一种SO3检测装置的采样方法和装置与流程

本发明属于烟气采样领域，涉及一种含so3检测装置的采样方法和装置，尤其涉及一种在so3检测装置中使用含水蒸气的吸收气进行预吸收的采样方法和装置。

背景技术

so3是一种工业生产的副产物，具有较强的氧化性。它的气体形式是一种严重的污染物，是形成酸雨的主要来源之一。在生产中，so3存在也加剧了设备的腐蚀。目前，国家对so3的排放限制指标还不明确，随着环保工作的深入开展，so3的检测和控制必然会提上日程。

目前，市场上在线监测so3所用的设备主要为pentol-so3检测仪，其工作原理如下：使用带有过滤装置的加热采样头连续抽取目标气体，随后抽取到的气体与异丙醇水溶液(ipa溶液)接触，气体中的so3和h2so4被液相吸收，转化为硫酸根离子，含有硫酸根离子的溶液经过氯冉酸钡反应床，置换出等量的氯冉酸根离子，氯冉酸根离子在535nm处产生吸收峰，其浓度在光学测量池中进行测量，通过维持样气流速和吸收剂流速之间的稳定关系，氯冉酸根离子浓度能直接反映出ipa溶液中的硫酸根离子浓度，从而得出待测烟气中的so3浓度。

但在长时间使用过程中，由于气态so3的强氧化性导致部分异丙醇炭化，同时气态so3被还原，不再以硫酸根的形态溶解于异丙醇溶液，导致测试结果明显偏低。

cn105181614a公开了一种三氧化硫分析仪器及方法，所述仪器包括采样单元、抽气单元、吸收单元、反应单元、检测单元；所述采样单元包括采样枪；所述抽气单元包括干燥器、流量计、采样泵；所述吸收单元包括洗气瓶、冰浴池、吸收液容器；所述反应单元包括反应器、试剂床；所述检测单元包括分光光度计。本发明能够分析出烟气中的三氧化硫浓度，示值误差小于5％，检测时间小于30分钟，该发明实现了采样检测一体化，具有结构简单、便于携带等优点。但该装置并未解决吸收剂异丙醇炭化的问题，在长期使用过程中，采样装置的头部易产生黑色碳化物，导致采样装置堵塞，无法正常使用。

cn107621393a公开了一种烟气中三氧化硫采样装置及其测试方法，采样装置包括电加热烟气采样枪、高温抽气泵以及冰浴吸收装置；冰浴吸收装置包括冰浴容器、吸收瓶以及干燥瓶，在干燥瓶上连通有排放管，在排放管路上有累计式流量计，在吸收瓶内有异丙醇吸收液；本发明在冰浴装置的上游设备全部可以进行加热，通过对温度进行控制，有效避免了三氧化硫冷凝，保证准确的进行采样，本发明的整个测试过程简单高效，通过对样品进行处理，大大提高了离子色谱对硫酸根离子测试的准确性，提升了三氧化硫浓度测试的准确性，但该装置并未解决吸收剂异丙醇炭化的问题，在长期使用过程中，采样装置的头部易产生黑色碳化物，导致采样装置堵塞，无法正常使用。

cn108303293a公开了一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统及方法，包括加热取样枪、加热过滤器、电伴热管、冷凝管、恒温水浴箱、洗气瓶及真空泵，其中，冷凝管内设置有蛇形管，加热取样枪的枪头位于烟道内，加热取样枪的出口依次经加热过滤器及电伴热管与蛇形管的一端相连接，蛇形管的另一端与洗气瓶的入口相连通，洗气瓶的出口与真空泵的入口相连通，其中，洗气瓶与真空泵之间设置有湿式流量计及气压计，恒温水浴箱与冷凝管相连通，该系统及方法能够准确检测得到烟气中so3的浓度，但该系统仍未解决取样装置头部出现黑色碳化物的问题，且该装置改造成本较高，不利于工业化推广。

在测试气态so3的过程中发现测试结果明显偏低，并且使用一段时间后在采样装置头部产生了黑色的颗粒状物质，经检测为炭黑，这是由于气态so3的强氧化性使得部分异丙醇炭化，而在采样装置头部产生黑色颗粒状物质，堵塞烟气进口，同时气态so3被还原，不再以硫酸根的形态溶解于异丙醇溶液，导致测试结果明显偏低，因此急需对采样装置加以改进以解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种so3检测装置的采样方法和装置，通过引入水蒸气将so3(g)预转化为氧化能力相对较弱的h2so4(g)，从而降低so3(g)和异丙醇吸收液间的副反应，提升了检测结果的准确度，拓宽了原有仪器的适用范围。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种so3检测装置的采样方法，所述方法包括：

(1)含so3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气与含水蒸气的吸收气混合，在混合段生成h2so4蒸汽；

