一种尿素合成中氨碳比的监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种尿素合成中氨碳比的监测系统，所述系统包括伴热装置、依次连接的取样装置、预处理装置和激光光谱气体分析装置；伴热装置对预处理装置和激光光谱气体分析装置实施保温；激光光谱气体分析装置包括激光器、探测器和分析单元，在检测ＮＨ↓［３］时激光器的工作波长选自以下任一波长范围：１４６０～１４８０ｎｍ、１５２４～１５４８ｎｍ、１６３０～１６９３ｎｍ、１９０８～１９３８ｎｍ、２１６５～２１８８ｎｍ，在检测ＣＯ２时激光器的工作波长选自以下任一波长范围：２０４９～２０５８ｎｍ、２０６４～２０７５ｎｍ。本实用新型专利技术具有可连续实时监测、测量精度高、响应速度高、成本低等优点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及化肥行业中的尿素生产，特别涉及一种尿素合成中氨碳比 的监测系统。
技术介绍
在化肥行业的尿素生产中，需要实时、有效地监测两种原料NH3和C02的 配比(以下简称氨碳比)，并根据监测的结果调整生产原料的配比，以提高尿素 合成效率和成品质量，降低能耗。目前，普遍采用以下两种氨碳比监测方法1、 人工提取化验法该方法依靠人工从尿素合成塔中取样，并在化学实验室中对样气进行测量， 技术人员根据测得的氨碳比决定是否对生产工艺进行调整及如何调整。该监测 方法主要存在如下不足a、 响应速度很低，监测结果严重滞后，测量结果的利用价值不大；b、 个体差异会给取样带来不确定因素，测量准确度低； C、人工工作量大，效率低；d、 NH3是有很强刺激性的气体，尿素合成塔内的压强很高，超过10MPa， 因此，易泄漏造成恶性安全事故，损害现场取样操作人员的身体健康。2、 间歇式采样液相色谱法。该方法是基于液相色谱技术来测量氨碳比，并使用DCS工业控制系统来进 行自动化闭环控制。该监测方法主要存在以下不足a、 响应速度低，测量结果滞后，测量结果的利用价值不大；b、 不能连续测量；c、 系统成本很高，主要设备均依赖进口，比如测量NH3和C02的液相色谱 仪的价格就为220万左右；d、 系统维护量大，且维护困难，维护成本也很高， 一些关键器件必须依赖 进口。目前，基于DLAS (Diode Laser Absorption Spectroscopy)技术的激光光谱 气体分析装置广泛应用在气体测量中，如钢铁、水泥、化工、环保等领域中过 程气体的浓度测量。DLAS技术的基本原理为调谐测量光的波长，使其对应到待测气体的吸收 谱线；测量光穿过待测气体并被接收，得到测量光在所述吸收谱线处的吸收， 利用比尔-朗伯定律得到待测气体的浓度等参数。DLAS技术具有诸多优点，如: 响应时间很短，可以达到毫秒级，可以实现连续测量；测量下限低，可用于测 量浓度为ppb级的气体；测量精度高。在DLAS技术中，待测气体吸收谱线的选择对于测量至关重要，直接影响 到测量的重要指标测量精度。目前，在应用DLAS技术测量NH3中，如大气中NH3的监测、SCR(或SNCR) 脱硝工艺流程中NH3的监测，选择的吸收谱线的中心波长通常在1470 1535nm 范围内，如1522.4nm(参见文献《Ammonia monitoring near 1.5 }xm with diode-laser absorption sensors》M E. Webber, D S. Baer and R K. Hanson, APPLIED OPTICS, 2001， 40(12): 2031 2042)。在应用DLAS技术测量C02中，选择的吸收谱线的中心波长在1570 1615nm范围内，如1599.6nm(参见文献《Diode laser spectroscopy of C02 in the 1.6 jam region for the in陽situ sensing of the middle atmosphere》，I. Pouchet, V. Zeninari, B. Parvitte, et al， Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2004, 83: 619- 628;《Diode-Laser Sensor for Measurements of CO, C02 and CH4 in Combustion Flows》，R M Mihalcea, D S. Baer， and R K. Hanson, APPL正D OPTICS, 1997， 36(33): 8745~8752)。