RTO催化燃燒排放口的VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)淺談

現(xiàn)在各個(gè)行業(yè)以及地方的最新廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸落地，對(duì)VOCs污染排放企業(yè)的檢測(cè)設(shè)備、排放要求更加嚴(yán)格，特別是RTO裝置，其排氣筒一般均需要安裝VOCs在線系統(tǒng)，這是因?yàn)橐话闵蟁TO的企業(yè)，基本都是地區(qū)的重點(diǎn)企業(yè)。色譜+FID作為環(huán)保排放檢測(cè)重要的方式之一，其輸出的數(shù)據(jù)為排放是否達(dá)標(biāo)提供了事實(shí)依據(jù)，同時(shí)也為環(huán)保部門提供了監(jiān)管便利。VOCs在線監(jiān)測(cè)設(shè)施的原理及方式又多種多樣，本文對(duì)各種檢測(cè)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單分類和介紹，重點(diǎn)介紹FID原理的VOCs在線系統(tǒng)。
如果說色譜柱是色譜分離的心臟，那么，檢測(cè)器就是色譜儀的眼睛。無論色譜分離的效果多么好，若沒有好的檢測(cè)器就“看”不到分離結(jié)果。因此，高靈敏度、高選擇性的檢測(cè)器一直是色譜檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。檢測(cè)器通常分為選擇型檢測(cè)器和通用型檢測(cè)器，或分為濃度型和質(zhì)量型檢測(cè)器。

1.選擇型檢測(cè)器是指對(duì)某類化合物特別敏感，而對(duì)另一類化合物又特不敏感的檢測(cè)器。ECD對(duì)含鹵素化合物和電負(fù)性化合物靈敏響應(yīng)；FPD對(duì)含硫化合物、含磷化合物靈敏響應(yīng)；FTD對(duì)含硫化合物、含氮化合物靈敏響應(yīng)。
2.通用型檢測(cè)器是指對(duì)所有化合物都有響應(yīng)，且對(duì)各類化合物的響應(yīng)值差別不大。如TCD、IMD、FID，其中FID除了水和無機(jī)氣體外，基本所有組分都有響應(yīng)。
3.濃度型檢測(cè)器，峰高的大小與流動(dòng)相中樣品的濃度成正比，與流動(dòng)相的速度無關(guān)，以mg/mL計(jì)，流動(dòng)相速度只影響峰寬窄。當(dāng)用峰面積表示響應(yīng)信號(hào)時(shí)，要求流動(dòng)相速度必須穩(wěn)定。TCD和ECD屬于濃度型檢測(cè)器，其中TCD是典型的濃度型檢測(cè)器，其柱后尾吹會(huì)大大降低載氣中組分濃度，所以除用微型熱導(dǎo)池或大口徑毛細(xì)管柱以外，一般熱導(dǎo)檢測(cè)器不能接毛細(xì)管柱使用。
4.質(zhì)量型檢測(cè)器，峰高的大小與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器的組分質(zhì)量成正比。流動(dòng)相速度大，則單位時(shí)間進(jìn)入檢測(cè)器的質(zhì)量增多，峰高增加。質(zhì)量型檢測(cè)器的峰面積值與流動(dòng)相速度無關(guān)。FPD和FID都是質(zhì)量型檢測(cè)器。
通常與氣相色譜聯(lián)用進(jìn)行VOCs分析的檢測(cè)器主要是有氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）、電子捕獲檢測(cè)器（ECD）、質(zhì)譜檢測(cè)器（MSD）、光離子化檢測(cè)器（PID）、熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）、火焰光度檢測(cè)器（FPD）等，為了擴(kuò)大被檢測(cè)化合物的范圍和降低假陽性的干擾，往往將兩種檢測(cè)器串聯(lián)使用，可以實(shí)現(xiàn)選擇性檢測(cè)芳香族以及含碳有機(jī)物。常用氣相色譜VOCs檢測(cè)器如圖一所示：

圖一：常用氣相色譜VOCs檢測(cè)器
我們這里重點(diǎn)來看一下氣相色譜檢測(cè)器中使用最廣泛的一種：氫火焰離子化檢測(cè)器。
FID對(duì)含碳有機(jī)物有很高的靈敏度，能檢測(cè)到10-12 g/s的痕量物質(zhì)，適用于痕量有機(jī)物的分析，是典型的破壞型質(zhì)量型檢測(cè)器。下面從FID的結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)及部分行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)一起分享與探討：
1、 FID結(jié)構(gòu)：
氫火焰離子化檢測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快，穩(wěn)定性好，死體積小，線性范圍寬。其主要部件是離子室，離子室一般由不銹鋼制成，包括氣體入口、出口、火焰噴嘴、極化極和收集極以及點(diǎn)火線圈等部件。極化極為鉑絲做成的圓環(huán)，安裝在噴嘴之上。收集極是金屬圓筒，位于極化極上方。兩級(jí)間距可以用螺絲調(diào)節(jié)（一般不大于10mm）。在收集極和極化極間加一定的直流電壓（常用150~300V），以收集極作負(fù)極、極化極作正極，構(gòu)成一外加電場(chǎng)。載氣一般用氮?dú)?，燃?xì)庥脷錃?，分別由入口處通入，調(diào)節(jié)載氣和燃?xì)獾牧髁颗浔龋顾鼈円砸欢ū壤旌虾?，由噴嘴噴出。助燃空氣進(jìn)入離子室，供給氧氣。在噴嘴附件安裝有點(diǎn)火裝置（一般極化極兼點(diǎn)火極），點(diǎn)火后在噴嘴上方即產(chǎn)生氫火焰。

