CN110286172A - 一种厂界低浓度苯系物在线监测系统及在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厂界低浓度苯系物在线监测系统及在线监测方法，属于环境监测领域。厂界低浓度苯系物在线监测系统包括大气采样总管；与大气采样总管连通的色谱分析仪，色谱分析仪内置定量环、色谱柱和FID火焰离子化检测仪；气源单元，包括氢气发生器、氮气发生器和零气发生器，分别向色谱分析仪传输氢气、氮气和零气；色谱柱用于分离输送样气中的苯系物；色谱分析仪还包括催化管，催化管为内置催化剂的加热管，其一端与色谱柱连通，另一端与FID火焰离子化检测仪连通，用于将苯系物催化分解为甲烷。本发明通过在色谱分析仪中加设催化管，将待测苯系物催化分解为甲烷成分进行检测，降低对低浓度苯系物的检测难度，检测结果同步性高且检测分析结果准确性高。

Description

一种厂界低浓度苯系物在线监测系统及在线监测方法

技术领域

本发明属于环境监测领域，更具体地说，涉及一种厂界低浓度苯系物在线监测系统及在线监测方法。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa、常压下沸点在50～260℃以下的有机化合物，或在常温常压下能挥发的有机固体或液体。VOCs是石油化工、制药、印刷、制鞋和喷漆等行业排放的最常见的污染物。这些物质主要有硫化氢、硫醇类、氨、胺类、硝基化合物、烃类、脂肪酸类、醇类、酚类、酯类以及有机卤系衍生物等。这些有机物大多具有毒性，部分已被列为致癌物，如氯乙烯、苯、多环芳烃等。多数VOCs易燃易爆，对生产企业的安全造成威胁；部分VOCs对臭氧层具有破坏作用，如氯氟烃(CFCls)和含氢氯氟烃(HCFCls)。VOCs是产生臭氧污染和光化学污染的主要污染源，环保部已将其列为细颗粒物之外最大的空气污染元凶，它也是导致灰霾天气的重要前体物之一。挥发性有机物可直接对人体产生危害，还可间接参与光化学反应生成二次污染物，是形成PM.的主要来源之一。故我国已将VOCs与颗粒物、二氧化硫、氮氧化物列为同等重要的大气污染物，国家和地方都在完善相关的排放标准和估算方法等体系，力求全面减少其排放总量，改善大气环境。因此专门针对污染源烟道和园区空气中挥发性有机物的浓度监测也成为重中之重的问题。

厂界大气环境中，VOC浓度低，现多采用质谱类方法进行其浓度数据的检测分析，质谱法监测系统设备成本高，不适合一般企业中普及使用，色谱类监测系统设备成本低，适合中小企业中普及使用，但其多用于污染源等高浓度VOC情况下使用，在针对厂界大气进行监测分析时，尤其是对于其中的低浓度苯系物，无法有效监测分析。

经检索，中国专利公开号：CN107045033A，公开日：2017年8月15日，公开了一种空气中苯系物在线监测气象色谱仪，包括载气气源，氢气气源和空气气源，除烃净化系统，吸附解析系统，十通阀，色谱柱，检测器和载体流量控制系统；所述载气气源依次连接第一除烃净化系统和所述载气流量控制系统，载气流量控制系统与所述十通阀连接并依次连接所述色谱柱和检测器；所述氢气气源和空气气源分别通过第二除烃净化系统和第三除烃净化系统与所述检测器连通；所述吸附解析系统的两端与所述十通阀连通。该申请案通过气象色谱仪中加设的吸附解析系统，对样气中的苯系物进行富集，使色谱仪可以检测到样气中苯系物的浓度，但是该申请案，对苯系物的富集依靠吸附解析系统执行，通过吸附解析系统中的填料，对样气中的苯系物进行吸附，吸附一定时间后，进行热解析，将吸附富集的苯系物析出，检测器对析出的富集气体进行监测，这一过程需要消耗一定时间，增加了样品的分析周期，同时，在吸附解析过程中会有苯系物的消耗，苯系物附着、未完全析出等情况，影响了分析结果的准确性，综上，该申请案无法准确实时的进行厂界环境中低浓度苯系物的在线监测分析。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术中低浓度苯系物难以准确监测分析的问题，本发明提供一种厂界低浓度苯系物在线监测系统及在线监测方法，通过在色谱分析仪中加设催化管，将待测苯系物催化分解为甲烷成分进行检测，检测结果同步性高且检测分析结果准确性高。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，包括，

