发布时间:18-01-10 17:05分类:技术文章 标签:气体在线分析仪,常见气体在线分析仪的工作原理 冶金、电子、化工等行业对高纯气体的大量需求,空分设备不仅仅生产工业氧、工业氮,同时生产5n级的高纯氮、高纯氧、高纯氩等其它高纯气体,为保证气体产品的质量,必须严格控制中间产品和*终产品微量杂质的含量,这*对在线、离线气体分析仪的检测灵敏度、测量精度、稳定性和使用寿命提出了更高的要求,同时由于总体环境的恶化,空分生产过程中必须加强对大气、液氧、液空中碳氢化合物、n2o等其它危险物的含量进行在线监控,以保证空分的安全长期运行。那么如何选好、使用好气体在线分析仪对制氧企业的安全生产、质量管理具有非常重要的意义。气体在线分析仪又分为很多种,比较常见的有以下几种1、碳氢化合物分析仪及分析原理碳氢化合物分析仪是依据火焰离子化检测器使用(fid)的原则,准确和精确的甲烷和非甲烷碳氢化合物测量从0.1到1000ppm,部分取样,在燃烧过程中,样品的有机或碳氢化合物的气体离子化,然后他们检测仪器,并作为集中计算结果.2、氧化亚氮分析仪及分析原理近年来随着工业化发展的进程,大气中的n2o以每年0.2%的速度增长,给空分设备的安全运行带来了新的挑战,因此在化工厂较多、空气质量较差的地方应考虑增加液氧中n2o含量分析,n2o分析仪分析原理多为非分散红外法。3、微量水分析仪及分析原理微量水分析仪又叫露点仪,主要用来分析增压空气中的水份含量和确定空分开车前各容器加温是否彻底。根据其测量原理的不同,微量水分析仪主要有电容式、电解式、冷镜式微量水分析仪。4、微量氮分析仪及分析原理微量氮分析仪多采用等离子激发原理,以检测n2分子发射波长的强度来确定氩中n2的含量,5、氩分析仪及分析原理氩分析仪的分析原理一般为热导式测量原理,所有的气体都具有不同的导热能力,我们通常称之为气体的热导率(或热导系数)。在一个大的热导检测器中装有两对匹配的加热丝,他们被分别置于样气流路和参比气流路中。加热丝的温度随着样气浓度的改变而变化。这些检测器组成了一个惠斯顿电桥,惠斯顿电桥被加载一个恒定的电流源。当样气中被测组分浓度变化时,样气检测器监测到混合样气的热导率变化,因此引起惠斯顿电桥的不平衡,从而输出一个与被测组分浓度变化值相对应的电信号。这个电信号经放大处理后在高清晰度的led显示器上显示。6、氧分析仪及分析原理在空分生产过程中,氧含量的检测通常是一个主要的检测项目,包括纯氧、常量氧、微量氧、痕量氧的检测。纯氧、常量氧分析仪主要有磁氧分析仪和氧化锆氧分析仪,微量氧分析仪主要有氧化锆微量氧分析仪、原电池式微量氧分析仪。磁氧分析仪因检测器的差异又可分为磁压式氧分析仪、磁力机械式氧分析仪和磁热式氧分析仪.7、二氧化碳分析仪及分析原理co2分析仪的分析原理为非分散红外发光法,是基于不同气体分子在红外区域吸收的波长不同。单元素组成的气体分子,如h2、n2、o2或单原子分子he、ar等没有偶极,是非极性分子,在红外波段区对光没有吸收,由异原子组成的气体分子(co2)在中红外波段区4.26μ和14.99μ处对光具有很强的吸收,吸收的能量△e与气体浓度有对应的线性关系,将吸收的能量△e通过电路转换可得出co2的浓度。附爱仪器仪表网热卖产品:意大利seitron Mars-9工业排放气体分析仪

