图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
国家、区域和当地政府机构要求加工企业进行监控工厂排放和耀斑堆栈。这是旨在减少污染水平已进入大气层以越来越快的速度。
在炼油厂耀斑的初始焦点干预,化学和石化工厂耀斑也被确认为潜在的有害空气污染物的来源。
石化工厂
EPA签署了一系列的风险和技术审查2020年3月(RTR)规则。其中有国家有害空气污染物排放标准(NESHAP):通用最大可控制乙烯生产技术标准(EMACT)。
环保署规定,要求目前在EMACT耀斑并不足以确保98%破坏效率基准需要满足当前的标准。
EMACT耀斑和炼油厂都遵循同样的耀斑需求和定义,这意味着必须不断监视EMACT耀斑。
预先存在的乙烯饼干已经出版三年后的最终规则在联邦注册的坚持要求。新饼干或饼干在10月9日开始建设,2019年,需要遵守的出版日期最终规则或初始启动,以后哪个日期。
有机化学品制造商
环保署完成2003年修正案的杂项有机化学制造业国家有害空气污染物排放标准(NESHAP) 2020年5月(称为MON)。
这些修改添加操作和监控要求耀斑,旨在控制排放过程生成烯烃,聚烯烃,以及耀斑控制乙烯氧化物排放。
他们也允许任何设施以外的这个子集选择陷入这些耀斑的需求,而不是符合当前耀斑的标准。
由美国环境保护署估计,这些完成修正案将导致减少有害空气污染物(HAP)每年排放107吨。此外,它会导致环氧乙烷的减排每年~ 0.76吨。减少排放约260吨/年HAP耀斑也预期。
炼油厂
法规遵循美国环保署的2018年11月修正案炼油行业规则(RSR) 40 CFR 63一部分影响耀斑。这些规定意味着,2019年1月30日,耀斑必须遵守新的§63.670耀斑控制装置的要求。
新的需求定义五个耀斑操作限制:
- 稀释净热值(NHVdil)
- 耀斑提示出口速度
- 引燃火焰的存在
- 可见排放
- 燃烧区净热值(NHVCZ)
NHVCZ最低操作限制270 BTU /自洽场也规定,基于一段15分钟的块。1
NHVCZ可以通过测量计算的净热值排出气(NHVVG)。因此,耀斑气体分析是任何合规策略的基石。
NHVCZ方法270 BTU /产销,自然或丙烷气等其他燃料气体必须添加到流程。蒸汽可能会需要被添加到耀斑避免可见排放的生产。
测量过程质谱的耀斑气体流
有许多挑战耀斑气体的分析,无论他们的起源。例如,这样的排放通常是由无机和有机物种的复杂组合。
工艺条件的变化,这些物种的组成和浓度随着时间的推移可以是非常不同的。
法规可能要求只有总总热值的价值观,硫磺,或碳氢化合物总量值收集。
测量单个组件的浓度有助于识别排放的来源。这可以帮助查明任何问题特定植物的一部分。
快速加热耀斑的值可以改变,因此,分析速度是至关重要的;未能满足排放标准分析时间测量时,更有可能随着时间的分钟。
过程质谱可以准确、快速、多组分分析。使其适当的工具测量耀斑气体流。例如,表1展示了一个耀斑气流含有氢、氮、C和碳氢化合物6。
分析这些19组件可以执行在30秒。这允许一个质谱仪监控多个耀斑,取决于所涉及的距离。
优势的职业过程质谱仪
的主要的职业过程质谱仪从热费希尔科学TM有一个扇形磁分析器的核心(见图1)。相比其他质谱仪,它提供了无与伦比的精度和准确性。
表1。耀斑气流成分的例子。来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
| 组件 |
分子量 |
火炬气的典型成分%摩尔 |
| 氢 |
2 |
0-40 |
| 甲烷 |
16 |
15 - 95 |
| 水 |
18 |
主 |
碳
一氧化 |
28 |
0 - 1 |
| 氮 |
28 |
0-40 |
| 乙烯 |
28 |
他一直 |
| 乙烷 |
30. |
男童 |
| 氧气 |
32 |
0 - 5 |
氢
硫化 |
34 |
清廉 |
| 丙烯 |
42 |
0-20 |
碳
二氧化碳 |
44 |
清廉 |
| 丙烷 |
44 |
0 - 5 |
| 1 - 3,丁二烯 |
54 |
0 - 0.2 |
| 丁烯 |
56 |
0-15 |
| i-Butane |
58 |
清廉 |
| 正丁烷 |
58 |
0 - 5 |
| C5和C6 |
70 + |
0-15 |
羰基
硫化 |
60 |
清廉ppm |
碳
二硫化 |
76年 |
0 - 1 ppm |
热费希尔科学TM有超过三十年的工业生产经验的四极质谱仪和磁部门。磁基于工业在线气体分析仪提供最好的性能分析。
在扇形磁场分析器的主要优点是:
分析精度范围从2到10倍比四极分析器,根据混合物的复杂性和气体分析。
中性的气体分子和原子是最初的职业过程转化为带正电荷的离子质谱仪离子源。作为一个封闭式,它允许灵敏度高,背景干扰最小和最大污染阻力。