大气采样总管，其用于采集大气厂界中的样气；

色谱分析仪，其与大气采样总管连通，所述色谱分析仪内部置有定量环、色谱柱和FID火焰离子化检测仪，所述定量环与大气采样总管连通，色谱柱与定量环连通，FID火焰离子化检测仪与色谱柱连通；

气源单元，其包括氢气发生器、氮气发生器和零气发生器，分别向色谱分析仪传输氢气、氮气和零气；

所述色谱柱用于分离输送样气中的苯系物；

所述色谱分析仪还包括催化管，所述催化管为内置催化剂的加热管，其一端与色谱柱连通，另一端与FID火焰离子化检测仪连通，用于将苯系物催化分解为甲烷。

大气采样总管采集厂界大气中的气体为样气，通过管路传输到色谱分析仪，本方案在色谱分析仪中加设催化管，当样气进入色谱分析仪后，经定量环定量后，在通入氮气的带动下，传输至色谱柱，色谱柱将苯系物分离后，苯系物被氮气带动进入催化管中，其余样气则排出色谱分析仪外，苯系物进入催化管后，在催化管中催化剂环境下，催化管进行加热，催化管中的苯系物分解为甲烷与不影响后续检测的气体物质，伴随氮气进入FID火焰离子化检测仪，在FID火焰离子化检测仪中甲烷成分燃烧，仪器捕捉浓度电流信号进行分析，相比FID火焰离子化检测仪直接对苯系物进行检测，对甲烷进行检测时，相当于将待测物的浓度进行了成倍的提升，增加了可检测性，且催化分解过程耗时极短，检测结果同步性高，FID火焰离子化检测仪对甲烷的响应好，检测精度大大提升。

进一步地，所述的催化剂为贵金属催化剂。选用贵金属催化剂，少量的苯系物通过催化剂，短时间停留，予以一定温度的加热后，苯系物可分解为甲烷。

进一步地，所述色谱分析仪通过相互连通的样气传输管路和主路管道与大气采样总管连通；所述样气传输管路上设有一级过滤器、二级过滤器和电磁阀一，所述一级过滤器和二级过滤器沿样气传输方向依次设置，二级过滤器过滤精度大于一级过滤器。本方案中电磁阀一处于常开状态，色谱分析仪在工作过程中，样气中的颗粒物均会对其使用造成影响，因此要对样气进行充分过滤，本方案设有两个过滤器对输入的样气进行二次过滤，其中一级过滤器为不锈钢过滤器，对样气进行初步过滤，过滤精度为3～4微米，二级过滤器为膜式过滤器，过滤精度为1～2微米，通过两次过滤，后续输入的样气中颗粒物的含量大大减小，进一步降低了本系统设备的故障率，延长了监测分析准确性及有效使用寿命。

进一步地，所述样气传输管路上还设有汽水分离器，其设于一级过滤器与大气采样总管之间。本方案在一级过滤器与大气采样总管之间的样气传输管路上设有汽水分离器，汽水分离器是现有的装置，可以有效对样气中的湿气进行减少，避免湿气影响两个颗粒物过滤器的过滤及后续湿气对色谱分析仪的影响，保证催化管中的催化分解率不受湿气影响，提高了设备监测分析的准确性，降低了设备故障率。

进一步地，所述大气采样总管包括：

采样上管，其设于室外，样气从采样上管顶部开口进入；

采样下管，其设于室内，顶部与采样上管底部连通，样气传输管路与采样下管一侧连通；

防尘防水帽，其设于采样上管顶部开口上方，防止雨水及大颗粒物进入采样上管；

引风机，其一端与采样下管底部连通，另一端与室外连通，将样气从大气采样总管内抽向室外。

本方案的采样上管采用聚四氟乙烯管，具有一定的保温与防吸附功能，采样下管与采样上管连通并延伸至站房内部，设有防尘防水帽对采集的样气进行初步过滤，防止大颗粒物与雨水进入，通过引风机提供稳定的负压，使大气采样总管持续的从厂界大气中采集样气。

