煤制乙二醇酯化反應(yīng)后氧分析儀的選擇

作者： 吳英俊

（聚光科技（杭州）股份有限公司，杭州，310052；）

摘要：在間接法草酸酯路線煤制乙二醇工藝中，生產(chǎn)草酸二甲酯階段，從工藝安全角度，需要監(jiān)測酯化反應(yīng)后工藝氣中的氧氣含量。氣體組分復(fù)雜，氧含量低，氧分析儀選擇需謹(jǐn)慎。采用DLAS（半導(dǎo)體吸收光譜）技術(shù)的激光氣體分析儀，從原理和實(shí)踐來看，是不錯(cuò)的選擇。

關(guān)鍵詞：煤制乙二醇  酯化反應(yīng)  氧分析儀  激光氣體分析儀

1 背景介紹

乙二醇是一種重要的化工原料，主要用于生產(chǎn)聚酯纖維和防凍劑等，用途十分廣泛。國內(nèi)乙二醇消耗量大，2017年全年消耗約1460萬噸。國內(nèi)煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，僅2017年，新開工建設(shè)5套，復(fù)工2套，前期工作推進(jìn)14套，涉及產(chǎn)能739萬噸/年。煤制乙二醇項(xiàng)目，大部分為以草酸二甲酯為中間產(chǎn)物的草酸酯路線。

生產(chǎn)草酸二甲酯的階段，從工藝安全角度，在的酯化反應(yīng)出口，需要監(jiān)測工藝氣體中的氧含量。

2 典型工況

典型的工況中，背景組分中含以下物質(zhì)：O₂（0.02-0.05%vmol），N₂（29%vmol），Ar（0.4%vmol），CO（21.9%vmol），CO₂（9.9%vmol），NO（13.70%vmol），H₂O（0.8% vmol），CH₃OH（11%vmol），CH₃ONO（11%vmlol），HCOOCH₃（0.4%vmol），（CH₃O）₂CO（0.5% vmol），CH₂(OCH₃)₂（0.3% vmol），CH₃OCH₃（0.9% vmol）。測量對象為：O₂:0-0.5%vmol。

3 傳統(tǒng)氧分析儀

3.1 順磁式

順磁式氧分析儀，是根據(jù)氧氣的體積磁化率比一般氣體高得多，且在磁場中具有極高順磁特性的原理制成的一類測量氣體中氧含量的儀器。如果我們以氧的磁化率為“+100”，折算可得各常見氣體的相對磁化率，其中一氧化氮（NO）為 “+36.3”。即順磁式氧分析儀，被測氣體中每含有1%vmol的NO，在將會對測量值上增加0.363%vmol%的正偏差，導(dǎo)致測量值相對于實(shí)際值偏大。典型工藝中含有13.7%vmol的NO，由此產(chǎn)生的偏差，是實(shí)際值將是數(shù)十倍的。。所以，順磁式氧分析儀不適用于此應(yīng)用。

3.2 氧化鋯式

氧化鋯式氧分析儀，是利用摻雜了一定比例的低價(jià)金屬物的氧化鋯（ZrO₂）,具有高溫導(dǎo)電性，可以成為一個(gè)良好的氧離子固體電解質(zhì)這一特性，使用時(shí)根據(jù)氧化鋯探頭上測量側(cè)和參比側(cè)形成的氧濃度差電動勢數(shù)據(jù)，推算出測量氣體中的氧含量。因?yàn)橐醚趸喌母邷貙?dǎo)電性，氧化鋯式氧分析儀的最佳工作溫度是650-850℃，所以氧化鋯式氧分析儀對于工藝氣體中具有還原性氣體的場合不適用，而典型工藝中含有百分之十幾的CO、NO等強(qiáng)還原性氣體，會對O₂的測量結(jié)果帶了較大誤差，所以氧化鋯式氧分析儀不適用于此應(yīng)用。

3.3 燃料電池式

燃料電池式氧分析儀，工藝氣體中的氧和這個(gè)原電池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致原電池的陽極和陰極之間產(chǎn)生一個(gè)可測量的電流，根據(jù)電流的大小推算出測量氣體中的氧含量，在微量氧含量分析中應(yīng)用最為廣泛的是堿性液體燃料電池。美國的Teledyne(TAI）公司是燃料電池式氧分析儀的著名生產(chǎn)廠家，根據(jù)其網(wǎng)站 “What happens when a Teledyne Micro-fuel cell O₂ sensor sees NO and or CO(當(dāng)Teledyne的微型燃料電池O₂傳感器碰到NO或者CO會發(fā)生什么)”中寫道“In theory, 1 ppm NO will reading 0.5 ppm O₂（理論上，1ppm的NO會顯示0.5ppm的讀數(shù)）”。典型工藝中分含有大量的NO氣體，所以燃料電池式氧分析儀不適用于此應(yīng)用。

3.4 電解池式

電解池式氧分析儀，利用氧在電池電極上發(fā)生電解反應(yīng)，在陰極和陽極之間產(chǎn)生一個(gè)電解電流，根據(jù)電流的大小推算出測量氣體中的氧含量。根據(jù)電解池式氧分析儀的主要生產(chǎn)商Delta F的數(shù)據(jù)，其STAB-EL系列可克服酸性氣體干擾傳感器的允許工藝氣體中酸性氣值，在0-0.5vmol%的量程范圍對應(yīng)的是“NO_X，500ppmvmol”。典型工藝組分中NO典型值，遠(yuǎn)大于上述值，所以電解池式氧分析儀不適用于此應(yīng)用。

4 激光氣體分析儀

激光氣體分析儀采用DLAS（半導(dǎo)體激光吸收光譜）技術(shù)，使半導(dǎo)體激光器發(fā)射的特定波長的激光束在穿過測量管時(shí)，被測量氣體選頻吸收，從而導(dǎo)致激光強(qiáng)度產(chǎn)生衰減。通過檢測吸收譜線的吸收大小就可以獲得被測氣體的濃度。半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光譜寬小于0.0001nm，遠(yuǎn)小于被測氣體單吸收譜線寬度，成功消除了背景氣體交叉干擾影響。同時(shí)，半導(dǎo)體激光氣體分析儀還具有測量精度高，穩(wěn)定性好，維護(hù)量小，幾乎沒有備品備件消耗等優(yōu)勢。

5 實(shí)際應(yīng)用和小結(jié)

自2011年以來，聚光科技（杭州）股份有限公司的LGA-4500半導(dǎo)體激光氣體分析儀,已經(jīng)在河南能源永金系列等煤制乙二醇項(xiàng)目上成功應(yīng)用，替換了原企業(yè)采購的進(jìn)口氧分析儀。LGA-4500半導(dǎo)體激光氣體分析儀,采用DLAS（半導(dǎo)體吸收光譜）技術(shù)，無背景氣體交叉干擾、測量精度高、穩(wěn)定性好、日常維護(hù)量小，得到了客戶現(xiàn)場維護(hù)人員好評。

參考文獻(xiàn)：

[1].王森.在線分析儀器手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2].高喜奎.在線分析系統(tǒng)工程技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

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作者簡介：吳英俊，男，1984年出生，從事在線分析器工程應(yīng)用。