介绍了空气分离中典型的分析点及在线分析所需要配置的分析仪器。阐述了空气分离分析系统的预处理。 关键词:空气分离;在线分析;分析点;配置;预处理中图分类号:TQll6.02 文献标识码:B空气分离中在线分析主要包含两个方面,一是对工艺稳定和生产安全的相关参数进行分析。空分设备的特点是整个工艺装置庞大,稳定性一旦破坏就需要很长时间才能恢复,所以需要将装置中的重要成分及时地提供给操作人员;二是对产品质量的监测,空分设备的产品质量对冶金企业后续的冶炼工艺直接影响,必须把好质量关。1 空分流程中典型的分析点空分流程中典型分析点如下:1.出净化系统空气中二氧化碳含量;2.再生污氮中水分含量;3.增压膨胀空气中水分含量;4.液空中富氧含量;5.污氮中氧含量;6.产品氧纯度;7.产品氮中微量氧含量;8.氩馏分中氩含量;9.粗氩中氩含量;10.粗氩中氧含量;11.工艺氩中微量氧含量;12.工艺氩中微量氢含量;13.工艺氩中水分含量;14.精氩中杂质含量;15.主冷凝器氧中乙炔及碳氢化合物含量。目前大型空分设备多数采用全精馏提氩流程,工艺氩中过量氢的分析已无需设置。2 空分中在线分析仪器的配置目前国内大型空分设备的分析仪以进口为主。(1)在国内空分行业,百分比氧含量分析大多数采用ABB或SERVOMEX的磁力机械式氧分析仪。这种分析仪利用氧的顺磁性,通过磁场电流与氧气含量的线性关系来测量氧含量。特点是不需要参比气,测量精度高,分辨率和灵敏度高,稳定性强,线性输出,无需维护。(2)微量氧分析在国内一般选用燃料电池式氧分析仪或氧化锆式氧分析仪。燃料电池式氧分析仪使用方便,产品本身无需维护,但由于其燃料电池是一种消耗品,所以对预处理系统和空分设备停车时的电池保护要求比较高;氧化锆式氧分析仪的优点是测量范围比较宽,寿命比较长,但由于其在测量特别小的氧含量时容易受到还原性气体成分的干扰而产生测量偏差,而且当氧离子从浓度高的一侧向另一侧迁移产生电势的时候容易因扩散不及时而形成梯度,从而影响测量精度。(3)由于空分设备中净化空气的二氧化碳含量极小,所以在选择二氧化碳分析仪器时一定要选择好最小量程指标,如果仪器的最小量程指标过大,工艺中所控制的浓度就会跑到仪器灵敏范围以外,工艺参数就不能得到准确的测量。目前国内多数用户采用进口的非分光红外分析仪,该分析仪有一个光学测量池,主要包含红外光源、样气池和检测器。当测量光束通过测量气室时,样气吸收池内样品气所含的二氧化碳将吸收这一波长的红外光,透过的红外光因此而产生衰减,检测器测量出相对的红外能量,从而可得知样气中的二氧化碳含量。(4)国内用户在选择水分分析仪器时一般会考虑价格因素而采用国产仪器,主要原因是目前流行的空分流程都采用分子筛纯化器来净化空气,所以因水分含量高而造成空分故障的可能性很小,且目前国内水分析仪产品质量与国外产品差距没有其它分析仪器那么明显,因此国产分析仪器已被国内空分用户广泛接受。(5)空分中的氩分析以热导式分析仪比较常见,该仪器是基于不同气体导热率不同的原理来设计的,适合于分析二元气体或相当于二元气体的混合气体中的氩气、氦气、氢气等组分的百分比体积测量。(6)国内采用的氩中微量氮分析仪大致有MODELD和K2001两种产品,前者具有明显的价格优势,且在空分行业中使用的时间比较长,已具有一定的应用经验;后者的精度好,灵敏度高,人机界面好,操作容易,维护简单,且该公司产品还可同时检测氩中的微量氢含量,但相对价格较高。(7)考虑到空分的生产安全,大多数流程中都设置了主冷液氧中乙炔及其它碳氢化合物的在线分析, 目前国内选用最多的是ABB公司的VISTA或SIEMENS公司的MAXUM工业气相色谱仪。这两种色谱仪都采用氢离子火焰(FID)检测器来测定烃类化合物。VISTA的应用时间较长,稳定性较好,操作方便;MAXUM在先进性方面见长,软件功能比较强大,但对使用及维护人员来说比较难掌握。3 空分分析系统的预处理空分的样品气比较干净和干燥,所以冶金企业预处理相对来说不如石化等行业那么复杂,从功能上来说大致可以分为四步:3.1 稳压分析仪器对进表的气体要求在一定的压力范围内,所以样品气在进表之前需要进行稳压。有的带氩流程的设备中氩的部分测点压力很低,需要用泵来增压,而内压缩流程中的高压测点则需要二次减压,压力过高时还需在取样管道上设置安全阀。3.2 过滤为了防止固体颗粒进入分析仪器,在预处理装置中一般都要考虑对样气进行过滤。3.3 旁路由于分析室离现场都比较远,而分析仪器进表的气体流量都比较小,一般采用大量旁路来实现检测的快速响应,从测量点来的样品气大多数通过旁路直接排放,促使取样管路中的样品气实时流动,使分析仪器的检测具有实时性。3.4 稳流根据不同分析仪器的要求,对各自的样品气的流量进行稳流,以达到仪器的分析要求。总之,空分中在线分析也是一个完整的系统工程,在选择和使用上要多分析,多比较,多总结,才能使分析系统在生产过程中充分地发挥作用。作者简介:敦瑞民(1954- ),男,1984任宣钢氧气车间副主任,1995年任宣钢氧气厂副厂长,工程师。