进一步地，还包括加热保温装置，其设于采样下管外壁，所述加热保温装置由加热丝和保温棉依次包裹在采样下管外壁构成。采样下管外壁先包裹一层加热丝，再包裹一层保温棉，通过加热保温装置，对进入到采样下管的样气进行加热保温操作，保证管内样气温度高于室外温度十度左右，降低样气露点，防止样气在管中结露从而吸附待测成分影响到监测分析结果的准确性。

进一步地，还包括安全旁路，其一端与抽气泵连通，另一端与室外连通，所述安全旁路上设有针阀。本方案设有安全旁路，当色谱分析仪故障堵塞后，抽气泵后的管内压力持续升高，当管内压力升高到一定值后，控制针阀开启，及时对管内进行泄压，防止抽气泵损坏，降低本系统的故障率，减小维修成本，提高有效使用寿命。

一种厂界低浓度苯系物在线监测方法，步骤如下：

一、样气采集：启动引风机，将厂界大气抽入大气采样总管中；

二、加热防露：启动加热保温装置，对采样下管中的样气进行加热保温；

三、输入色谱仪：样气依次经过汽水分离器、一级过滤器和二级过滤器后进入色谱分析仪；

四、色谱柱分离：样气经过定量环，在氮气发生器输入色谱分析仪的氮气带动下定量输入到色谱柱，色谱柱将苯系物分离送入催化管，其余样气排出色谱分析仪；

五、催化分解：催化管启动加热，苯系物经催化管被分解为甲烷，送入FID火焰离子化检测仪；

六、监测分析：FID火焰离子化检测仪进行监测分析。

通过引风机在大气采样总管中形成负压，抽取厂界大气中的气体进入大气采样总管，通过设定加热保温装置的加热温度为35～45℃，优选为40℃，时管中温度略高于外界温度，防止进入大气采样总管中的样气于管壁上结露影响后续监测分析结果，样气经汽水分离器、一级过滤器和二级过滤器，将湿气、颗粒物充分过滤后，在抽气泵的作用下，通过主路管道从样气入口进入色谱分析仪，经1ml定量环定量后，由载气氮气带动进入色谱柱，色谱柱将苯系物分离输入到催化管，其余气体从样气出口排出室外，催化管设定加热温度，苯系物气体进入催化管后在短暂的停留时间内，被催化分解为甲烷，在载气带动下进入到FID火焰离子化检测仪，FID火焰离子化检测仪对甲烷进行检测，将捕捉到的浓度电流信号发送到现有的数据采集核算端即可实时分析出厂界大气中苯系物的含量，样品分析周期短，检测结果同步性高，监测分析准确性高。

进一步地，步骤四中所述氮气为纯度为99.999％的高纯氮气。采用99.999％的高纯氮气，进一步确保检测分析结果的准确性。

进一步地，催化管的加热温度为80～100℃，苯系物在催化管中的停留时间为0.8～1.2s。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统，无需经过长时间富集，仅需苯系物气体经过催化管予以加热，最终进入FID火焰离子化检测仪的即为甲烷，即可开始检测，保证了检测结果的同步性，且甲烷无腐蚀性无毒，不会腐蚀损坏管路，且FID火焰离子化检测仪对于甲烷的检测容易度要远大于对苯系物的检测难度，将苯系物催化分解为甲烷也增加了FID火焰离子化检测仪中待测物的浓度，大大提高了检测能力与检测精度；

(2)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统，采用贵金属催化剂，在一定温度下可将苯系物有效催化分解为甲烷，且分解率高大100％，且该种催化剂使用寿命达2～3年，且单个系统中催化剂的用量极少，不会影响本系统的生产成本；

(3)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统，样气传输管路上设有两个过滤器，通过两次过滤，后续输入的样气中颗粒物的含量大大减小，进一步降低了本系统设备的故障率，延长了监测分析准确性及有效使用寿命；

(4)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统，样气传输管路上还设有汽水分离器，增大了在高湿度厂界环境下系统监测分析结果的准确性并降低了设备故障率；

(5)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统，通过加热保温装置，对进入大气采样总管中的样气进行加热保温，防止样子在管中结露吸附待测成分影响检测，大大提高了本系统监测分析结果的准确性；

