CN112816632A - 一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统及方法 - Google Patents

一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，包括，冷却除水装置，其通过制冷器将高温样气中的饱和水冷凝，高温样气进入气液分离器分离后形成低温样气；除杂装置，与气液分离器的气相出口连接，用于滤除所述低温样气中的固体杂质；除酸装置，除酸装置与除杂装置的出口连接，该除酸装置使用除酸介质将除杂后低温样气中的酸性气体脱除形成无酸样气；抽气分析装置，与除酸装置的出口连接以分析所述无酸样气。本公开还提供了一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测方法，本公开解决了酸气腐蚀分析仪表的问题，且不影响样气所测成分的代表性。

Description

一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统及方法
技术领域
本公开涉及气体监测领域，尤其涉及一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统及方法。
背景技术
VOCs(volatile organic compounds)是在常温下，沸点50℃至260℃的各种有机化合物。在我国，VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下，蒸汽压大于或者等于10Pa且具有挥发性的全部有机化合物。
挥发性有机物(VOCs)是形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物，进而引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。随着我国工业化和城市化的快速发展以及能源消费的持续增长，以PM2.5和O3为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康。为了根本解决PM2.5、O3等污染问题，切实改善大气环境质量。国家应积极推进其关键前体物VOCs的污染防治工作。如何切合我国的实际全面开展VOCs污染防治，是一项刻不容缓、艰巨复杂的任务。
制药厂、炼化厂、化工厂以及农药厂均存在各种含有VOCs的气体排放，因此对这类气体排放时的VOCs的在线监测是一项极其重要的环保工作。由于制药厂、农药厂原料中经常使用盐酸、硫酸等酸性物料，而炼化厂、化工厂的原料也会使用伴有硫化物的原料及酸性物料，因此这类企业排放的气体中常伴有腐蚀性很强的酸性气体，如HCl、H2S、SO2，甚至是HF。而腐蚀性气体不仅对大型设备易造成腐蚀，对于高精密的分析设备腐蚀尤为严重，其中就包括常用的VOCs在线分析仪。
VOCs快速检测仪按检测器原理分有两种，分别是光离子化检测器(PID)和火焰离子化检测器(FID)。无论哪种类型检测仪均属于高精密分析仪器，分析过程中对所检测样品的预处理有很高的要求，预处理措施不到位极易引起分析仪器的故障甚至是损坏。酸性气体对VOCs检测仪的危害性极大，因此如何对样气采取有效的预处理变得极为重要。如位于山东的某药企数十台VOCs在线检测仪就因预处理不合格导致仪器数月内甚至是一两个月便出现严重故障需要返厂维修，对厂方造成了非常大的经济损失。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种长期稳定运行的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统。
根据本公开的一个方面，一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，包括，
冷却除水装置，其通过制冷器将高温样气中的饱和水冷凝，所述高温样气进入气液分离器分离后形成低温样气；
除杂装置，与所述气液分离器的气相出口连接，用于滤除所述低温样气中的固体杂质；
除酸装置，所述除酸装置与所述除杂装置的出口连接，该除酸装置使用除酸介质将除杂后低温样气中的酸性气体脱除形成无酸样气；
抽气分析装置，与所述除酸装置的出口连接以分析所述无酸样气。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括进气回路和出气回路，
所述进气回路与所述冷却除水装置连接，用于将所述高温样气引入所述冷却除水装置；
所述出气回路与所述抽气分析装置连接，用于将分析后的样气排出系统。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括标气回路，