氦放电型气相色谱仪是一种可完成对多种微量气体成份含量进行高灵敏度检测的新型仪器。放电离子化检测器是一种通用的浓度型多功能检测器,它利用高能光电离检测样品成份,最低检测下限可达5~10PPB级浓度。特别是当背景气体N2,Ar,Ne,He,H2等气体时,可检测其中的杂质成份包括:H2,Ar,Ne,O2,CH4,CO,CO2。目前这种检测器配套的气相色谱仪已在各大高纯气体生产公司得到广泛采用,并有逐步替代传统氦离子化检测器配套的气相色谱仪趋势。 工作原理 放电离子化检测器的气相色谱仪结构如下图所示。该放电型检测器由电离室和放电室两部分组成,两室之间有狭路相通。当在放电室内的两个高压电极上加以适量高压电后,两电极之间就会产生放电,从而得到一束高能量的紫外光辐射。高能紫外光被引入射向电离室内,在这过程中,高能光子直接照射样品成份中被测杂质分子,使其电离形成离子,同时高能光子首先将载气氦离子激发至亚稳态,然后具有较高能量的He*再与样品中杂质分子发生非弹性碰撞并使电离。此时在集电极上加以适当电压收集被电离的杂质分子,并将其信号放大记录即得到被测成份的谱峰。由于光子和亚稳态氦原子均具有较高能量,因此可使包括氖在内的一切物质分子电离,所以,DID是一种通用型检测器。 仪器特点 1.高纯氦为载气时,其对各杂质组分的灵敏度比氩为载气提高几十倍以上,直接进样几毫升气体样品便可获得<1×10-9的灵敏度。 2.根据实际需要,选用不同色谱柱可以测定多种高纯气中多种杂质气体成分,还可以配接毛细管柱,扩大分离效能,检测更多种成份。 3.采用中心切割阀时,在第一柱内分离的主组分可在进第二柱分离之前放空,使其余组分在第二柱内得到完全分离,从而解决了主组分峰掩盖杂质峰问题,且保持10-9级灵敏度。 4.在测定高纯氧及高纯氢中微量及痕量杂质时,可配附属设备-脱氧阱和氢分离器,在样品气进入色谱柱进行分离之前,将其中主要成份氧和氢脱掉,不仅使被测组分的分离避免了主组分峰的干扰,同时也进一步提高了仪器检测灵敏度。 分析实例--氦放电型气相色谱仪测定高纯氢中杂质 色谱条件:以He为载气,流速30ml/min,柱长4.88m,内径3.175mm,内填5A分子筛;柱温为105℃;量程为20mV;样气量为1ml;氢分离器温度为300℃。