(6)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统，通过设置安全旁路，当色谱分析仪发生故障堵塞后，安全旁路上的针阀及时开启，安全旁路及时对主路管道进行泄压，防止抽气泵被损坏，降低了本系统故障率，节约维修成本，延长了本系统的使用寿命；

(7)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统，结构简单，设计合理，生产成本低，易于制造。

(8)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测方法，样品分析周期短，检测结果同步性高，监测分析准确性高；

(9)本发明的厂界低浓度苯系物在线监测方法，采用99.999％的高纯氮气，进一步确保检测分析结果的准确性。

附图说明

图1为本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统的气路图；

图2为本发明色谱分析仪放大图；

图3为本发明色谱分析仪内部结构示意图；

图4为本发明的厂界低浓度苯系物在线监测系统工作流程图。

图中：

1、大气采样总管；10、采样上管；11、采样下管；12、防尘防水帽；13、引风机；14、加热保温装置；

2、色谱分析仪；20、样气进口；21、样气出口；22、零气进口；23、载气进口；24、驱动气进口；25、氢气进口；26、定量环；27色谱柱；28、催化管；29、FID火焰离子化检测仪；

3、安全旁路；

4、氢气发生器；40、补水口；

5、氮气发生器；

6、零气发生器；60、空压机；61、过滤减压阀；62、零气缓冲罐；

100、样气传输管路；101、主路管道；

200、汽水分离器；201、一级过滤器；202、电磁阀一；203、二级过滤器；204、抽气泵；205、针阀；

1000、站房；2000、机柜。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，如图1所示，包括，

大气采样总管1，其用于采集大气厂界中的样气；

色谱分析仪2，其与大气采样总管1连通，所述色谱分析仪2内部置有定量环26、色谱柱27和FID火焰离子化检测仪29，所述定量环26与大气采样总管1连通，色谱柱27与定量环26连通，FID火焰离子化检测仪29与色谱柱27连通；

气源单元，其包括氢气发生器4、氮气发生器5和零气发生器6，分别向色谱分析仪2传输氢气、氮气和零气；

所述色谱柱27用于分离输送样气中的苯系物；

所述色谱分析仪2还包括催化管28，所述催化管28为内置催化剂的加热管，其一端与色谱柱27连通，另一端与FID火焰离子化检测仪29连通，用于将苯系物催化分解为甲烷。

厂界大气中苯系物含量很小，常规的色谱法系统无法有效对其含量进行监测分析，质谱法监测成本太高，目前的低成本监测系统通常采用色谱仪加富集装置的方法，通过富集装置不断将样气中的苯系物富集到一定浓度，可被检测仪有效监测到后，将其输入色谱仪中进行监测分析，这种方法通常通过吸附剂，对样气进行一段时间的吸附，吸附时间越久，富集浓度越高，富集到制定浓度后，加热脱附，将富集气体输送至色谱仪中，这种方法a、富集需要时间，样气中苯系物的分析周期增加，检测结果不具有滞后太久，b、吸附脱附过程中会有苯系物成分的损耗，脱附不完全等情况会造成苯系物成分损耗最终分析结果收到影响，c、富集后的高浓度苯系物气体腐蚀性、毒性高，虽然传输管路多经过硅烷化处理，但是长期使用依然对设备有很大损耗，当存在泄漏情况时，由于厂界在线监测系统多置于站房的机柜中，富集气泄漏可能会对工作人员造成安全威胁，综上，采用富集法的色谱类监测系统，分析结果缺乏同时性，且准确度不高，也存在安全隐患，需要设计一种新的低成本的在线监测系统对厂界低浓度苯系物进行监测。

解决色谱类分析系统无法有效监测低浓度苯系物的关键在于为色谱分析仪2中的检测仪提供可检测浓度的待测物，上述的富集方法存在诸多缺陷，本申请通过在色谱分析仪2中加设催化管28，如图3所示，当样气进入色谱分析仪2后，经定量环26定量后，在通入氮气的带动下，传输至色谱柱27，色谱柱27将苯系物分离后，苯系物被氮气带动进入催化管28中，其余样气则排出色谱分析仪2外，苯系物进入催化管28后，在催化管28中催化剂环境下，催化管28进行加热，催化管28中的苯系物分解为甲烷与不影响后续检测的气体物质，伴随氮气进入FID火焰离子化检测仪29，在FID火焰离子化检测仪29中甲烷成分燃烧，仪器捕捉浓度电流信号进行分析，相比FID火焰离子化检测仪29直接对苯系物进行检测，对甲烷进行检测时，相当于将待测物的浓度进行了成倍的提升，增加了可检测性，且催化分解过程耗时极短，检测结果同步性高，FID火焰离子化检测仪29对甲烷的响应好，检测精度大大提升。

