TWI243896B - Gas composition testing method of coke oven gas - Google Patents

Description

1243896 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種焦爐氣中氣體含量檢測方法，特 別是指一種利用通過焦爐氣的光束來檢測焦爐氣中氣體含 1Γ的檢測方法。 【先前技術】 在一貫作業練鋼廠中，焦爐氣（coke oven gas ;簡稱 COG)的回收使用是一項相當重要的自產能源來源，但焦爐 氣中所含的氨氣（ammonia)成分具有高腐姓性，會造成焦爐 氣燃燒設備管線的腐蝕，進而影響操作穩定性及使用壽命 ，因此，氨氣的吸收淨化，在焦爐氣的回收使用中扮演著 關鍵的角色。 一般測定氨氣殘留量的方式有兩種，一種是靛酚法： 將氨氣通入吸收溶液後，加入酚-亞硝醯鐵氰化鈉（Phenol sodium nitroprusside，化學式 C6H5Na3 · [Fe(CN)5NO] · 2H20)溶液及次氣酸鈉溶液，使其與銨銀反應生成靛酚藍 (Indophenol blue)，並於波長640 nm的光線下比色，定量氨 氣濃度。另一種則是散酴/分光光度計法：將氨氣通入稀硫 酸溶液吸收後，形成硫酸銨溶液，再與酚及次氣酸鈉鹼 (alkaline-sodium hypochlorite)溶液反應生成款盼 (indophenol)，最後以亞琐醯鐵氰化鈉（sodium nitroprusside) 溶液為催化劑加速呈色，並使用分光光度計於630 nm的光 線下比色，定量氨氣濃度。 惟上述渔式化學量測（wet chemical measurement)方式， 1243896 需以導管導入吸收溶液中，導管易受氨氣腐蝕。而且為防 止水份、塵埃或其他干擾氣體混入，須加装過濾器，但同 時有部分氨氣被過濾器吸收而影響量測的精準度。再者， 使用上述化學方式量測，需長時間於吸收溶液中通入焦爐 氣，無法即時反映線上狀況，對於流量變化大的焦爐氣而 言’監控效果不佳。另外，化學方式量測需要大量的化學 藥劑才能達成分析的效果，因此使用後的化學藥劑亦會造 成環境污染，並增加後續處理廢用化學藥劑的成本。 【發明内容】 〃因此，本發明之目白勺，即在提供一種可以快速即時地 監控焦爐氣中預定氣體含量的線上檢測方法。 本發明利用$ g氣體分子會吸收不同特定波長之光的 特性，依據通㉟氣體》子的《的被吸收程度來判職體分 子的濃度。 於疋，本發明焦爐氣之預定氣體含量的檢測方法為： 首先提供4束穿過-焦爐氣，然後接收該穿過焦爐氣之 光束’最後再依該光束穿過焦爐氣前後之變化，分析該焦 爐氣中的預定氣體的含量。 〜上述提供的光束可為具有廣波長範圍之光束，或一特 疋波長之光束。波長範圍的選擇視其所欲量測的預定氣體 種類而定’但必須涵蓋該預定氣體所吸收光的波長。較佳 地’該光束是選用單·'波長且具有同調性（⑶her·⑽e)之雷射 光束。 適用於本發明之預定氣體可為焦爐氣中之氛氣，而選 1243896 用的光束波長範圍介於1480 nm至152〇 nm之間，較佳地 相對應於氨氣而選用波長為15_lnm之雷射光束。 需說明的是’在焦爐氣中的水分子處於飽和狀態，而 氣態的水分子之吸收光譜有部分與氨氣重疊，容易干擾氨 氣之吸收光譜，進而影響測得氨含量之準確度。因此適當 選擇光束波長亦是相當重要的。 另值得一提的是，本發明之預定氣體亦可為焦爐氣中 之其他氣體組分，如硫化氫等，並配合相對應波長範圍之 光束加以測定其濃度。而且，預定氣體亦不限定為單一種 類，亦可為二或多數不同成分的預定氣體，並經由其各別 成分所對應的吸收光譜的變異程度來判別其濃度。 别述提供穿過焦爐氣之光束者是為一可發射特定波長 範圍光束且以電子或光訊號送出射出光束強度訊息的光發 射裔。前述接收該穿過焦爐氣之光束者為一可接收相對於 该光發射器射出之光束波長範圍且以電子或光訊號送出接 收光束強度訊息的光接收器。該光發射器和該光接收器可 位於焦爐氣中，或者位於不與該焦爐氣直接接觸處。較佳 地，該光發射器和該光接收器是不與該焦爐氣直接接觸。 前述分析該焦爐氣中該預定氣體的含量者是為一電連 接或光連接该光發射裔和光接收器並可依輸入的電子或光 訊號而做運算的分析儀。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清 1243896 楚的呈現。 圖1說明適用於本發明焦爐氣之氣體含量檢測方法之 檢測系統的較佳實施例，包含一輸送管（main 口、二橫 向官21、22、二隔離閥31、32、二進氣管μ、、一光發 射器5、一光接收器6，及一分析儀7。 輸运官1具有一圍繞界定出一通道u的圓柱形管壁12 。通道11供焦爐氣通過。管壁12上相反的兩側開設有二共 軸的穿孔121、122，由兩個穿孔121、122的周緣分別向遠 離輸送管1之方向延伸有二垂直於輸送管丨並分別具有一 通道211、221的中空橫向管21、22。且在二橫向管21、22 遠離輸送管1之端部分別配置有一封設通道211的光發射器 5和一封設通道221的光接收器6。並且輸送管丨的通道u 、橫向管21的通道211，和橫向管22的通道221是彼此連 通的。 在二橫向管21、22中，由輸送管1分別朝向光發射器 5和光接收器6的方向上，分別依序各連接有隔離閥31、 32及進氣管41、42。隔離閥31、32可依需求而分別阻斷 或開啟橫向管21的通道211及橫向管22的通道221。而進 氣管41、42可供外部氣體分別導引進入橫向管21、22的 通道 211、221。 光發射器5用以發射一具有波長為1500 士 1 nm之雷射 光束。在本實施例中，該光發射器5為二極體雷射（diode laser)。光接收器6電連接光發射器5且用以接收相對應光 發射器5射出之雷射光束。分析儀7電連接光發射器5並 1243896 用以控制光發射器5和光接收器6,並得知光發射器5射出 之雷射光束能量，及光接收器6接收之雷射光能量。分析 儀7設置於遠離該輸送管1處，以防止分析儀7受輸送管i 内焦爐氣體之擾動所產生的振動而影響分析儀7之正常運 作。在本實施例中使用的分析儀7為NE〇(N〇rsk mekt⑺ Optikk)公司之雷射分析儀。 檢測系統運作時，首先如圖丨中之箭頭所示以不可燃 體氣體分別由進氣管41、42吹氣（purge)導入橫向管21、22 的通道211、221中，並開啟隔離閥3 1、32，使不可燃體氣 體充滿橫向管21、22的通道211、221中，即以氣流方式阻 斷輸送管1通道11中的焦爐氣與光發射器5和光接收器6 之接觸，避免焦爐氣惡化或損害光發射器5和光接收器6。 在本實施例中，上述的不可燃氣體為氮氣。但亦可以 使用透鏡設於通道211、221中的方式來隔離並避免光發射 器和光接收器與該焦爐氣直接接觸。 接著，令光發射器5射出一雷射光束，該光束如圖丄 中饭想線所示之光路徑，由橫向管21的通道211，經由穿 孔121進入輸送管1的通道u，與通過輸送管丨之焦爐氣 父互作用後，再經由穿孔122離開輸送管丨，並行經橫向管 22通道221而抵達光接收器6且為光接收器6所接收。 由於焦爐氣内含之氨氣對於波長為15〇〇士丨ηηι之雷射 光束有較強的吸收作用’造成通過焦爐氣之雷射光束強度 減弱，而雷射光束衰減程度與氨氣濃度有關。因此，分析 儀7依據光發射器5射出之雷射光束能量及光接收器6接 1243896 束能量之差異’即可分析計#而得出焦域氣中 測二：氨發::=::::心測方式所 表1中的为析比對可知，本發 ::方法測知的氨濃度與化學方式測得之氨濃度相當， 口此可正確的反映氨氣的濃度。