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石化行业VOCs检测仪指南

煤炭气化技术是洁净、高效利用煤炭的重要技术之一,巴陵石化尿素装置“煤代油”技改工程作为中国石化与壳牌在煤气化领域的首个合作项目备受关注。本文简要介绍了岳阳中石化壳牌煤气化有限公司煤气化工艺,及西门子在线分析仪和预处理系统在Shell煤气化工艺的应用。项目简介岳阳中石化壳牌煤气化有限公司于2001年11月由中国石油化工股份公司与壳牌公司合资建立,中外双方各占50%的股份。该公司董事会于2003 年6月20日通过了最终的投资决定,项目投资总额为11.33亿元人民币。该项目利用壳牌公司煤气化技术将煤转换为合成气,替代中国石化股份公司巴陵分公司化肥装置目前的生产原料——石脑油,日处理煤炭能力为2000t,该项目的煤气化装置如图1所示。

《石化企业泄漏检测与修复工作指南》适用于石油炼制工业、石油化学工业开展设备、密封点挥发性有机物泄漏检测与修复工作。

图1 岳阳中石化壳牌煤气化装置图

标准中规定开展LDAR应配备氢火焰离子化检测仪,结合企业受控密封点类别及相应的数量配置检测仪数量,并且规定仪器量程及分辨率、采样流程及探头应符合HJ733的规定。

该项目使用西门子OXYMAT 6F测量样气中氧的含量,使用西门子ULTRAMAT 6F红外分析仪测量合成气中CO的含量,使用MAXUM Ⅱ测量炉气组成。控制系统构成

而在2015年初颁布的《HJ733-2014泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》中仪器检测器类型包括火焰离子化检测器、光离子化检测器和红外吸收检测器等,也可以是其它类型的检测器。

图2 在线分析系统组成图

一、气相色谱

在线分析系统包括采样系统、预处理系统、标定系统、在线分析仪、分析小屋或分机柜及其公用工程,如图2所示。为了保证现场工艺要求,同时满足分析仪表对样品气体的要求,采样系统要求所取样品是有代表性的样品;样品预处理系统要除去样品中对分析仪有害的成分,并提供稳定流量和压力的样品,确保分析仪长期稳定运行、分析准确;分析小屋有别于土建分析室,小屋提供有仪器工作所需的载气、样品气、标准气、仪表空气、供电、信号电缆和预处理系统等公用工程,并采用防震、防静电、防尘、屏蔽、抗干扰等措施,还可根据需要安装联锁报警系统,为仪表提供了良好的操作运行环境,增强了系统的可靠性,确保仪表的安全正常运行。系统完成的功能Shell煤气化工艺简介

组成:

图3 Shell 煤气化工艺流程

组分能否分开,关键在于色谱柱;分离后组分能否鉴定出来则在于检测器,所以分离系统和检测系统是仪器的核心。

目前,Shell 煤气化装置从示范装置到大型工业化装置均采用废锅流程,简略流程如图3所示。原煤先行破碎研磨成煤粉及干燥处理,再用氮气送入贮罐,贮罐内的煤粉与氧气和蒸汽一起送进气化炉的燃烧器。上述过程所用的氧气和氮气,均由一套低漏空气分离装置产生。喷入煤粉、氧气和蒸汽的混合体,使气化炉维持在1 400~1 600℃的温度范围内运作。这个运行温度使煤炭所含的灰份熔化并漏到气化炉底部,变成一种玻璃状不可漏滤的炉渣而排出,这个温度亦防止形成不合需要的有毒热解副产物,例如苯酚和多环芳香烃。煤炭与氧气发生反应,按下列一般化学方程式合成气:2CH+O2→2CO+H2,产生的合成气,用循环气体骤冷作局部冷却,然后进入一个合成气冷却器作进一步冷却,同时产生高压蒸汽。从气化炉出来的合成气流中所携带的少量灰份颗粒,在一个旋风分离器或陶瓷过滤器中分离除去,并再循环返回气化炉,以确保碳转化率达到99%以上。离开气化工艺的合成气含有80%~83%的原煤能量它被成为冷煤气效率,由气化炉和合成气冷却器产生的蒸汽,含有另外的14%~16%的能量。相比之下,以水煤浆为原料的气化工艺的煤气效率大约为74%~77%。煤炭中所含的硫、卤素及氮化合物,再气化过程中生成气态的硫化物、卤素、分子态氮,以及氨及氰化氨、氰化氢及硫化羰被催化转化为氮及硫化氢、卤素和氨经水洗去除。水洗过的合成气中所含的剩余硫化物,在一个克劳斯装置中,由酸盐溶剂吸收并转化为元素硫。该克劳斯装置能够回收95%的硫,然后再经过壳牌克劳斯尾气处理装置作进一步处理的克劳斯尾气,实际上能达到完全回收硫的效果 。Shell煤气化工艺在线分析系统结合Shell煤气化工艺的特点和测量要求,在线分析仪测量点主要集中在三个工段:磨煤和干燥,除灰,湿洗。1.磨煤和干燥在Shell磨煤和干燥阶段,由于煤粉有爆炸的危险,所以整个过程用氮气密封和输送。同时要求用氧分析仪监测氮气中的氧气含量,用红外分析仪监测氮气中的CO含量。该测量点的样品气压力较低,温度较高,并含有大量的粉尘和水分,对在线分析系统的要求较高。西门子公司针对样气的特点,采用水洗方案处理样品气,此方案既可以提供动力源,可以降温并除去样品气中的气态水和粉尘,大大节省预处理系统投资。西门子OXYMAT 6氧分析仪在此处具有非常好的应用,OXYMAT 6采用磁压式原理,这种分析仪最大优点是样气和检测器没有接触,即使样品预处理系统发生故障,分析仪检测器也不会被损坏。而传统的氧分析仪采用磁力机械式原理,样气直接与检测器接触,检测器长期受到样气的腐蚀和污染,从而造成检测器损坏,仪表无法正常使用。此外,西门子公司ULTRAMAT 6红外分析仪采用非分光红外原理,样气室和检测器分开,检测器没有麦克风效应,大大提高了分析仪的精度,更好的满足现场测量的要求。2.除灰除灰装置采样点的样气具有温度高,压力低的特点。结合该特点,西门子公司在样品预处理系统采用水冷器降温,利用采样泵提供动力。由于采样点需要分析样品气中的微量CO,对红外分析仪的精度要求很高。在该采样点选用西门子ULTRAMAT 6红外分析仪可以得到理想的测量结果,这是因为ULTRAMAT 6型红外分析仪检测器是双层结构,并配有光学耦合器,可以最大程度的提高分析仪的精度。3.湿洗湿洗装置采样点样品气温度高,压力高,含水量大。本项目中,若采用传统工业在线色谱,其只有一个检测器,所有的组分都通过一个检测器,这样应用分析周期会很长,并且当被测样品较为复杂时,传统的色谱可能无法完成检测任务。西门子预处理方案在该处设置了前处理减压装置,大大减少了样品气的滞后时间,从前处理装置出来的样品气经过蒸汽伴热送入预处理系统,降温除水后进入分析仪表。湿洗装置采样点,需要用色谱分析炉气的组分,西门子MAXUM II型色谱采用多通道TCD检测器,利用柱切和反吹技术,大大缩短了样品的分析周期,可以完成较为复杂的检测任务。总结目前,岳阳中石化壳牌的煤气化装置已开车运行约一年,样品预处理系统能够提供稳定流量和压力的样品气体,西门子氧分析仪、红外分析仪和色谱运行正常,氧和红外分析仪测量值稳定性非常好,色谱分析的重复性非常高,达到±0.5%,受到极大的好评。同时,岳阳中石化壳牌公司的仪表维护人员也反映西门子分析仪表操作简单,仪表的稳定性好,系统的维护工作量小。西门子公司针对Shell煤气化工艺,充分考虑了煤气化装置样品气的特点,采用水洗方案,保证稳定流量、压力干净的气体进入分析仪表。成功的解决了煤气化装置在线分析系统设计的难题。(end)

1色谱柱

气相色谱柱有多种类型,按照色谱柱内径的大小和长度,可分为填充柱和毛细管柱:填充柱的内径在2-4mm,长度为1-10m左右,毛细管柱内径在0.2-0.5mm,长度一般在25-100m。

2检测器

●热导检测器:

基于不同物质具有不同的热导系数,几乎对所有VOCs都有响应,可以检测各种VOCs,且样品不被破坏,但灵敏度相对较低。

●氢火焰离子化检测器:

利用有机物在氢火焰的作用下化学电离而形成离子流,借测定离子流强度进行检测。

检测时样品被破坏,一般只能检测那些在氢火焰中燃烧产生大量碳正离子的有机化合物。