进一步地，气象色谱仪所监测的苯系物为单环苯系物，更具体地说是苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯，这些苯系物通常沸点高、溶解性低，且厂界大气中含量少，通过本申请的催化管28，在加热条件下，单环多碳苯系物苯环分解成多个一碳物，甲烷，其沸点和溶解性大大降低，对于FID火焰离子化检测仪29来说，对甲烷的检测精度和检测能力大大提升，同时，对于苯系物来说，直接进行FID火焰离子化检测仪29检测，由于厂界苯系物浓度较低，可能会测不出峰，导致检测结果出现零值，经本申请系统催化分解成倍浓度的单碳甲烷，此时进行FID火焰离子化检测仪29检测，检测结果中会呈现出多倍面积于原苯系物检测结果的峰，使得FID火焰离子化检测仪29对于苯系物的可检测性大大增加，增加了FID火焰离子化检测仪29检测的容易度，同时，相当于对待检测物的成分进行了富集，(原检测单环的苯系物，分解后检测多倍的单碳甲烷)，检测精度也大大提高，相比于现有的富集法气象色谱仪监测苯系物的系统，本实施例无需经过长时间富集，仅需苯系物气体经过催化管28予以加热，最终进入FID火焰离子化检测仪29的即为甲烷，即可开始检测，保证了检测结果的同步性，且甲烷无腐蚀性无毒，不会腐蚀损坏管路，且FID火焰离子化检测仪29对于甲烷的检测容易度要远大于对苯系物的检测难度，将苯系物催化分解为甲烷也增加了FID火焰离子化检测仪29中待测物的浓度，大大提高了检测能力与检测精度。

实施例2

本实施例的厂界低浓度苯系物在线监测系统，在实施例1的基础上做进一步改进，所述的催化剂为贵金属催化剂。

贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂均为工业上VOCs中苯系物净化常用的催化剂，苯系物经过催化剂进行150～600℃的加热可分解为CO₂和H₂O，有效去除率达99％以上。

申请人在实验时发现，选用贵金属催化剂，少量的苯系物通过催化剂，短时间停留，予以一定温度的加热后，苯系物可分解为甲烷，针对此发现，设计了本申请的厂界低浓度苯系物在线监测系统，本实施例中定量环26的规格为1ml，经色谱柱27分离后，每次经过催化管28的苯系物体积小于1ml，设定催化管28的加热温度为80～100℃，低于80℃，苯系物无法完全分解出甲烷，高于100℃，催化分解产物中会出现CO₂，影响检测结果，可通过设置催化管28的体积大小，控制苯系物气体在催化管28中的停留时间，控制气体在催化管28中停留时间为0.8～1.2s，停留时间小于0.8s，苯系物分解不完全，停留时间超过1.2s，会有CO₂生成。

进一步地，本实施例采用的催化剂，以Pt为活性成分，以堇青石蜂窝陶瓷载体为基础载体，并以γ-Al₂O₃、Zr、Ce、La复合物为第二载体，控制催化管28的加热温度为90℃，苯系物气体在催化管28中的停留时间为1s，经检测，最终甲烷转化率达100％。

进一步地，还可采用活性成分为Pd、Rh、lr等贵金属的催化剂。

进一步地，贵金属催化剂的有效使用市场为2～3年，本申请中单个系统中使用的催化剂体积很小，不影响本系统的生产成本。

实施例3

本实施例的厂界低浓度苯系物在线监测系统，在实施例2的基础上做进一步改进，所述色谱分析仪2通过相互连通的样气传输管路100和主路管道101与大气采样总管1连通；所述主路管道101上设有抽气泵204。

