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，生產草酸二甲酯階段，從工藝安全角度，需要監測酯化反應后工藝氣中的氧氣含量。氣體組分復雜，氧含量低，氧分析儀選擇需謹慎。采用DLAS（半導體吸收光譜）技術的激光氣體分析儀，從原理和實踐來看，是不錯的選擇。

關鍵詞：煤制乙二醇  酯化反應  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，主要用于生產聚酯纖維和防凍劑等，用途十分廣泛。國內乙二醇消耗量大，2017年全年消耗約1460萬噸。國內煤制乙二醇產業發展迅速，僅2017年，新開工建設5套，復工2套，前期工作推進14套，涉及產能739萬噸/年。煤制乙二醇項目，大部分為以草酸二甲酯為中間產物的草酸酯路線。

生產草酸二甲酯的階段，從工藝安全角度，在的酯化反應出口，需要監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：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 傳統氧分析儀

3.1 順磁式

順磁式氧分析儀，是根據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，導致測量值相對于實際值偏大。典型工藝中含有13.7%vmol的NO，由此產生的偏差，是實際值將是數十倍的。。所以，順磁式氧分析儀不適用于此應用。

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金屬物的氧化鋯（ZrO₂）,具有高溫導電性，可以成為一個良好的氧離子固體電解質這一特性，使用時根據氧化鋯探頭上測量側和參比側形成的氧濃度差電動勢數據，推算出測量氣體中的氧含量。因為要利用氧化鋯的高溫導電性，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等強還原性氣體，會對O₂的測量結果帶了較大誤差，所以氧化鋯式氧分析儀不適用于此應用。

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原電池的陽極發生氧化反應，導致原電池的陽極和陰極之間產生一個可測量的電流，根據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廠家，根據其網站 “What happens when a Teledyne Micro-fuel cell O₂ sensor sees NO and or CO(當Teledyne的微型燃料電池O₂傳感器碰到NO或者CO會發生什么)”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）”。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生電解反應，在陰極和陽極之間產生一個電解電流，根據電流的大小推算出測量氣體中的氧含量。根據電解池式氧分析儀的主要生產商Delta F的數據，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%的量程范圍對應的是“NO_X，500ppmvmol”。典型工藝組分中NO典型值，遠大于上述值，所以電解池式氧分析儀不適用于此應用。

4 激光氣體分析儀

激光氣體分析儀采用DLAS（半導體激光吸收光譜）技術，使半導體激光器發射的特定波長的激光束在穿過測量管時，被測量氣體選頻吸收，從而導致激光強度產生衰減。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。半導體激光器發射的激光譜寬小于0.0001nm，遠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，半導體激光氣體分析儀還具有測量精度高，穩定性好，維護量小，幾乎沒有備品備件消耗等優勢。

5 實際應用和小結

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

參考文獻：

[1].王森.在線分析儀器手冊[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2].高喜奎.在線分析系統工程技術[M].北京：化學工業出版社，2013.

-------------------------------------------------------------------------------

作者簡介：吳英俊，男，1984年出生，從事在線分析器工程應用。