高能(1000 eV)分析仪,首席职业过程质谱提供了极其坚固性能的气体和蒸汽,可能污染内部真空组件。
良好记录,首席职业过程质谱仪可以监控没有苦难的有机化合物浓度高百分比水平漂移或污染。
离子加速通过一个飞行管,导致他们单独的质量费用比率变量的磁场强度。可以观察到一个统一回应在一个有限的质量产生的平顶宽度和峰值形状。这是由于扇形磁质谱仪产生聚焦离子束在探测器。
峰的高度成正比的离子数量的探测器。峰也直接与测量组件的浓度成正比。只要测量峰值平顶的地方,然后将高精度分析。
为了精确测量不同组分含量耀斑气体主要的职业过程质谱仪的在一个宽动态范围测量的能力是至关重要的。
英国独立专家公司EffecTech提供认证测试和校准服务电力和能源行业的气体流量,质量和总能量计量。
它认可的职业过程质谱仪国际公认的ISO / IEC 17025:2005标准。这些标准规定执行校准的能力的一般要求和/或测试,包括抽样。
图1所示。的职业过程质谱仪磁分析器。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
进行多流抽样”快速
热费希尔科学TM进行多流取样器”发展其独特的快速(RMS)以允许快速和可靠的切换流。这使得质谱仪是监控弹流和流程流或多个耀斑流。
这也避免了使用旋转阀,遭受贫困可靠性、电磁阀阀组,可以包括太多的死体积。
RMS提供了一个无与伦比的可靠性和采样速度和允许样本选择从1 32或64年1流。流沉降时间是完全可配置的应用程序的依赖以及用户。它还包括数字样本流记录为每个流由用户选定。
在实例样本流滴,这个事件可以用来激活警报或警告。提醒用户屏蔽滤波器的采样调节系统就是这样一个可以应用的例子。
流的位置选择器是光编码,和RMS可以加热到120°C,允许可靠,软件控制流的选择。
热费希尔科学的内部网络TM的职业过程质谱仪进行通信的温度和位置控制信号。
三年的保修标准和良好记录之间的执行1000万年操作维护、RMS提供了一定程度的保证可靠性进行多流抽样”没有提供其他设备。
的职业过程质谱仪测量燃料属性
的职业过程质谱仪允许派生的燃料特性作为例行公事。
利用的价值1212英热单位/自洽场为氢环保局推荐的40 CFR部分60和63年,而不是274 BTU /自洽场的理论价值,用户可以计算低热值。这为用户提供了一个更可靠的指示耀斑性能,满足最低操作270 BTU /自洽场的极限。
来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
| 。 |
。 |
| 低发热值(低热值) |
也称为净热值或
低热值 |
| 高热值(疱疹) |
也被称为高热值或
高热值 |
| 压缩系数 |
|
| 实际的低发热值 |
理想的低发热值
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
压缩系数 |
| 密度 |
|
| 比重 |
|
| 沃泊指数较低 |
低发热值
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
√(比重) |
| 高沃泊指数 |
高热值
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
√(比重) |
| 空气的要求 |
|
| 燃烧空气需求指数(卡里) |
空气的要求
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
√(比重) |
精确分析氢在宽动态范围是必要的,因为这潜力如此高的燃烧。
的职业过程质谱仪的扇形磁分析器不受“零爆炸”,这使得光的分析分子挑战大多数四极分析器。因此,它非常适合氢分析。
疱疹认为水的汽化潜热的燃烧产物。Prima PRO供应过程质谱仪测量的精度通常比0.1%是相对的。
图2概述了耀斑的理想的低热值气体流是如何由热费希尔科学计算TM煤气厂的软件派生值。这是基于单个组件的理想的低热值。
图2。理想的低热值煤气厂派生值。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
包括沉淀时间、分析时间一般是30秒或更少。因为它们是衡量各种技术可用,例如,4 - 20毫安或者清廉V模拟输出,网络通讯协议,现场总线,或OPC,获得的数据是工厂的主机通信。
分析设置
煤气厂软件促进无限范围的分析技术,允许分析优化的基础上制定。最合适和最有效的峰值测量速度和精度设置可以选择为每个气体流,根据过程控制要求。
有许多不同的分析技术。例如,图3显示了一个示例的耀斑气体流分析技术,同时为一个流程流图4演示了这一点。
这里列出连同其他过程技术,这两种方法被利用在一个单一的职业过程质谱仪测量火炬气的组合和流程流。
