用单分析仪监测炼厂火炬排放

随着新的环境法规的出台，许多化学品制造商和炼油厂采用技术来确定通常流向火炬的废气流的成分。2015年11月，美国环保局实施了40 CFR 60子部分Ja，要求对炼厂火炬气中的总硫和硫化氢进行分析，全球市场也有类似的需求。从那时起，EPA增加了规定，包括对BTU含量的报告。

图1所示。MAX300-AIR是一种环境质谱仪，能够对浓度从10 ppt*到100%的多种化合物进行定量分析。该系统是为全自动化，连续分析的危险工业设置。

火炬流包括来自许多工厂过程的废气的组合，它们的成分可以相当迅速地改变。样品的动态特性，以及碳氢化合物和硫的高排放的可能性，使实时质谱法适合于火炬监测。工业质谱仪MAX300-AIR是一种适用于整个火炬CEMS应用的单分析仪解决方案(图1)。它能够确定火炬气体流的完整形态组成，并自动持续提供BTU、总硫和H₂年代数据。

的MAX300-AIR质谱仪在所有元件的整个检测范围内均为线性。结果，EPA批准了使用ppm级H的验证技术₂在传统上火炬气体流中硫浓度高的地方放置瓶子。此外，百分比水平的硫标准可能对工厂工人有害，而且维护成本很高。与其他方法相比，经MAX300-AIR光谱仪验证的气体被认为是安全和经济的。

完全形态耀斑组成及根本原因分析

NSPS Ja于2015年11月实施，自那时起，MAX300-AIR仪器一直被用于确定整个美国炼油厂的完整成分火炬信息。炼油厂必须报告根本原因分析(RCA)，当H水平₂S超过162 ppmv，此外H₂S, BTU和总硫值。使用MAX300-AIR光谱仪的客户拥有所需的数据，以检测在指定时间内哪个工艺单元在耀斑流中起主要作用。实时的气体形态分析有助于确保RCA和后续纠正措施计划的快速和准确。MAX300对炼油厂火炬流中高硫事件的调查如图2、3和4所示。

图2。总硫与在耀斑事件期间测量的前5种硫化合物一起显示。总硫由形态硫分析的总和计算。硫化氢是最普遍的，达到5.4%，但其他几种硫存在于ppm水平，有时对总硫数量有显著贡献。

图3。火炬流BTU和前五名的碳氢化合物。丙烷和其他C3+化合物的增加使高热值超过1720 BTU/scf，同时硫化合物达到最高水平。

图4。痕量成分随H一起显示₂S的趋势，表明了耀斑事件的进展。除了上述化合物，MAX300还测量了氢、氮、氧、二氧化碳和水。

在这个地方MAX300质谱仪同时测定31种成分，包括14种碳氢化合物和10种硫化合物。通过这种方法，炼油厂可以接收合规所需的数据，还可以更好地了解运行中的工厂排放的材料类型。

当火炬气体从探头排出并通过样品处理柜时，一小部分气体在MAX300系统的真空室内连续流动。在这个房间里，这些气体被电离，并被质量过滤器电扫描。

对于每个组分，分析的速度为0.4秒，然后自动测量BTU和总硫，并将其传输到炼油厂的数据系统中。MAX300系统所确定的完整化合物列表实际上是根据用户的要求进行测量的，火炬气应用中通常包含许多微量污染物(图4)。如果需要，可以很容易地添加更多的成分。

在火炬气应用中，H的测量范围为1ppm ~ 100%₂在MAX300分析仪上。为了显示在这个测量范围内的线性响应，MAX300仪器加入了一个样品系统，其中高纯度的CO₂和H₂在稀释系统的帮助下，这些标准被混合在一起。经过单点校准后，对样品组成进行修改，MAX300分析仪对H进行精确的线性测量₂S在从0到100%的一些点上，如图5所示。

图5。全尺寸硫化氢线性度。H的动态范围₂在火炬气应用中S为1ppm至100%。基于单点校准，MAX300的灵敏度和线性度在整个范围内是恒定的。每日验证使用< 300ppm对炼油厂人员来说是安全的，并且得到了EPA的批准。