如图2所示，所述色谱分析仪2包括样气进口20、样气出口21、零气进口22、载气进口23、驱动气进口24、氢气进口25。所述样气进口一20与主路管道101连通，载气进口23与氮气发生器5通过管路连通，驱动气进口24与零气发生器6通过管路连通，氢气进口25通过管路和氢气发生器4连通，零气进口22通过管路和零气发生器6连通，样气出口22通过管路与室外连通。

本实施例中氢气发生器4为电解池，通过补水口40向电解池中不断补充水源，电解池电解水产生氢气向色谱分析仪2供应，氮气发生器5中储存有高浓度氮气，优选为99.999％浓度，氮气浓度越高，越有助于色谱分析仪2检测结果的准确性；零气发生器6中的零气由空压机60将外界空气压缩，通过管路，经过过滤减压阀61传输至零气发生器6中，过滤减压阀61将压缩空气中的水、油液分离过滤并对压缩空气进行初步减压，压缩空气在零气发生器6中被除去甲烷、总烃、苯系物等影响监测分析的成分，然后送入零气缓冲罐62，进行再次减压，然后根据需要输送向色谱分析仪2中；氢气和零气为色谱分析仪2中的FID火焰离子化检测器29提供原料，载气则带动样气在色谱分析仪2中流动，驱动气为色谱分析仪2提供驱动，色谱分析仪2使用过程中产生的不需要的气体通过样气出口21沿管路排出到外界。

实施例4

本实施例的厂界低浓度苯系物在线监测系统，在实施例3的基础上做进一步改进，所述样气传输管路100上设有一级过滤器201、二级过滤器203和电磁阀一202，所述一级过滤器201和二级过滤器203沿样气传输方向依次设置，二级过滤器203过滤精度大于一级过滤器201。

本实施例中电磁阀一202处于常开状态，色谱分析仪2在工作过程中，样气中的颗粒物会对其使用造成影响，因此要对样气进行充分过滤，本实施例设有两个过滤器对输入的样气进行二次过滤，其中一级过滤器201为不锈钢过滤器，对样气进行初步过滤，过滤精度为3～4微米，二级过滤器203为膜式过滤器，过滤精度为1～2微米，通过两次过滤，后续输入的样气中颗粒物的含量大大减小，进一步降低了本系统设备的故障率，延长了监测分析准确性及有效使用寿命。

实施例5

本实施例的厂界低浓度苯系物在线监测系统，在实施例4的基础上做进一步改进，所述样气传输管路100上还设有汽水分离器200，其设于一级过滤器201与大气采样总管1之间。

在梅雨季节或环境湿度比较大的厂界环境中，样气中的湿度大，会影响到色谱分析仪2的检测及使用，因此，本实施例在一级过滤器201与大气采样总管1之间的样气传输管路100上设有汽水分离器200，汽水分离器200是现有的装置，可以有效对样气中的湿气进行减少，避免湿气影响两个颗粒物过滤器的过滤及后续湿气对色谱分析仪2中催化分解率的影响，提高了设备监测分析的准确性，降低了设备故障率。

实施例6

本实施例的厂界低浓度苯系物在线监测系统，在实施例5的基础上做进一步改进，所述大气采样总管1包括：

采样上管10，其设于室外，样气从采样上管10顶部开口进入；

采样下管11，其设于室内，顶部与采样上管10底部连通，样气传输管路100与采样下管11一侧连通；

防尘防水帽12，其设于采样上管10顶部开口上方，防止雨水及大颗粒物进入采样上管10；

引风机13，其一端与采样下管11底部连通，另一端与室外连通，将样气从大气采样总管1内抽向室外。

本实施例设有站房1000，其置于厂界环境中，还设有机柜2000，其置于站房1000内，除大气采样总管1外本系统其余装置均置于机柜2000中，采样上管10设于站房1000房顶，采集厂界大气中的样气，本实施例的采样上管10采用聚四氟乙烯管，具有一定的保温与防吸附功能，采样下管11与采样上管10连通并延伸至站房1000内部，设有防尘防水帽12对采集的样气进行初步过滤，防止大颗粒物与雨水进入，通过引风机13提供稳定的负压，使大气采样总管1持续的从厂界大气中采集样气。

实施例7

本实施例的厂界低浓度苯系物在线监测系统，在实施例6的基础上做进一步改进，还包括加热保温装置14，其设于采样下管11外壁，所述加热保温装置14由加热丝和保温棉依次包裹在采样下管11外壁构成。