圖二：FID結(jié)構(gòu)圖
2、FID工作原理：
目前認(rèn)為FID火焰中的電離不是熱電離而是化學(xué)電離，即有機(jī)物在火焰中發(fā)生自由基反應(yīng)而被電離。有機(jī)物CnHm在高溫?zé)崃呀鈪^(qū)發(fā)生裂解產(chǎn)生含碳自由基?CH；自由基與外面擴(kuò)散進(jìn)來的激發(fā)態(tài)原子或分子氧發(fā)生反應(yīng)，生成CHO+及e-；形成的CHO+與火焰中大量水蒸氣碰撞發(fā)生分子-離子反應(yīng)，產(chǎn)生H3O+ ,化學(xué)電離產(chǎn)生的正離子（CHO+、H3O+）和電子（e-）在外加 150-300V直流電場(chǎng)作用下向兩極移動(dòng)而產(chǎn)生微電流，經(jīng)放大后，記錄下色譜峰。
當(dāng)僅有載氣從毛細(xì)管柱后流出，進(jìn)入檢測(cè)器，載氣中的有機(jī)雜質(zhì)和流失的固定液在氫火焰（2100℃）中發(fā)生化學(xué)電離（載氣本身不會(huì)被電離），生正、負(fù)離子和電子。在電場(chǎng)作用下，正離子移向收集極（負(fù)極），負(fù)離子和電子移向極化極（正極），形成微電流，流經(jīng)輸入電阻時(shí)，在其兩端產(chǎn)生電壓降。它經(jīng)微電流放大器放大后，在記錄儀上便記錄下一信號(hào)，稱為基流。只要載氣流速、柱溫等條件不變，該基流也不變。實(shí)際過程中基流越小越好。但是，基流總是存在的，因此，通常通道調(diào)節(jié)上的反方向的補(bǔ)差電壓來使流經(jīng)輸入電阻的基流降至“0”，這就是所謂的“基流補(bǔ)償”。一般在進(jìn)樣前均要使用基線補(bǔ)償，將記錄器上的基線調(diào)至零。進(jìn)樣后，載氣和分離后的組分一起從柱后流出，氫火焰中增加了組分被電離后產(chǎn)生的正、負(fù)離子和電子，在高壓電場(chǎng)的定向作下，形成離子流，微弱的離子流 (10-12?10-18A)經(jīng)過高阻(106?1011Ω)放大，成為與進(jìn)入火焰的有機(jī)化合物量成正比的電信號(hào)。
3、FID特點(diǎn)：
①T90:2s，響應(yīng)時(shí)間快，測(cè)量量程：0-100%LEL，但FID是與GC最基本的聯(lián)用設(shè)備，設(shè)備成本高；
②檢測(cè)有機(jī)物的靈敏度高，有機(jī)物的分子量越大，靈敏度越高；
③FID雖是準(zhǔn)通用型檢測(cè)器，但是有些物質(zhì)在檢測(cè)器上的響應(yīng)值很小或無響應(yīng)。這些物質(zhì)包括：永久性氣體、鹵代硅烷、H2O、NH3、CO、CO2、CS2、CCl4等等；
④為保證混合氣體在色譜柱內(nèi)不發(fā)生冷凝，F(xiàn)ID色譜柱內(nèi)溫度不得低于100℃，收集極離子室內(nèi)溫度一般高于色譜柱溫度，F(xiàn)ID停機(jī)時(shí)須在100℃以上滅火（先停氫氣，后停加熱電流）。
4、FID應(yīng)用范圍：
FID氫火焰離子化檢測(cè)器具有高靈敏度的特性，適用于有機(jī)物的微量分析，因此應(yīng)用范圍十分廣泛，具體如下：
①環(huán)境保護(hù)：可用于監(jiān)測(cè)城市大氣和水的質(zhì)量；
②石油化工：可用于分析大部分的石油原料和產(chǎn)品；
③農(nóng)業(yè)工作：可用于監(jiān)測(cè)農(nóng)作物中殘留的農(nóng)藥；
④醫(yī)學(xué)工作：可用于分析原料中間體、成品及研究人體新陳代謝及生理機(jī)能；
⑤食品加工：可用于檢驗(yàn)及鑒定食品質(zhì)量的好壞；
⑥尖端科學(xué)：可用于軍事監(jiān)測(cè)的控制和研究。
FID的突出優(yōu)點(diǎn)是對(duì)幾乎所有的有機(jī)物均有響應(yīng)，特別是對(duì)烴類靈敏度高且響應(yīng)與碳原子數(shù)成正比。它對(duì)H2O 、CO2 和CS2 等無機(jī)物不敏感，對(duì)氣體流速、壓力和溫度變化不敏感。它線性范圍廣，結(jié)果簡(jiǎn)單，操作方便。它的死體積幾乎為零，可與毛細(xì)管柱直接相連。因此，F(xiàn)ID無論在過去的填充柱時(shí)期，還是毛細(xì)管柱逐漸普及的今天，均得到普遍的應(yīng)用。YIHEAC深耕VOCs治理領(lǐng)域，為合作伙伴提供“投資經(jīng)濟(jì)、運(yùn)維合理、環(huán)保達(dá)標(biāo)、安全可靠”的專業(yè)全面解決方案，故針對(duì)每個(gè)RTO治理項(xiàng)目，我們會(huì)根據(jù)不同企業(yè)的排放特點(diǎn)以及排放組分，制定有針對(duì)性的大氣污染防治解決方案，竭盡全力的做到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過排放標(biāo)準(zhǔn)要求的高品質(zhì)RTO系統(tǒng)。
來源：網(wǎng)絡(luò)