所述除酸装置和所述抽气分析装置之间的管道上设置三通阀，所述标气回路与所述三通阀连接，通过所述三通阀切换至所述标气回路用于对所述抽气分析装置校正。
根据本公开的至少一个实施方式，所述除酸介质包括活泼金属或其氧化物，所述酸性气体与所述除酸介质反应生成盐类留置于所述除酸装置内。
根据本公开的至少一个实施方式，所述活泼金属包括Al、Mg、Zn或Ca的一种。
根据本公开的至少一个实施方式，所述进气回路包括取样探头、进气管路和针阀，所述高温样气通过所述取样探头引入所述进气管路经所述针阀调节后进入所述冷却除水装置。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括排液回路，
所述排液回路与所述气液分离器的液相出口连接，该排液回路包括蠕动泵和止回阀；
所述蠕动泵将所述气液分离器中处于负压状态下的水排出；
所述止回阀用于所述蠕动泵停用时所述在线监测系统与外界环境的隔绝，保持密闭性。
根据本公开的至少一个实施方式，所述抽气分析装置包括依次连接的真空抽气泵、流量计和VOCs分析仪，
通过所述真空抽气泵将所述无酸样气引入所述抽气分析装置，再经所述流量计调节后进入所述VOCs分析仪检测。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括真空抽气泵副线，
所述真空抽气泵副线分别连接至所述真空抽气泵的进口和出口，用于调节所述在线监测系统的压力。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测方法，包括，
高温样气引入冷却除水装置，通过制冷器降温使所述高温样气中的饱和水冷凝，再经过气液分离器进行气液分离得到低温样气；
所述低温样气引入除杂装置中滤除所述低温样气的固体杂质；
除杂后的低温样气进入除酸装置中，酸性气体与活泼金属或其氧化物接触反应后生成盐类留置于所述除酸装置内从而形成无酸样气；
所述无酸样气引入抽气分析装置中经流量计调节后进入VOCs分析仪分析。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本公开的实施方式的VOCs在线监测系统的工艺流程示意图。
图2是根据本公开的实施方式的VOCs在线监测系统结构示意图。
附图标记：100—进气回路；200—冷却除水装置；300—排液回路；400—除杂装置；500—除酸装置；600—抽气分析装置；700—出气回路；800—标气回路；
NV01—进口针阀；NV02—真空抽气泵副线针阀；E01—制冷器；V01—气液分离器；PP01—蠕动泵；P01—抽气真空泵；S01—除酸器；FI01—浮子流量计；AI01—VOCs分析仪；3BV01—三通球阀；CV01—止回阀；PG01—压力表；FT01—过滤器。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
本发明设计了合理、新颖、安全和可靠的工艺流程，解决了酸性气体腐蚀分析仪表的问题。
本发明采用的预处理措施既能够较彻底去除腐蚀性酸气，又不影响样气所测成分的代表性。
根据本公开的至少一个实施方式，提供了一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其包括了进气回路、出气回路、冷却除水装置、除杂装置、除酸装置、抽气分析装置、排液回路及标气回路。高温样气由主管道引入进气回路，进气回路连接至冷却除水装置，冷却除水装置液相出口连接至排液回路，由排液回路将酸水排出系统，冷却除水装置气相出口连接至除杂装置(过滤器)进口，经过滤器除去残余固体杂质后经出口送至除酸装置，除酸装置出口分别与抽气分析装置入口及标气回路末端连接，样气经分析后排出系统。
根据本公开的至少一个实施方式，如图1至2所示，来自进气回路100的高温样气，其温度为60～200℃，引入在线监测系统后进入冷却除水装置200，冷却除水装置200中的制冷器将高温样气降温至5～10℃，其中大量饱和水被冷凝析出，之后进入气液分离器进行气液分离，其中气液分离器工作时处于负压状态，因此可通过设有蠕动泵的排液回路300将酸水排出，将溶解酸气的废水排出系统，极大的降低了样气的腐蚀性。本发明的除水装置避免了采用物理方法的重力除水，使用分子筛或干燥剂除水从而影响VOCs检测结果的问题。制冷器E01可以为半导体制冷器，也可以为水冷器、风冷器或其他冷却器等。除水后的低温样气进入除杂装置400，除杂装置400中的过滤器进行固体杂质的彻底去除；除杂后的样气进入除酸装置500中进行酸性气体的脱除，除酸装置500中除酸介质为活泼金属及其氧化物的一种或多种，包括Al、Mg、Zn、Ca等，也可以为Na2CO3、NaHCO3、NaOH、K2CO3及KHCO3等碱性介质，只要不影响VOCs浓度的介质都可，可以为金属板，可选地为金属网，优选地为波纹状金属网，更优选地为高表面积的锌网，例如大于50目，高表面积的金属网有利于酸性气体与金属充分接触从而使除酸效果更佳。酸性气体与除酸介质反应生成盐类留置于除酸装置500内，除酸装置500对样气进行去除从而保护VOCs在线分析仪避免被腐蚀损坏。