在尿素合成中，高浓度的NH3和C02通入尿素合成塔内，并在高压环境下进行反应，测量环境较恶劣1、 存在较多背景气体，如H20 (浓度在4%左右)、02 (浓度在1%左右)、 NH4COONH2 (微量)和极少量的气态尿素。2、 尿素合成塔内NH3和C02的压强很高，超过10MPa。而且，NH3的浓度高，浓度范围为60% 80%; C02的浓度较高，浓度范围 为15% 25%。倘若仍然使用所述基于DLAS技术的激光光谱气体分析装置，并利用所述吸收谱线分别去测量尿素合成塔内NH3、 C02的浓度，就会存在诸多技术难点，如1、 高浓度NH3对1522.4nm处对测量光的吸收非常强，即使测量光程设计 为lcm，吸收就会达到40%，造成接收到的光非常弱，甚至探测不到，增加了 测量的难度，甚至无法测量。2、 如图2所示，在强吸收的情况下，吸收与NH3浓度之间成非线性，大大 降低了测量精度；同时测量灵敏度随NH3浓度的增加而降低(灵敏度是指仪器 的输出信号变化与被测组分浓度变化之比，这一数值越大，表示仪器越灵敏， 即被测组分浓度有微小变化时，仪表就能产生足够的响应信号，灵敏度 S = f/^， F表示吸收信号峰值，C表示被测气体的浓度)；如当被测气体浓度为80%时，灵敏度仅有0.047。3、 气体间的干扰。如图3所示，在1570 1615nm波长范围内C02的吸收 谱线处，如1599.6nm，皿3的吸收也很强，严重干扰了C02的测量，大大降低 了 C02浓度的测量精度。在NH3的吸收谱线1522.4nm处，水也有一定程度的吸 收，干扰了NH3的测量。4、 由于1570 1615nm波长范围内C02谱线的吸收较小，要保证吸收信号 的信噪比达到100倍左右，则测量光程需要达到50cm，与NH3测量光程相差较 大，增加了测量系统的复杂度。5、 气体的吸收谱线在高压环境下展宽情况严重，同时也会造成信号波形变 宽。压强太高时，吸收信号波形的半高全宽(FWHM)会超过激光器频率扫描 范围，增加了测量的难度，也会大大降低测量精度。当压强为10MPa时，吸收 信号波形在正常频率扫描范围内基本成一直线，根本无法测量，如图4所示。基于上述技术难点的存在，常规的基于DLAS技术的激光光谱气体分析装 置还没能应用在尿素合成中氨碳比的监测中。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本技术提供了一种一种可连续、实时工 作、响应速度高、测量精度高、可靠性高、运行维护成本低的尿素合成中氨碳 比的监测系统。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案5一种尿素合成中氨碳比的监测系统，包括伴热装置、依次连接的取样装置、 预处理装置和光谱气体分析装置；其中，预处理装置包括降压装置、气液分离装置；把待测样本的压强从超过10MPa 降到了常压附近，大大降低了压强对NH3、 C02的吸收谱线的展宽影响，很好地 满足了 DLAS技术应用的需要；伴热装置伴热所述预处理装置、激光光谱气体分析装置；在上述处理过程中，还需伴热待测样本和待测样气，防止气体由于温度变 化而产生的物质堵塞或腐蚀管路等器件；激光光谱气体分析装置包括激光器、探测器和分析单元，在测量NH3时激 光器的工作波长对应于NH3的吸收谱线，该吸收谱线处于以下任一波长范围内 1460 1480nm、 1524 1548nm、 1630 1693nm、 1卯8 1938證、2165 2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尿素合成中氨碳比的监测系统，包括伴热装置、依次连接的采样装置、预处理装置、激光光谱气体分析装置；其中，　预处理装置包括降压装置、气液分离装置；　伴热装置伴热所述预处理装置、激光光谱气体分析装置；　激光光谱气体分析装置包括激光器、探测器和分析单元，在测量ＮＨ３时激光器的工作波长对应于ＮＨ３的吸收谱线，该吸收谱线处于以下任一波长范围内：　１４６０～１４８０ｎｍ、１５２４～１５４８ｎｍ、１６３０～１６９３ｎｍ、１９０８～１９３８ｎｍ、２１６５～２１８８ｎｍ；在测量ＣＯ↓［２］时激光器的工作波长对应于ＣＯ↓［２］的吸收谱线，该吸收谱线处于以下任一波长范围内：２０４９～２０５８ｎｍ、２０６４～２０７５ｎｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾海涛，黄伟，王健，
申请(专利权)人：聚光科技杭州有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]