采样下管11外壁先包裹一层加热丝，再包裹一层保温棉，通过加热保温装置14，对进入到采样下管11的样气进行加热保温操作，保证管内样气温度高于室外温度十度左右，降低样气露点，防止样气在管中结露从而吸附待测成分影响到监测分析结果的准确性。

本实施例中，通过加热保温装置14使采样下管11中的样气温度控制在35～45℃，保证管内样气不凝结出水滴，大大提高监测分析结果的准确性。

实施例8

本实施例的厂界低浓度苯系物在线监测系统，在实施例7的基础上做进一步改进，还包括安全旁路3，其一端与抽气泵204连通，另一端与室外连通，所述安全旁路3上设有针阀205。

在色谱分析仪2使用过程中，难免出现仪器被细微颗粒物堵塞等的情况，由于抽气泵204是24小时不间断工作的，当色谱分析仪2堵塞后，抽气泵204继续工作主路管道101不通，很容易损坏抽气泵204，带来维修成本的增加，也有可能造成管路破裂，增加安全隐患，因此本实施例设有安全旁路3，当色谱分析仪2故障堵塞后，主路管道101管内压力持续升高，当管内压力升高到一定值后，控制针阀205开启，及时对管内进行泄压，防止抽气泵204损坏，降低本系统的故障率，减小维修成本，提高有效使用寿命。

实施例9

一种厂界低浓度苯系物在线监测方法，步骤如下：

一、样气采集：启动引风机13，将厂界大气抽入大气采样总管1中；

二、加热防露：启动加热保温装置14，对采样下管11中的样气进行加热保温；

三、输入色谱仪：样气依次经过汽水分离器200、一级过滤器201和二级过滤器203后进入色谱分析仪2；

四、色谱柱分离：样气经过定量环26，在氮气发生器5输入色谱分析仪2的氮气带动下定量输入到色谱柱27，色谱柱27将苯系物分离送入催化管28，其余样气排出色谱分析仪2；

五、催化分解：催化管28启动加热，苯系物经催化管28被分解为甲烷，送入FID火焰离子化检测仪29；

六、监测分析：FID火焰离子化检测仪29进行监测分析。

本实施例的厂界低浓度苯系物在线监测方法，其流程图如图4所示，通过引风机13在大气采样总管1中形成负压，抽取厂界大气中的气体进入大气采样总管1，通过设定加热保温装置14的加热温度为35～45℃，优选为40℃，时管中温度略高于外界温度，防止进入大气采样总管1中的样气于管壁上结露影响后续监测分析结果，样气经汽水分离器200、一级过滤器201和二级过滤器202，将湿气、颗粒物充分过滤后，在抽气泵207的作用下，通过主路管道101从样气入口21进入色谱分析仪2，经1ml定量环26定量后，由载气氮气带动进入色谱柱27，色谱柱27将苯系物分离输入到催化管28，其余气体从样气出口21排出室外，催化管28设定加热温度，苯系物气体进入催化管28后在短暂的停留时间内，被催化分解为甲烷，在载气带动下进入到FID火焰离子化检测仪29，FID火焰离子化检测仪29对甲烷进行检测，将捕捉到的浓度电流信号发送到现有的数据采集核算端即可实时分析出厂界大气中苯系物的含量，样品分析周期短，检测结果同步性高，监测分析准确性高。

进一步地，本实施例所使用的载气为纯度为99.999％的高纯氮气。申请人研究发现，氮气纯度越高，对监测分析结果的不利影响越小，本实施例采用99.999％的高纯氮气，进一步确保检测分析结果的准确性。

进一步地，催化管28的加热温度为80～100℃，苯系物在催化管28中的停留时间为0.8～1.2s。低于80℃，苯系物无法完全分解出甲烷，高于100℃，催化分解产物中会出现CO₂，影响检测结果，可通过设置催化管28的体积大小，控制苯系物气体在催化管28中的停留时间，控制气体在催化管28中停留时间为0.8～1.2s，停留时间小于0.8s，苯系物分解不完全，停留时间超过1.2s，会有CO₂生成。

