CH4氣體對(duì)非分散紅外吸收法測(cè)定廢氣中SO2的影響

張飛龍，李 陽(yáng)，喬 楠

（山西眾智檢測(cè)科技有限公司，山西 太原030032）

SO2是最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)單、有刺激性的硫化物，是大氣主要污染物之一，主要來(lái)源于煤、石油、天然氣等燃料在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生。當(dāng)二氧化硫溶于水中，會(huì)形成亞硫酸。若把亞硫酸進(jìn)一步在PM2.5存在的條件下氧化，便會(huì)迅速高效生成硫酸（酸雨的主要成分）。

我國(guó)目前現(xiàn)行有效的SO2測(cè)定方法主要有碘量法、甲醛緩沖溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法、溶液電導(dǎo)率法、定電位電解法、非分散紅外吸收法和紫外差分吸收光譜分析法。依據(jù)國(guó)家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)污染源廢氣中SO2通常使用的方法有定電位電解法、非分散紅外吸收法和紫外吸收法。定電位電解法其主要原理是二氧化硫氣體在傳感器的電解槽內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，通過(guò)產(chǎn)生的擴(kuò)散電流確定二氧化硫濃度，不過(guò)定電位電解法在測(cè)定含高濃度CO廢氣中SO2氣體濃度時(shí)受CO氣體干擾顯著，難以保證其準(zhǔn)確度[1]。但是在使用非分散紅外法測(cè)定SO2時(shí)也會(huì)碰到一些數(shù)據(jù)失常，不符合物料平衡的情況。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焦化企業(yè)、燃料為天然氣的燃?xì)鉅t窯中廢氣的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)選用非分散紅外吸收法測(cè)廢氣中的SO2時(shí)，CH4氣體會(huì)對(duì)SO2數(shù)值產(chǎn)生正干擾。非分散紅外吸收法原理是二氧化硫氣體在6.82～9.00μm波長(zhǎng)紅外光譜具有選擇性吸收，一束恒定波長(zhǎng)為7.30μm的紅外光通過(guò)二氧化硫氣體時(shí)，其光通量的衰減與二氧化硫的濃度符合朗伯-比爾定律[2]。CH4分于具有4個(gè)固有的振動(dòng)，相應(yīng)產(chǎn)生4個(gè)基頻，全部處于中紅外波段。4個(gè)基頻的波數(shù)是：1=2 913.0 cm-1，2=1 533.3 cm-1，3=3 018.9 cm-1，4=l 305.9 cm-1。每一個(gè)固有振動(dòng)對(duì)應(yīng)一個(gè)光譜吸收帶，它們的波長(zhǎng)分別為3.43，6.53，3.31，7.66μm[3]。

本文選取了不同制造廠家的非分散紅外法二氧化硫便攜式監(jiān)測(cè)儀對(duì)不同濃度的的二氧化硫氣體、甲烷氣體、二氧化硫和甲烷混合氣體進(jìn)行了測(cè)定，研究甲烷對(duì)非分散紅外吸收法測(cè)SO2的干擾程度，同時(shí)得出相應(yīng)的結(jié)論。

1 設(shè)備和標(biāo)氣

本次實(shí)驗(yàn)選用的設(shè)備為紅外煙氣分析儀MGA5型（MRU GmbH公司74172NSU-Obereisesheim生產(chǎn)制造）、便攜式紅外煙氣綜合分析儀ZR-3220型(青島眾瑞智能儀器有限公司)、便攜式紅外氣體分析儀MODEL3080型（北京雪迪龍科技股份有限公司）、動(dòng)態(tài)氣體配氣儀ZR-5211(青島眾瑞智能儀器有限公司)。

實(shí)驗(yàn)中所使用的標(biāo)準(zhǔn)氣體均為山東濟(jì)寧協(xié)力特種氣體有限公司生產(chǎn)，具有標(biāo)準(zhǔn)證書(shū)，其余階梯濃度氣體均由動(dòng)態(tài)氣體配氣儀配得，稀釋氣體為高純氮?dú)猓兌葹?9.999%。有證標(biāo)氣濃度值見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 儀器校準(zhǔn)

將不同濃度的SO2標(biāo)氣分別通入三臺(tái)同原理不同型號(hào)的儀器中，待流量及SO2示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表2。

表2 SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度示值 mg/m3

由上表得知：本文實(shí)驗(yàn)所用三臺(tái)儀器對(duì)SO2濃度值測(cè)定的偏差均在允許范圍內(nèi)，因此所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均有效。