其他硫化合物，比如SO₂,计算机科学₂在火炬气流中，除H外，COS和硫醇也存在₂所有硫基化合物的浓度总和被用于MAX300分析仪测量并向炼油厂控制系统报告全硫值。在许多地方，总有可能在排放过程中燃烧高百分含量的总硫。对于正确的报告，能够在预测的动态范围内精确测定总硫的分析仪是非常重要的。

MAX300仪器用于确定许多气体标准，复制可能的耀斑条件。甲硫醇,H₂年代,因为,CS₂,所以₂在用气相色谱质谱分析技术进行验证之前，将瓶子里的物质按重量混合在一起。通过单点校准，MAX300分析仪在所有五个标准中显示了高重复性和精度(图6)。

图6。总硫测量记录在MAX300-AIR。这些数据是在对含有~ 2000ppm H的标准进行单点校准后收集的₂年代,因为,所以₂,计算机科学₂和甲基硫醇。该系统记录了混合物中各个硫组分的特定分析，并实时计算总硫，以供报告之用。对于所有组件，分析仪的动态范围从< 1ppm到100%是线性的。

质谱仪的线性特性保证了单点校准能够提供ppm硫读数的精确结果以及高达100%的峰值。这也意味着ppm水平的H₂S标准可用于验证MAX300分析仪的性能，而不考虑炼油厂最高的预测硫值。

由于该方法经过验证的线性，美国环保署批准MAX300用户使用小于300ppm H的瓶子₂S表示日常的证实。因此，这些站点无需购买或管理危险且昂贵的百分比级硫标准，从而提高了安全性，降低了火炬遵守成本。

高精度实时BTU计算

火炬气应用中包含的BTU要求使得追踪碳氢化合物和其他成分(如水、氮、氨、BTX、氧等)成为可能，这对确保准确报告非常重要。MAX300-AIR具有足够的灵活性，可以根据现场具体情况定制量化气体，并且可以通过软件进行编辑，以应对监管要求或工厂操作随时间的变化。由于MAX300分析仪的高精度，无论样品成分如何，报告的BTU值都保证了高重复性和准确性(表1)。

表1。氢和碳氢化合物测量和计算流高热值(HHV)

组件	测量浓度(%)	性病(ppm)
氢	16.36	850
甲烷	78.99	840
氮	0.38	62.7
丙烷	0.811	61.2
乙烷	0.01649	49.5
丙烯	0.1257	19.7
异丁烷	0.276	30.7
二氧化碳	0.751	25.98
1-Butene	0.097	19.9
正丁烷	0.437	37.4
庚烷	0.0179	3.47
戊烷	0.1478	19.5
己烷	0.014	11．1
疱疹	936.34 BTU	0.58 BTU

MAX300-AIR在耀斑流中记录所有化合物的浓度，分析仪实时测量HHV，并向DCS报告。高精度气体分析可以获得精确的BTU值。下面是一个HHV计算的例子，用来表示BTU/Scf中的值。人们可以在最适合用户要求的任何单位报告HHV。

疱疹= ((% H₂× 324.35) + (% ch₄× 1010.25) + (% c₂H₄×1600.72)
+ (% C₂H₆× 1769.79) + (% c_3.H₆×2335)
+ (% C_3.H₈× 2518.7 + (% c₄H₈×3082.33)
+ (% IsoC组织₄H₁₀× 3254.53) + (% nc₄H₁₀×3264)
+ (% C₅H₁₂× 4011.61) + (% c₆H₁₄×4758.72)
+ (% C₇H₁₆×5055.99))/ 100

在总硫测量方面，BTU测量并实时报告给用户的数据控制系统，以及监测到的所有化合物的特定浓度。在排放过程中，监测整个动态范围内的所有组件为法规所需的RCA提供了重要的资源。

结论

的MAX300-AIR质谱仪是同步测量BTU、H₂和火炬气中总硫含量。该系统提供了符合法规要求的分析速度、灵活的响应和动态范围，如40 CFR 60子部件Ja，并可以在一个自动化周期中跟踪许多不同的耀斑流，满足15分钟的报告速度要求。

RCA的重要数据是通过对所有组分的特定分析获得的，MAX300的线性度确保了精度从< 1ppm到100%，导致EPA批准低硫验证，这大大提高了安全性，并降低了与火炬气合规相关的成本。

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