VOCs在线连续监测系统解决方案

作者:王继付 熊巍 李天福 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:26 发布时间:2017-11-07
VOCs污染日趋严重,不仅影响环境空气质量,也会直接损害人体健康。
VOCs在线连续监测系统解决方案

图1 GC8000-P03在线监测设备

本文基于我国VOCs监测的环保法规要求及VOCs在线监测产品的规格和特点,给出了适用于工业固定污染源排放监测和厂界无组织排放监测的VOCs在线监测系统解决方案。

挥发性有机化合物(VOCs)是一类有机化合物的统称,对人体健康有较大危害。VOCs可以和氮氧化合物发生光化学反应,形成光化学烟雾;也能与大气中的OH、NO3、O3等氧化剂发生多途径反应,生成二次有机气溶胶(SOA)。

近年来,中国不断加强对VOCs污染的管理控制:2010年5月,环保部等9部门联合制定了《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》,把开展VOCs防治工作列为大气污染联防联控的重要组成部分;2011年6月,《国家环境保护“十二五”科技发展规划》正式发布,明确提出针对VOCs研发污染控制技术综合评价指标体系和定量评估方法,筛选出最佳可行的大气污染控制技术;2012年12月,《国家“十二五”重点区域大气污染防治规划》出台,指出要开展重点行业治理,完善VOCs污染防治体系;2013年5月,环保部发布《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》,提出VOCs污染防治应遵循源头和过程控制与末端治理相结合的综合防治原则。

图2 VOC8000在线监测设备

针对国内兴起的VOCs监测市场,结合国家及地方环保局的环保监测需求和各个行业的监测标准,横河电机推出了两款VOCs在线监测设备(GC 8000和VOC 8000),从实验室到工业现场,从防爆区域到安全区域,从固定污染源监测到厂界监测,横河电机可以提供包括方案设计、系统建设、系统投运和维护保养等在内的全生命周期解决方案。

GC8000气相色谱仪

GC8000是横河电机的第六代色谱分析仪,通过气相色谱的分析方法以及氢火焰离子法(FID)的检测技术来实现对非甲烷总烃以及特征因子污染物组分的分析和检测。检测原理和流程如下:样品经色谱采样阀采集,由载气将采集的样品送到色谱柱分离,经色谱柱后混合组分被分离成单个组分,依次排队进入检测器检测,分析出来的结果经信号放大处理后用于信号输出和人机界面显示。色谱法的分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的吸附能力不同来进行分离的。使用外力即载气使样气通过色谱柱,当载气中携带样气中的混合物流经与载气互不相溶的色谱柱中的固定相表面,混合物中的各组分与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异,与固定相之间产生的作用力的大小不同,随着载气的移动,混合物在两相间经过反复多次的分配平衡,使得各组分被固定相保留的时间不同,从而按一定次序由固定相中先后流出,有机物在氢火焰(FID)检测器中被电离成碳阳离子和电子,在电场的作用下形成离子流,并于电极生成微电流,经放大输出,形成输出信号,实现VOC混合物中各组分的分离与检测。GC8000气相色谱仪应用在VOCs在线监测领域的主要技术指标如表1所示。

VOC 8000气体分析仪

VOC 8000气体分析仪采用FID氢火焰离子化检测器和催化氧化技术来实现对甲烷、总烃和非甲烷总烃的检测。检测原理和流程如下:当有机化合物进入以氢气和氧气燃烧的火焰,在高温下产生化学电离,氢气火焰位于一对电极之间,当为这对电极上加一个电压,这对电极之间就会产生一个强度与碳氢浓度成比例的微小的粒子电流,对该电流放大并进行测定,就可以获得总烃的浓度。为了测得甲烷的浓度,需要将样品气体通过催化剂,理想状态下,当加热到一定温度,在催化剂的作用下,可以将所有的非甲烷总烃氧化而甲烷保持不变,这种状态下样品测得的烃浓度实际上是样品中的甲烷浓度。通过控制气体的流路来实现甲烷模式和总烃模式的切换,在甲烷模式下气体需要经过催化氧化剂,在总烃模式下气体不经过催化氧化剂,而非甲烷总烃是通过差减法由总烃减去甲烷值来得到的。VOC 8000气体分析仪应用在VOCs在线监测领域的主要技术指标如表2所示。

图3 横河电机VOCs解决方案

VOC系统解决方案

横河电机(中国)有限公司基于GC 8000和VOC 8000两款气体分析仪产品,依托多年来的系统设计能力和项目管理能力,构建了满足国内环保要求的VOC在线监测系统整体解决方案。如图3所示,一个典型的VOCs在线监测系统由取样探头、温压流一体机、采样伴热管线、样品预处理系统、分析仪主机(GC8000或VOC8000)、数据采集单元和数据远传模块等几部分组成,最终实现用户本地化的数据显示和地方环保监测平台的数据上传与对接。

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