综上所述，本發明焦爐氣之氣體含量檢測方法突破以 住煉鋼薇中以化學方式量測焦爐氣中預定氣體的含量在 ，領域中前所未見的利用氣體分子吸收特定波長的光的特 以通過焦爐軋的光在特定波長範圍的強度變異來判斷 10 1243896 氣令預定氣體的含量，確實可快速且即時地監控焦爐 乳中預定氣體含量。 〜、惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 j以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 靶圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一本發明焦爐氣之氣體含量檢測方法較佳實施 例的剖面示意圖。 、 1243896 【主要元件符號說明】 1 …輸送管 221 通道 11 …通道 31 隔離閥 12 管壁 32 '.… 隔離閥 121 穿孔 …進氣管 122 穿孔 …進氣管 21 * 橫向管 5 ........ …光發射器 211 …通道 6 …光接收器 2 2 *… “橫向管 7 ” …分析儀 12

Claims (1)

1243896 十、申請專利範圍： 1· 一種焦爐氣之預定氣體含量的檢測方法，包含下列步驟 提供一光束穿過一焦爐氣； 接收該穿過該焦爐氣之光束；及 依該光束穿過該焦爐氣前後之強度變化，分析該焦 爐氣中的一預定氣體的含量。 2. 依據申請專利範圍第丨項所述之檢測方法，其中，該預 定氣體為氨氣。 3. 依據申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中，該光 束為一具有同調性的光束。 4·依據申請專利範圍第2項所述之檢測方法，其中，該光 束具有一波長介於1480 nm至1520 nm之間。 5 ·依據申請專利範圍第4項所述之檢測方法，其中，該光 束的波長為1500±1 ηπι。 6 ·依據申睛專利範圍第3項所述之檢測方法，其中，該光 束係以一光發射器所提供，以一光接收器接收該穿過該 焦爐氣之光束，以一分析儀分析和計算該預定氣體的含 量’該光發射器和該光接收器是設置於一供該焦爐氣通 過之輸送管管壁之外側。 7·依據申請專利範圍第6項所述之檢測方法，其中，該分 析儀α又置於运離該輸送管處，以防止該分析儀受該輪送 管内焦爐氣體之擾動所產生的振動而影響該分析儀之正 常運作。 13 1243896 8·依據申請專利範圍第6項所述之檢測方 更包 _丨 氣步驟，用以分別於該光發射器和該輪送管之間，及二 該光接收器和該輸送管之間通過一不可燃體氣體，以阻 斷該焦爐氣與該光發射器和該光接收器之接觸。 9.依據申請專利範圍第8項所述之檢測方法，其中，該不 可燃體氣體為氮氣。 14