图3。耀斑流方法的例子。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
图4。过程流方法的例子。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
这两种技术明显显示女士碎片光谱重叠的水平模式。分开是很重要的衡量这些分裂模式感兴趣的实际组件。利用替代化合物可能简化校准过程,但是这将不可避免地导致减少的精度水平。
火炬气测试数据
工厂评估期间,首席职业过程质谱仪测试包含21重量汽缸组件。这些包括无机物和碳氢化合物,从C1C6,目的是检查其操作在一个炼油厂火炬气的应用程序。
表2。工厂测试包含21个无机和碳氢化合物的重量缸,分析了18个小时。来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
| 组件 |
浓度
%摩尔 |
的职业规范
的标准偏差
%摩尔(8小时) |
脂肪测试大街
%摩尔(8小时) |
脂肪测试
实际的标准偏差
%摩尔(8小时) |
| 氢 |
10 |
≤0.02 |
9.8835 |
0.0077 |
| 甲烷 |
64.53 |
≤0.05 |
64.6662 |
0.0125 |
碳
一氧化 |
5 |
≤0.05 |
5.0829 |
0.0264 |
| 氮 |
10 |
≤0.05 |
9.8557 |
0.0469 |
| 乙烯 |
2 |
≤0.02 |
1.9867 |
0.0010 |
| 乙烷 |
2 |
≤0.02 |
2.0367 |
0.0012 |
| 氧气 |
1 |
≤0.001 |
0.9941 |
0.0006 |
氢
硫化 |
0.05 |
≤0.0005 |
0.0484 |
0.0003 |
| 丙烯 |
1 |
≤0.001 |
0.9961 |
0.0011 |
碳
二氧化碳 |
1 |
≤0.001 |
0.9597 |
0.0007 |
| 丙烷 |
1 |
≤0.001 |
1.0910 |
0.0007 |
| 1,3丁二烯 |
0.1 |
≤0.005 |
0.0992 |
0.0003 |
| 丁烯 |
0.5 |
≤0.005 |
0.5023 |
0.0005 |
| i-Butane |
0.5 |
≤0.005 |
0.4892 |
0.0011 |
| 正丁烷 |
0.5 |
≤0.005 |
0.5059 |
0.0026 |
羰基
硫化 |
100 ppm |
≤1 ppm |
100.5319 |
0.4470 |
| 戊烯 |
0.1 |
≤0.005 |
0.0992 |
0.0004 |
| i-Pentane |
0.3 |
≤0.005 |
0.3083 |
0.0012 |
| 戊烷 |
0.3 |
≤0.005 |
0.2792 |
0.0042 |
碳
二硫化 |
100 ppm |
≤1 ppm |
100.4589 |
0.2733 |
| 正己烷 |
0.1 |
≤0.005 |
0.0957 |
0.0010 |
| NHV (BTU /自洽场) |
|
≤0.1% |
899.5394 |
0.07% |
气体分析质谱计在发酵中的应用
表2显示了热费希尔科学TM主要的职业过程质谱仪引用的性能(标准差超过8小时),缸的组成,和收集的测试结果。8小时在一段时间内,发现所有21个组件的测量标准偏差小于指定的标准偏差。
的职业过程质谱仪也计算净热值的8小时测试。如被发现与组件的浓度,测量NHV标准差明显少于指定的8个小时的标准差。
图5 - 5 d显示硫的趋势数据组件,较小的组件,主要组件和NHV 8小时的测试。
图5。主要成分浓度在出厂试验获得一个包含21个无机和碳氢化合物的重量缸,分析超过8小时。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
图5 b。主要成分浓度在工厂测试重量缸获得包含21无机和碳氢化合物,分析超过8小时。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
图5 c。硫成分浓度在工厂测试重量缸获得包含21无机和碳氢化合物,分析超过8小时。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
9
图5 d。NHV工厂测试期间获得包含21无机重量缸和碳氢化合物,分析超过8小时。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
总硫的分析
炼油厂监管机构通常对硫化氢(H值感兴趣2和总硫(TRS)减少。TRS有时被定义为H2与羰基硫(COS)和二硫化碳(c2)。