除酸后的无酸样气引入抽气分析装置600，抽气分析装置600由真空抽气泵P01、流量计FI01和VOCs分析仪AI01组成，其中真空抽气泵P01作为整个在线监测系统的动力引入高温样气到系统中，流量计FI01连接真空抽气泵的出口，进行流量调节后的样气从流量计出口排出进入VOCs分析仪AI01，进行分析后排出在线监测系统。
除杂装置400与冷却除水装置200中气液分离器的气相出口连接，除酸装置500与除杂装置400的出口连接，抽气分析装置600与除酸装置500的出口连接。
根据本公开的至少一个实施方式，进气回路100与冷却除水装置200连接，进气回路包括取样探头、进气管路和针阀，用于将高温样气引入冷却除水装置200中，进气回路100还包括针阀NV01，可以调节进气流量，调节流量后的样气进入冷却除水装置200中。出气回路700与抽气分析装置600连接，用于将分析后的样气排出系统。
根据本公开的至少一个实施方式，标气回路800用于对抽气分析装置600校正，在除酸装置500和抽气分析装置600之间的连接管道上设置三通球阀3BV01，三通球阀3BV01的作用是切换标气回路800的标气与除酸装置500排出的样气，例如关闭来自除酸装置500排出的样气，开启标气回路800的标气，标气回路800的标气来自于标气钢瓶，从而对抽气分析装置600中的VOCs分析仪AI01进行标定校准。
另外，排液回路300与气液分离器V01的液相出口连接，该排液回路300包括蠕动泵PP01和止回阀CV01，蠕动泵PP01将气液分离器V01中处于负压状态下的水排出，止回阀CV01用于蠕动泵PP01停用时在线监测系统与外界环境的隔绝，保持在线监测系统的密闭性。
进一步地，还包括真空抽气泵副线，其包括真空抽气泵副线针阀NV02，真空抽气泵副线分别连接至真空抽气泵P01的进口和出口，由于真空抽气泵P01作为整个在线监测系统的动力引入高温样气到系统中，其可以调节整个监测系统的压力。
在某些实施方式中，还提供了一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测方法，包括将高温样气引入冷却除水装置，通过制冷器降温使高温样气中的饱和水冷凝，再经过气液分离器进行气液分离得到低温样气，酸液则通过排液回路排出系统；
低温样气引入除杂装置中滤除低温样气的固体杂质；
除杂后的低温样气进入除酸装置中，酸性气体与活泼金属或其氧化物接触反应后生成盐类留置于除酸装置内从而形成无酸样气；可选地，酸性气体也可与碱性介质反应，只要不影响VOCs浓度的介质都可，例如Na2CO3、NaHCO3、NaOH、K2CO3及KHCO3等碱性介质。活泼金属包括Al、Mg、Zn、Ca等，可以为金属板，可选地为金属网，优选地为波纹状金属网，更优选地为高表面积的锌网。
无酸样气引入抽气分析装置中经流量计调节后进入VOCs分析仪分析，分析后排出系统。还包括标气回路，连接于在除酸装置500和抽气分析装置600之间的连接管道上设置三通球阀3BV01，通过三通球阀的切换从而切换到标气回路800对VOCs分析仪进行标定。
下面将结合具体实施例对上述系统详细地说明。
本实施方式中提供的VOCs在线监测系统，其样气压力为正压，温度为60～150℃，含有腐蚀性酸气。
某药厂拥有各类不同废气排放管道共计29个，其待测主要成分为VOCs，另有少量HCl、H2S、SO2、HF以及饱和水，排放废气温度范围为60～150℃。每个排放烟囱均配置一套VOCs在线监测系统以监测烟气中VOCs排放是否达标。
排放废气由取样探头及管道自排放管道引入系统进气回路100中，通过针阀NV01并由之调节流量大小，调节流量后的高温样气进入采用半导体制冷原理的冷却器E01(采用24V直流电供电，可用于无法提供其他冷却措施的现场工况)冷却至5～10℃，高温样气经冷凝后析出大量饱和水，随后进入气液分离器V01，携带液态水的样气经过气液分离器V01后液态水通过蠕动泵PP01以定时、间歇的方式排出系统，气态干燥样气由气液分离器V01顶部排出并经过压力表PG01后进入过滤器FT01，过滤除去残余固体杂质。
除杂后的样气则进入除酸器S01，样气中的酸气、气态水与除酸器S01装填的金属锌网接触后发生化学反应生成盐类，绝大部分酸气被除去以盐的形式存留在除酸器S01内，金属锌网随着系统的运行会被消耗需要定期更换新的锌网，除酸后的无酸样气进入抽气分析装置600。
