煤制乙二醇酯化反应后氧分析仪的选择

作者： 吴英俊

（聚光科技（杭州）股份有限公司，杭州，310052；）

摘要：在间接法草酸酯路线煤制乙二醇工艺中，生产草酸二甲酯阶段，从工艺安全角度，需要监测酯化反应后工艺气中的氧气含量。气体组分复杂，氧含量低，氧分析仪选择需谨慎。采用DLAS（半导体吸收光谱）技术的激光气体分析仪，从原理和实践来看，是不错的选择。

关键词：煤制乙二醇  酯化反应  氧分析仪  激光气体分析仪

1 背景介绍

乙二醇是一种重要的化工原料，主要用于生产聚酯纤维和防冻剂等，用途十分广泛。国内乙二醇消耗量大，2017年全年消耗约1460万吨。国内煤制乙二醇产业发展迅速，仅2017年，新开工建设5套，复工2套，前期工作推进14套，涉及产能739万吨/年。煤制乙二醇项目，大部分为以草酸二甲酯为中间产物的草酸酯路线。

生产草酸二甲酯的阶段，从工艺安全角度，在的酯化反应出口，需要监测工艺气体中的氧含量。

2 典型工况

典型的工况中，背景组分中含以下物质：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）。测量对象为：O₂:0-0.5%vmol。

3 传统氧分析仪

3.1 顺磁式

顺磁式氧分析仪，是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，且在磁场中具有极高顺磁特性的原理制成的一类测量气体中氧含量的仪器。如果我们以氧的磁化率为“+100”，折算可得各常见气体的相对磁化率，其中一氧化氮（NO）为 “+36.3”。即顺磁式氧分析仪，被测气体中每含有1%vmol的NO，在将会对测量值上增加0.363%vmol%的正偏差，导致测量值相对于实际值偏大。典型工艺中含有13.7%vmol的NO，由此产生的偏差，是实际值将是数十倍的。。所以，顺磁式氧分析仪不适用于此应用。

3.2 氧化锆式

氧化锆式氧分析仪，是利用掺杂了一定比例的低价金属物的氧化锆（ZrO₂）,具有高温导电性，可以成为一个良好的氧离子固体电解质这一特性，使用时根据氧化锆探头上测量侧和参比侧形成的氧浓度差电动势数据，推算出测量气体中的氧含量。因为要利用氧化锆的高温导电性，氧化锆式氧分析仪的最佳工作温度是650-850℃，所以氧化锆式氧分析仪对于工艺气体中具有还原性气体的场合不适用，而典型工艺中含有百分之十几的CO、NO等强还原性气体，会对O₂的测量结果带了较大误差，所以氧化锆式氧分析仪不适用于此应用。

3.3 燃料电池式

燃料电池式氧分析仪，工艺气体中的氧和这个原电池的阳极发生氧化反应，导致原电池的阳极和阴极之间产生一个可测量的电流，根据电流的大小推算出测量气体中的氧含量，在微量氧含量分析中应用最为广泛的是碱性液体燃料电池。美国的Teledyne(TAI）公司是燃料电池式氧分析仪的著名生产厂家，根据其网站 “What happens when a Teledyne Micro-fuel cell O₂ sensor sees NO and or CO(当Teledyne的微型燃料电池O₂传感器碰到NO或者CO会发生什么)”中写道“In theory, 1 ppm NO will reading 0.5 ppm O₂（理论上，1ppm的NO会显示0.5ppm的读数）”。典型工艺中分含有大量的NO气体，所以燃料电池式氧分析仪不适用于此应用。

3.4 电解池式

电解池式氧分析仪，利用氧在电池电极上发生电解反应，在阴极和阳极之间产生一个电解电流，根据电流的大小推算出测量气体中的氧含量。根据电解池式氧分析仪的主要生产商Delta F的数据，其STAB-EL系列可克服酸性气体干扰传感器的允许工艺气体中酸性气值，在0-0.5vmol%的量程范围对应的是“NO_X，500ppmvmol”。典型工艺组分中NO典型值，远大于上述值，所以电解池式氧分析仪不适用于此应用。

4 激光气体分析仪

激光气体分析仪采用DLAS（半导体激光吸收光谱）技术，使半导体激光器发射的特定波长的激光束在穿过测量管时，被测量气体选频吸收，从而导致激光强度产生衰减。通过检测吸收谱线的吸收大小就可以获得被测气体的浓度。半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，远小于被测气体单吸收谱线宽度，成功消除了背景气体交叉干扰影响。同时，半导体激光气体分析仪还具有测量精度高，稳定性好，维护量小，几乎没有备品备件消耗等优势。

5 实际应用和小结

自2011年以来，聚光科技（杭州）股份有限公司的LGA-4500半导体激光气体分析仪,已经在河南能源永金系列等煤制乙二醇项目上成功应用，替换了原企业采购的进口氧分析仪。LGA-4500半导体激光气体分析仪,采用DLAS（半导体吸收光谱）技术，无背景气体交叉干扰、测量精度高、稳定性好、日常维护量小，得到了客户现场维护人员好评。

参考文献：

[1].王森.在线分析仪器手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2].高喜奎.在线分析系统工程技术[M].北京：化学工业出版社，2013.

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作者简介：吴英俊，男，1984年出生，从事在线分析器工程应用。