TRS也可能被定义为包含硫化合物的混合组件的简化形式。这些通常是甲硫醇(甲基硫醇,CH3SH)、二甲基硫(DMS (CH3)2,H2年代和二甲基二硫(诊断,CH3年代2CH3)。
质谱仪可以量化的硫化合物ppm水平。表3显示了典型的职业过程质谱仪的性能数据。下面的分析时间是30秒,这包括流开关时间和标准差来衡量超过8小时。
表3。典型的职业过程质谱仪硫化合物的性能规范。来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
| 组件 |
典型的作文
%摩尔 |
精度分析
女士的职业过程
(单一的标准差)≤ |
| 硫化氢 |
3 ppm |
0.5 ppm |
| 甲硫醇 |
10 ppm |
0.5 ppm |
| 乙硫醇 |
10 ppm |
0.5 ppm |
| 丙硫醇 |
10 ppm |
0.5 ppm |
| 正丁基硫醇 |
10 ppm |
0.5 ppm |
演示的职业过程质谱仪优秀的线性分析硫物种时,一个单元是羰基硫的校准,硫化氢和二硫化碳浓度在一个使用三个汽缸。
然后利用分析一系列的圆柱体包含三硫物种。
- 因为是校准为0.2006%。然后分析女士因为浓度从0%降至0.2006%
- CS2校准为0.198%,然后分析女士因为浓度从0%降至0.198%
- H2年代是校准为0.0506%;然后分析了H女士2年代浓度从0%降至89.88%
表4显示了测试气体利用线性显示系统。校准气体是红色的。图6显示了线性实现三硫物种。
表4。硫测试气体用于演示的职业过程质谱仪线性。来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
H2年代实际
%摩尔浓度 |
H2年代测定
%摩尔浓度 |
因为实际的摩尔百分比浓度 |
因为测量摩尔百分比浓度 |
CS2实际%摩尔浓度 |
CS2%摩尔浓度测量 |
| 0 |
0.0001 |
0 |
0 |
0 |
0.0002 |
| 0.003 |
0.0028 |
0.003 |
0.0029 |
0.003 |
0.0039 |
| 0.0506 |
0.0503 |
0.0502 |
0.0513 |
0.0498 |
0.0576 |
| 0.2505 |
0.261 |
0.2006 |
0.2015 |
0.198 |
0.2006 |
| 0.4997 |
0.526 |
|
|
|
|
| 2 |
2.08 |
|
|
|
|
| 50.03 |
51.1 |
|
|
|
|
| 89.88 |
89.88 |
|
|
|
|
数据显示,不仅可以第一的职业过程质谱仪测量浓度高达100%,但它也可以安全地校准微量的硫化氢,例如,0.05%在这个实例中。
全硫的图也可以煤气厂提供的软件,利用它的衍生价值和个人能力组件浓度。总硫值只代表了和分析了女士的硫化合物。不会说任何未知或身份不明的化合物。
为一个精确的全硫阅读、热费希尔科学建议热费希尔科学苍井空智商火炬系统,提供准确和常数测定总硫的耀斑气体流。2
苍井空智商耀斑使用脉冲紫外荧光(PUVF)光谱法来计算总硫。所有的有机结合硫转化为二氧化硫(2),样品燃烧的过程。
所以的2与紫外线辐射在一个特定的波长,这样形成一种兴奋的吗2。光的发射或荧光放松兴奋2其基态。发射光的强度和耀斑堆栈的全硫浓度成正比2浓度。
图6。Prima PRO过程质谱仪线性硫化氢、羰基硫和二硫化碳。图片来源:热费希尔科学——环境和过程监控仪器
总结
Prima PRO过程质谱仪提供及时和准确的在线过程分析气体成分和耀斑时气体监测炼油厂火炬气体。
它有一个良好的记录在监控乙烯炉和环氧乙烷流程。这意味着它是理想的监测耀斑气体流从这些过程一样有害排放的担忧不断地成长。3、4
当它结合煤气厂软件的灵活性,质谱的权力和灵活性允许单一的职业过程质谱仪监视多个流程流,以及耀斑气体流。
通过促进从火炬气的比较详细的成分数据流与多个流程流,这种方法还允许根源故障分析的性能。
Prima PRO过程质谱仪提供准确的燃气特性,包括高热值、低热值、密度、化学计量的空气要求,比重,查里和沃泊指数,以促进成分分析。
这有助于确保未燃烧污染物烧死完全燃烧而不是从耀斑废气排放。
引用
- EPA 40 CFR§63.670 -耀斑控制设备,要求美国政府发布的办公室
- 连续火把烟囱排放监测:热费希尔科学苍井空智商耀斑分析仪,热费希尔科学应用注释,2020
- 推进过程控制和效率在乙烯生产使用热费希尔科学的职业过程质谱仪,热费希尔科学应用注释,2014
- 热费希尔科学™的职业过程质谱仪:改善环氧乙烷过程控制、热费希尔科学应用注释,2017
确认
从材料最初由丹尼尔梅里曼热费希尔科学。
这些信息已经采购,审核并改编自热费希尔科学所提供的材料——环境和过程监控仪器。
在这个来源的更多信息,请访问热费希尔科学——环境和过程监控仪器。