三種儀器測(cè)同一濃度SO2不同濃度CH4氣體對(duì)SO2監(jiān)測(cè)結(jié)果影響

實(shí)驗(yàn)室將由動(dòng)態(tài)氣體配氣儀ZR-5211配得SO2濃度為50 mg/m3、CH4氣體濃度分別為50 mg/m3、100 mg/m3、200 mg/m3、300 mg/m3、500 mg/m3、1 000 mg/m3的混合氣體通入實(shí)驗(yàn)用3臺(tái)儀器中，待流量及SO2示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 測(cè)試不同濃度CH4氣體時(shí)儀器SO2濃度值 mg/m3

由表3可見(jiàn)，在CH4濃度為50 mg/m3時(shí)，對(duì)3臺(tái)儀器幾乎不存在影響，可以正常使用，在濃度達(dá)到100 mg/m3以上時(shí)對(duì)MRU MGA5型、MODEL3080型儀器均有影響，而且CH4氣體濃度越大，對(duì)儀器SO2監(jiān)測(cè)結(jié)果造成的正干擾越大，ZR-3220基本無(wú)干擾。

圖1 不同濃度甲烷氣體對(duì)SO2（50 mg/m3）的影響

2.2 同一濃度甲烷氣體對(duì)不同濃度二氧化硫氣體的影響

實(shí)驗(yàn)室將由動(dòng)態(tài)氣體配氣儀ZR-5211配得CH4濃度分別為100 mg/m3、500 mg/m3、1 000 mg/m3，SO2氣 體 濃 度 分 別 為50 mg/m3、100 mg/m3、150 mg/m3、200 mg/m3、300 mg/m3、500 mg/m3的混合氣體通入實(shí)驗(yàn)用3臺(tái)儀器中，待流量及SO2示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4、表5、表6和圖2、圖3、圖4。

表4 測(cè)試不同濃度SO2混合氣體（CH4濃度為100 mg/m3） mg/m3

圖2 同一濃度CH4（100 mg/m3）對(duì)不同濃度SO2的影響

表5 測(cè)試不同濃度SO2混合氣體（CH4濃度為500 mg/m3） mg/m3

圖3 同一濃度CH4（500 mg/m3）對(duì)不同濃度SO2的影響

表6 測(cè)試不同濃度SO2混合氣體（CH4濃度為1 000 mg/m3） mg/m3

圖4 同一濃度CH4（1 000 mg/m3）對(duì)不同濃度SO2的影響

由表4-表6可知，MRU MGA5型、MODEL3080型都會(huì)不同程度受到CH4干擾，相同濃度的CH4氣體對(duì)同一臺(tái)儀器測(cè)定SO2的結(jié)果干擾基本是固定的，不會(huì)因?yàn)镾O2標(biāo)氣濃度值變大而擴(kuò)大干擾，反而會(huì)隨著SO2標(biāo)氣濃度值變大使儀器監(jiān)測(cè)結(jié)果相對(duì)于真實(shí)標(biāo)氣值的相對(duì)偏差變小，ZR-3220讀數(shù)基本不受干擾。

3 結(jié)論

1）在廢氣中CH4濃度相對(duì)較低時(shí)，不同型號(hào)非分散紅外法儀器基本不受其干擾，做過(guò)甲烷抗干擾試驗(yàn)后可正常使用。

2）在廢氣中CH4濃度相對(duì)較高時(shí)，會(huì)對(duì)非分散紅外法儀器測(cè)定SO2產(chǎn)生正干擾，濃度越高，產(chǎn)生的正干擾也相對(duì)越高。

3）在廢氣中CH4濃度不變的情況下，對(duì)非分散紅外法儀器測(cè)定SO2產(chǎn)生正的干擾不會(huì)因?yàn)闅怏w中SO2濃度值的升高而隨之升高。

4）經(jīng)過(guò)咨詢制造廠家，眾瑞ZR-3220儀器出廠前已經(jīng)做過(guò)相應(yīng)的抗CH4干擾技術(shù)處理，隨著技術(shù)的發(fā)展，各儀器廠家已經(jīng)完善了抗甲烷干擾的技術(shù)，但是對(duì)出廠時(shí)間相對(duì)較早的儀器可能還會(huì)存在被甲烷干擾的問(wèn)題，所以在使用非分散紅外法測(cè)定含CH4氣體的廢氣中SO2時(shí)一定要確保所用儀器不會(huì)被CH4干擾，尤其是購(gòu)置時(shí)間較長(zhǎng)的儀器，防止因?yàn)榧淄闅怏w的干擾造成監(jiān)測(cè)結(jié)果失真。