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『化工行业』准确、高效的氧气测量解决方案

供稿:梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司 过程分析产品 2018/5/31 9:50:28

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  • 关键词: 化工 氧气测量
  • 摘要:在化工生产过程中,氧含量的作用不容忽视,梅特勒-托利多在化工行业为您提供准确、高效的氧气测量的解决方案。

什么是丙烯酸?


丙烯酸是重要的有机合成原料及合成树脂单体,是聚合速度非常快的乙烯类单体。是最简单的不饱和羧酸,由一个乙烯基和一个羧基组成。


纯的丙烯酸是无色澄清液体,带有特征的刺激性气味。它可与水、醇、醚和氯仿互溶,是由从炼油厂得到的丙烯制备的。大多数用以制造丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯、羟乙酯等丙烯酸酯类。丙烯酸及丙烯酸酯可以均聚及共聚,其聚合物用于合成树脂、合成纤维、高吸水性树脂、建材、涂料等工业部门。


丙烯酸易燃,其蒸气与空气可形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸,与氧化剂能发生强烈反应。若遇高热,可发生聚合反应,放出大量热量而引起容器破裂和爆炸事故。遇热、光、水分、过氧化物及铁质易自聚而引起爆炸。

生产工艺流程分析


丙烯酸具有多种工艺生产法。如:丙烯腈水解法、氰乙醇法、β-丙内脂法、高压雷佩法及丙烯氧化法。目前主要采用丙烯氧化法,工艺较为先进,将丙烯与空气及水蒸气按一定摩尔比混合,在钼铋系复合催化剂存在下,氧化制得丙烯醛,再将丙烯醛与空气及水蒸气按一定摩尔比混合,在钼-钒-钨系复合催化剂存在下,氧化制得丙烯酸。此法根据反应器结构,又分固定床法和流化床法两种,主流都采用列管式固定床。
丙烯自界区送入装置进丙烯蒸发器中汽化,再经丙烯过热器微过热。空气经空气压缩机后送入进料混合器中与过热丙烯及塔顶循环气充分混合后进第一氧化发生器,丙烯与氧在氧化催化剂的作用下反应生成丙烯醛和少量丙烯酸。反应放出的热量,由亚硝酸钠和硝酸钾组成的熔盐带出反应器。丙烯醛气体离开反应器以前,在第一氧化反应器的出口冷却器中北冷却到要求温度。


反应物在混合器中再次与空气混合后进第二氧化反应器,继续发生选择性氧化反应,生成丙烯酸。第二氧化反应器与第一氧化反应器基本相同。反应生成物经冷却器冷却后进吸收塔,反应产物被从塔顶进入的洗涤水吸收及冷却,塔底丙烯酸溶液送至丙烯酸精制单元。


吸收塔顶尾气的去向和处理方式不同有两大主流工艺:非尾气循环工艺及尾气循环工艺。其中尾气循环工艺,即吸收塔顶未吸收的尾气一部分经压缩后再引回反应器入口处的混合器循环使用,与加入的新空气和丙烯气体混合形成符合工艺要求的反应气体,其余部分送至催化焚烧单元进行焚烧处理达标后排放大气,工艺流程图见图1。其主要优点是降低成本,节能环保。国外一些知名的丙烯酸生产企业,如德国的巴斯夫和日本的三菱等公司都是采用尾气循环工艺。

丙烯酸生产尾气循环工艺流程图

丙烯氧化法制丙烯酸反应方程式:


丙烯氧化成丙烯醛,化学反应过程如下:


CH2=CH-CH3+O2→CH2=CH-CHO+H2O+340.8kJ/mol;


丙烯醛氧化成丙烯酸,化学反应过程如下:


CH2=CH-CHO+0.5O2→CH2=CH-COOH+254.1kJ/mol;


在丙烯酸生产过程中,循环气出口工艺物料(气相)中的氧含量是个十分重要的工艺参数,是衡量反应器内物料配比、反应速率、反应安全等的重要指标,氧含量数值及其变化趋势是操作人员时刻关心的重要工艺数据,如果发生测量不准确或性能不稳定产生的误动作,会导致停车或其他严重后果。

测量时面临的挑战


此应用传统测量氧气含量采用顺磁式氧分析器,是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多,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。顺磁氧分析仪必须配置预处理系统,测量稳定性及可靠性完全依赖于预处理系统。当背景气存在复杂碳氢化合物时,存在背景气干扰,容易造成测量误差。该类测量系统,存在响应速度慢,维护量大,存在易损易耗件等缺点。


此工艺流程测量点所分析的介质成分比较复杂,工艺要求苛刻,对整个分析系统要求必须有很高的精度及稳定性。常规的氧分析仪及样品预处理不适用此种工况,丙烯酸循环气含氧量必须根据现场的实际情况选用合适的氧分析仪及相应的预处理系统才能完成。

过程分析解决方案


解决方案:为了适用此类高水汽应用,减少系统耗材消耗量、快速响应,减小维护量,采用GPro500激光氧分析的取样池分析解决方案。系统具有维护量低,测量精度高,响应速度快,无备品备件消耗,测量一致性好等特点。


选型配置:GPro500-取样池探头+M400-Type3

GPro500激光气体分析仪(取样池在线探头)

M400变送器示意图

优势:


采用激光在线取样池,实现在线激光氧分析,可以实时、快速、准确测量过程气体中的氧含量,保障生产过程安全及效率。


与传统取样式氧分析仪系统相比,具有独特技术优势,比较如下图(图5):

顺磁氧分析仪与激光氧分析仪(预处理系统)特点对比

GPro500在线激光氧分析仪凭借产品的技术先进性,灵活的过程连接方式,响应速度快,测量准确及可靠性,在化工行业得到广泛应用,并成功通过现场实际应用检验,积累了丰富的行业应用经验。


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Link:https://www.mt.com/cn/zh/home/products/Process-Analytics/gas-analyzer/Tunable-Diode-Laser-TDL.html

审核编辑(王静)
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