ISO標(biāo)準(zhǔn)《天然氣分析 生物甲烷的硅含量 第 2 部分：通過(guò)氣相色譜離子遷移譜法測(cè)定硅氧烷含量 》描述了一種適用于實(shí)驗(yàn)室和在線分析的生物甲烷中硅氧烷含量的測(cè)定方法。

氣態(tài)生物甲烷樣品通過(guò)真空泵吸入樣品回路。樣品被注入氣相色譜柱，分離氣體混合物中的各組分。當(dāng)它們離開(kāi)色譜柱時(shí)，組分被電離并進(jìn)入漂移管。漂移管施加規(guī)定的電場(chǎng)，惰性氮?dú)馄茪饬魇闺x子根據(jù)其質(zhì)量和幾何結(jié)構(gòu)以不同的速率漂移到檢測(cè)器上。

通過(guò)對(duì)適當(dāng)范圍的硅氧烷濃度進(jìn)行采樣并使用檢測(cè)器輸出生成校準(zhǔn)函數(shù)來(lái)校準(zhǔn)儀器。然后可以將該函數(shù)應(yīng)用于未知樣品，以計(jì)算硅氧烷的濃度。然后可以將其相加以計(jì)算總硅氧烷和總硅。

該方法適用于表1中規(guī)定的濃度范圍內(nèi)的硅氧烷。

表1  應(yīng)用程序范圍

硅氧烷是沼氣中的一種常見(jiàn)污染物，這是由于它們?cè)诨瘖y品和洗滌劑等普通家用產(chǎn)品中的廣泛使用造成的。這些產(chǎn)品最終被用于產(chǎn)生沼氣的廢物流夾帶。此外，有時(shí)將硅氧烷作為消泡劑添加到蒸煮器中，以提高生產(chǎn)效率。

如果不能有效去除，硅氧烷會(huì)在高溫下形成二氧化硅沉積物，從而對(duì)氣體處理和車(chē)輛噴射設(shè)備造成損壞。許多氣體經(jīng)銷(xiāo)商需要測(cè)量報(bào)告來(lái)證明生成的生物甲烷符合他們的要求，其中通常包括硅氧烷含量，因?yàn)槠淇赡茉斐蓳p壞。此外，生產(chǎn)商可能希望出于工藝優(yōu)化的目的監(jiān)測(cè)硅氧烷含量。

標(biāo)準(zhǔn)中描述的技術(shù)可在商業(yè)上出售，專門(mén)用于測(cè)量低濃度生物甲烷中的硅氧烷。適用于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)使用。

表2給出了GC-IMS系統(tǒng)的示例分析條件。

表2  GC-IMS方法參數(shù)的示例

ASTM標(biāo)準(zhǔn)

ASTM標(biāo)準(zhǔn)《在線測(cè)定氣態(tài)燃料中硅氧烷和三甲基硅烷含量的GC-IMS分析儀標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，旨在提供使用GC-IMS在線分析硅氧烷的標(biāo)準(zhǔn)化啟動(dòng)步驟、操作步驟和質(zhì)量保證實(shí)踐的步驟。

1.從工藝管道中提取具有代表性的氣體燃料樣品，并通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)的取樣系統(tǒng)及時(shí)轉(zhuǎn)移到硅氧烷分析儀的入口。樣品基質(zhì)對(duì)硅氧烷含量的影響很小，可以忽略不計(jì)。將氣體從工藝管道或管道輸送到儀器的管路加熱到至少65℃，防止較重的硅氧烷氣體冷凝。分析儀樣品管路充滿已知體積的樣品氣體，然后將樣品管路中的分析物導(dǎo)入GC-IMS。

2.將樣品氣體引入氣相色譜柱中，各種硅氧烷和其他氣體成分與柱材料相互作用并進(jìn)行分離。

3.硅氧烷和其他氣體成分從氣相色譜柱中洗脫，并被引入IMS漂移管。低輻射氚源產(chǎn)生反應(yīng)物離子H⁺(H₂O)_n。這些反應(yīng)物離子與反應(yīng)物離子發(fā)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生特定的分析物離子。它們以規(guī)定的頻率(通常每30毫秒)釋放到漂移管中，在外加電場(chǎng)下通過(guò)遷移管。同時(shí)，氮?dú)庖韵喾吹姆较蚰嫦蛲ㄟ^(guò)漂移管。當(dāng)待測(cè)離子與氮?dú)饬鲃?dòng)逆向作用時(shí)，它們會(huì)因質(zhì)量和幾何形狀不同到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間不同，產(chǎn)生與撞擊檢測(cè)器的離子數(shù)量成正比的電勢(shì)變化(分析儀響應(yīng))。氣相色譜與離子遷移譜二次分離得到一個(gè)三維色譜圖，如下面的例子所示(參見(jiàn)圖1)。

圖1 GC-IMS三維色譜圖

表3 總結(jié)了用于分析硅氧烷的 GC-IMS 推薦分析參數(shù)。其他品牌 GC-IMS 分析儀或配置可能需要不同的設(shè)置參數(shù)；

表3  推薦的GC-IMS操作參數(shù)

圖2 為GC-IMS硅氧烷分析儀流程圖。

圖2  GC-IMS硅氧烷分析儀流程圖

含有大量硅氧烷氣體燃料的燃燒導(dǎo)致硅氧烷轉(zhuǎn)化為二氧化硅(SiO₂)，SiO₂會(huì)在下游設(shè)備上積累，如往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸(用于發(fā)電和運(yùn)輸應(yīng)用)的內(nèi)部、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒆≌?商業(yè)熔爐中的冷凝器線圈，或用于去除NO和NO₂的燃燒后催化劑。在以上任一情況下，SiO₂都會(huì)影響設(shè)備的性能，并可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)最終發(fā)生故障。連續(xù)測(cè)量硅氧烷濃度使燃料生產(chǎn)商能夠確保氣體質(zhì)量滿足合同義務(wù)、監(jiān)管要求、管道注入關(guān)稅限制和內(nèi)部性能要求。