无酸样气由除酸装置500送出经过三通球阀3BV01(关闭标气回路800)进入抽气真空泵P01入口，经P01抽吸增压后排出至流量计FI01入口，出流量计FI01后的样气送至VOCs分析仪AI01进口，经分析VOCs指标后排出系统，VOCs指标可本地显示读取，也可通过通讯协议远传至中控室实时监测数据。
系统长期运行后在线仪表需要标定时，通过标气接口与标气钢瓶连接并通过三通球阀3BV01切换至标气回路800进行VOCs分析仪AI01的标定，从而保证VOCs检测数据的正确性。
根据某药厂的本VOCs在线监测系统的实际生产运行的监测情况，未采用本发明的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统之前，VOCs分析仪的故障间隔时间为1-2个月；而采用本发明的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统之后，VOCs分析仪的故障间隔时间至少为6个月或很少出现故障。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，包括，
冷却除水装置，其通过制冷器将高温样气中的饱和水冷凝，所述高温样气进入气液分离器分离后形成低温样气；
除杂装置，与所述气液分离器的气相出口连接，用于滤除所述低温样气中的固体杂质；
除酸装置，所述除酸装置与所述除杂装置的出口连接，该除酸装置使用除酸介质将除杂后低温样气中的酸性气体脱除形成无酸样气；
抽气分析装置，与所述除酸装置的出口连接以分析所述无酸样气。
2.如权利要求1所述的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，还包括进气回路和出气回路，
所述进气回路与所述冷却除水装置连接，用于将所述高温样气引入所述冷却除水装置；
所述出气回路与所述抽气分析装置连接，用于将分析后的样气排出系统。
3.如权利要求1所述的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，还包括标气回路，
所述除酸装置和所述抽气分析装置之间的管道上设置三通阀，所述标气回路与所述三通阀连接，通过所述三通阀切换至所述标气回路用于对所述抽气分析装置校正。
4.如权利要求1所述的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，所述除酸介质包括活泼金属或其氧化物，所述酸性气体与所述除酸介质反应生成盐类留置于所述除酸装置内。
5.如权利要求4所述的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，所述活泼金属包括Al、Mg、Zn或Ca的一种。
6.如权利要求2所述的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，所述进气回路包括取样探头、进气管路和针阀，所述高温样气通过所述取样探头引入所述进气管路经所述针阀调节后进入所述冷却除水装置。
7.如权利要求1所述的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，还包括排液回路，
所述排液回路与所述气液分离器的液相出口连接，该排液回路包括蠕动泵和止回阀；
所述蠕动泵将所述气液分离器中处于负压状态下的水排出；
所述止回阀用于所述蠕动泵停用时所述在线监测系统与外界环境的隔绝，保持密闭性。
8.如权利要求1所述的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，所述抽气分析装置包括依次连接的真空抽气泵、流量计和VOCs分析仪，
通过所述真空抽气泵将所述无酸样气引入所述抽气分析装置，再经所述流量计调节后进入所述VOCs分析仪检测。
9.如权利要求8所述的用于腐蚀性气体的VOCs在线监测系统，其特征在于，还包括真空抽气泵副线，
所述真空抽气泵副线分别连接至所述真空抽气泵的进口和出口，用于调节所述在线监测系统的压力。
10.一种用于腐蚀性气体的VOCs在线监测方法，其特征在于，包括，
高温样气引入冷却除水装置，通过制冷器降温使所述高温样气中的饱和水冷凝，再经过气液分离器进行气液分离得到低温样气；
所述低温样气引入除杂装置中滤除所述低温样气的固体杂质；
除杂后的低温样气进入除酸装置中，酸性气体与活泼金属或其氧化物接触反应后生成盐类留置于所述除酸装置内从而形成无酸样气；
所述无酸样气引入抽气分析装置中经流量计调节后进入VOCs分析仪分析。
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