优选的，本实施例设定催化管28加热温度为90℃，通过调整催化管28的体积，控制苯系物气体在催化管28中的停留时间为1s，催化管28中填装的催化剂为以Pt为活性成分，以堇青石蜂窝陶瓷载体为基础载体，并以γ-Al₂O₃、Zr、Ce、La复合物为第二载体的催化剂，最终对苯系物气体的甲烷转化率为100％且无CO₂生成。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，包括，

大气采样总管(1)，其用于采集大气厂界中的样气；

色谱分析仪(2)，其与大气采样总管(1)连通，所述色谱分析仪(2)内部置有定量环(26)、色谱柱(27)和FID火焰离子化检测仪(29)，所述定量环(26)与大气采样总管(1)连通，色谱柱(27)与定量环(26)连通，FID火焰离子化检测仪(29)与色谱柱(27)连通；

气源单元，其包括氢气发生器(4)、氮气发生器(5)和零气发生器(6)，分别向色谱分析仪(2)传输氢气、氮气和零气；

其特征在于：

所述色谱柱(27)用于分离输送样气中的苯系物；

所述色谱分析仪(2)还包括催化管(28)，所述催化管(28)为内置催化剂的加热管，其一端与色谱柱(27)连通，另一端与FID火焰离子化检测仪(29)连通，用于将苯系物催化分解为甲烷。

2.根据权利要求1所述的一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，其特征在于：所述的催化剂为贵金属催化剂。

3.根据权利要求2所述的一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，其特征在于：

所述色谱分析仪(2)通过相互连通的样气传输管路(100)和主路管道(101)与大气采样总管(1)连通；

所述样气传输管路(100)上设有一级过滤器(201)、二级过滤器(203)和电磁阀一(202)，所述一级过滤器(201)和二级过滤器(203)沿样气传输方向依次设置，二级过滤器(203)过滤精度大于一级过滤器(201)。

4.根据权利要求3所述的一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，其特征在于：所述样气传输管路(100)上还设有汽水分离器(200)，其设于一级过滤器(201)与大气采样总管(1)之间。

5.根据权利要求1～4任意一条所述的一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，其特征在于：所述大气采样总管(1)包括：

采样上管(10)，其设于室外，样气从采样上管(10)顶部开口进入；

采样下管(11)，其设于室内，顶部与采样上管(10)底部连通，样气传输管路(100)与采样下管(11)一侧连通；

防尘防水帽(12)，其设于采样上管(10)顶部开口上方，防止雨水及大颗粒物进入采样上管(10)；

引风机(13)，其一端与采样下管(11)底部连通，另一端与室外连通，将样气从大气采样总管(1)内抽向室外。

6.根据权利要求5所述的一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，其特征在于：还包括加热保温装置(14)，其设于采样下管(11)外壁，所述加热保温装置(14)由加热丝和保温棉依次包裹在采样下管(11)外壁构成。

7.根据权利要求1所述的一种厂界低浓度苯系物在线监测系统，其特征在于：还包括安全旁路(3)，其一端与抽气泵(204)连通，另一端与室外连通，所述安全旁路(3)上设有针阀(205)。

8.一种厂界低浓度苯系物在线监测方法，其特征在于，步骤如下：

一、样气采集：启动引风机(13)，将厂界大气抽入大气采样总管(1)中；

二、加热防露：启动加热保温装置(14)，对采样下管(11)中的样气进行加热保温；

三、输入色谱仪：样气依次经过汽水分离器(200)、一级过滤器(201)和二级过滤器(203)后进入色谱分析仪(2)；

四、色谱柱分离：样气经过定量环(26)，在氮气发生器(5)输入色谱分析仪(2)的氮气带动下定量输入到色谱柱(27)，色谱柱(27)将苯系物分离送入催化管(28)，其余样气排出色谱分析仪(2)；

五、催化分解：催化管(28)启动加热，苯系物经催化管(28)被分解为甲烷，送入FID火焰离子化检测仪(29)；

六、监测分析：FID火焰离子化检测仪(29)进行监测分析。

9.根据权利要求8所述的一种厂界低浓度苯系物在线监测方法，其特征在于：步骤四中所述氮气为纯度为99.999％的高纯氮气。

10.根据权利要求8所述的一种厂界低浓度苯系物在线监测方法，其特征在于：催化管(28)的加热温度为80～100℃，苯系物在催化管(28)中的停留时间为0.8～1.2s。