐热温度即制造过程中的烧成温度为400℃,所以为保证脱汞后脱汞剂可再生使用,再生温度必须要在400℃以下[15]。实验中向废弃脱汞剂中加入硫化铁催化剂,观察加热温度以及硫化铁添加量对废弃脱汞剂中汞加热去除率的影响。加热温度设置为100、200及300℃,另外添加催化剂的量为与汞摩尔含有量对应为10倍以及100倍量的硫化铁,其中还包括不加催化剂的样品。如图4所示,从单纯废弃脱汞剂+硫化铁催化剂的实验结果可以发现,是否加入硫化铁催化剂对汞的去除效果有显著影响,但如果不添加催化剂可以确认低温热脱附对汞的脱除很困难。另外从加热升温开始,随着催化剂量的增加汞去除效率也随之增加,但在300℃附近催化剂量的变化对汞脱除效率的影响却逐渐降低。即使在300℃汞整体脱除效率也仅仅为50%左右。结合含汞污泥+催化剂的实验结果可以发现,废弃脱汞剂热脱附处理除硫化铁催化剂外还需要添加其他成分的催化剂才能进一步提高汞的去除效率。另外在350℃温度下脱汞效果虽高于300℃,但增加效果并不显著,另外考虑实际生产运行过程中温度难以准确控制在350℃,且不超过400℃,以及合理控制运行成本,所以选取温度为300℃。
2.4 废弃脱汞剂低温热脱附处理最适运行条件的确定
通过对含汞污水产生企业的调查和走访,了解到含汞废水处理过程中曾加入过MERIT—G絮凝剂,所以实验中向废弃脱汞剂中分别添加与汞摩尔含有量对应为10倍以及100倍量的硫化铁的同时,再加入定量MERIT—G絮凝剂,发现MERIT—G絮凝剂的添加使脱汞效果发生了明显的改善。在300℃及350℃下连续加热1 h从图5及图6的结果中可以发现脱汞率几乎与硫化铁的添加量无关,加热30 min后废弃脱汞剂中汞去除率90%以上,60 min后汞去除率为99%以上。所以单纯废弃脱汞剂+硫化铁+MERIT—G絮凝剂这一方案可以达到低温热脱附高效回收废弃脱汞剂中总汞的目的,其中汞形态包括硫化汞以及单体汞。
另外,350℃与300℃相比,脱功率在20 min时有明显增加,40 min时有增加但不明显,60 min时几乎相同都在99%以上,所以最终选择净化温度为300℃。
同时根据以往国内外研究报道及相关专利,脱汞剂再生是可行的[16,17]。所以在低温脱汞处理后我们对废吸附剂进行了再生处理,且再生后的脱汞剂对含汞尾气中汞去除为93.75%,明显与新脱汞剂脱汞效率97.52很接近。图7为新脱汞剂及再生脱汞剂再生脱汞剂扫描电子显微镜+能谱分析(SEM/EDS)。但废脱汞剂由于天然气净化过程中运行条件的不同,导致自身理化性质发生了极大的改变,所以如何改善再生工艺、提高再生率及测试脱汞性能是我们下一步研究工作的重点。另外根据相关报道,油品脱汞剂也普遍被应用于国外石油制品生产、净化以及加工等过程中[18],所以未来除天然气净化脱汞剂外油品脱汞剂的低温热脱附以及再生也是我们今后研究的重点。
3 结论
本研究主要是对用低温热脱附净化处理含硫化汞废脱汞剂的方法进行探讨。
(1)在低于硫化汞升华点(Hg S有两种变体:α-硫化汞升华点580℃。β-硫化汞升华点446℃)的低温条件下,废天然气脱汞剂中的硫化汞在硫化铁以及MERIT—G絮凝剂联合作用下可以被蒸发回收。
(2)对于废天然气脱汞剂的净化处理,硫化铁以及MERIT—G絮凝剂的存在可以提高汞的回收速度以及效率。
(3)如同以往研究报道一样,氯盐尤其是氯化铁在200~360℃温度下对含汞土壤热脱附处理中汞的去除率有明显的提升效果。通过实验再次证明不仅仅是氯化铁,硫化铁也有同等作用,并且两者效果几乎相同。但他们对于废天然气脱汞剂中硫化汞的净化效果不显著。对于废天然气脱汞剂中汞的脱除净化必须在硫化铁以及MERIT—G絮凝剂联合催化作用下进行。在300℃下,添加硫化铁催化剂的量为与汞摩尔含有量对应为10倍,同时添加MERIT-G絮凝剂的条件下,加热30 min后废弃脱汞剂中汞去除率90%以上,60 min后汞去除率为99%以上。另外处理温度为350℃时与300℃相比脱汞速率与效率并无太大变化。
(4)在低温条件下成功实现高效汞的脱除为脱汞剂再生提供了可能。下一阶段需要提高废脱汞剂再生效率以及再生脱汞剂的汞去除性能。
摘要：天然气脱汞净化工艺中产生的含汞废物,通常采用高温热解析(温度在800~1 000℃之间)回收其中的汞。这项技术存在一定的劣势,例如高温加热需要花费高成本,还可能破坏像脱汞剂这类材料的性质,导致失去再生性能。为克服这些缺点,研发出更加适合的低温热脱附回收技术,该技术加热温度250~350℃之间,并且在350℃下汞回收率可达到99.8%以上。