(3)步骤(2)得到的烟气与吸收剂混合形成so4^2-。

本发明通过引入水蒸气将so3(g)预转化为氧化能力相对较弱的h2so4(g)，一方面，降低so3(g)和异丙醇吸收液间的副反应，提升了检测结果的准确度，拓宽了原有仪器的适用范围；另一方面，通过降低so3(g)的强氧化性，可以避免由于so3(g)强氧化性使异丙醇氧化生成炭黑，导致的采样口堵塞的问题。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述烟气的体积流量为50ml/min～1500ml/min，例如可以是50ml/min、100ml/min、200ml/min、300ml/min、400ml/min、500ml/min、600ml/min、700ml/min、800ml/min、900ml/min、1000ml/min、1100ml/min、1200ml/min、1300ml/min、1400ml/min或1500ml/min，优选100ml/min～1000ml/min，进一步优选300ml/min～800ml/min。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)中所述吸收气中水蒸气的体积分数为1％～20％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，优选1％～10％，进一步优选3％～8％。

优选地，所述吸收气的体积流量为10ml/min～300ml/min，例如可以是10ml/min、50ml/min、100ml/min、150ml/min、200ml/min、250ml/min或300ml/min，优选20ml/min～200ml/min，进一步优选60ml/min～160ml/min。

优选地，所述混合时的温度为150℃～300℃，例如可以是160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃或300℃，优选加热至160℃～250℃，进一步优选加热至180℃～200℃，混合温度过低易导致so3(g)冷凝损失。

作为本发明优选的技术方案，步骤(3)中所述的吸收剂为异丙醇溶液。

优选地，所述吸收剂的体积分数为65％～95％，例如可以是65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％，优选70％～90％，进一步优选75％～85％，该体积分数范围有利于so3(g)的吸收，同时有效防止so2的氧化。

优选地，所述吸收剂的体积流量为0.1ml/min～2ml/min，例如可以是0.1ml/min、0.2ml/min、0.3ml/min、0.4ml/min、0.5ml/min、0.6ml/min、0.7ml/min、0.8ml/min、0.9ml/min、1ml/min、1.1ml/min、1.2ml/min、1.3ml/min、1.4ml/min、1.5ml/min、1.6ml/min、1.7ml/min、1.8ml/min、1.9ml/min或2ml/min，优选0.5ml/min～1.5ml/min，进一步优选0.7ml/min～1.3ml/min。

优选地，所述混合时的温度为100℃～300℃，例如可以是100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃或300℃，优选160℃～250℃，进一步180℃～200℃。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括：

(1)体积流量为50ml/min～1500ml/min的含so3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气在150℃～300℃下与体积流量为10ml/min～300ml/min的含水蒸气的吸收气混合，在混合段生成h2so4蒸汽，其中吸收气中水蒸气的体积分数为1％～20％；

(3)步骤(2)得到的烟气与体积分数为65％～95％，体积流量为0.1ml/min～2ml/min的异丙醇溶液在100℃～300℃下混合形成so4^2-。

第二方面，本发明提供了一种用于检测烟气中so3含量的采样装置，所述采样装置包括膨胀头混合段4和用于通入吸收气的支管3。

作为本发明优选的技术方案，所述采样装置按照烟气流向，自下而上包括烟气进口1、除尘段2、通入吸收气的支管3、膨胀头混合段4、吸收剂进口5和混合物出口6。

本发明提出了一种改良的so3(g)检测仪的采样装置，在原有的采样装置基础上，增加了一个支管和膨胀头，支管用于通入水蒸气，所述的膨胀头混合段4用作so3和水蒸气的混合场所，so3(g)在此被预转化为氧化能力相对较弱的h2so4(g)，同时可作为混合过程的缓冲段，保证so3(g)充分转化。

优选地，所述除尘段2中填充有石英棉或石英砂芯。

第三方面，本发明提供了一种用于检测烟气中so3含量的装置，所述装置包括如第二方面所述的采样装置，还包括气液分离装置、气泵、检测装置和反应装置，其中，所述的气泵连接气液分离装置的顶部出口，反应装置连接气液分离装置的底部出口，检测装置连接反应装置。

第四方面，本发明提供了一种用于检测烟气中so3含量的方法，所述方法包括：

(1)含so3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气与含水蒸气的吸收气混合，在混合段生成h2so4蒸汽；

(3)步骤(2)得到的烟气与吸收剂混合形成so4^2-；

(4)步骤(3)得到的混合液进行气液分离；

(5)步骤(4)得到的气体通过气泵排出至大气，得到的液体在反应装置内发生反应后进入检测装置，测量得到烟气中so3的浓度。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述烟气的体积流量为50ml/min～1500ml/min，例如可以是50ml/min、100ml/min、200ml/min、300ml/min、400ml/min、500ml/min、600ml/min、700ml/min、800ml/min、900ml/min、1000ml/min、1100ml/min、1200ml/min、1300ml/min、1400ml/min或1500ml/min，优选100ml/min～1000ml/min，进一步优选300ml/min～800ml/min。

优选地，所述吸收气中水蒸气的体积分数为1％～20％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，优选1％～10％，进一步优选3％～8％。

优选地，所述吸收气的体积流量为10ml/min～300ml/min，例如可以是10ml/min、50ml/min、100ml/min、150ml/min、200ml/min、250ml/min或300ml/min，优选20ml/min～200ml/min，进一步优选60ml/min～160ml/min。

优选地，所述的吸收剂为异丙醇溶液。

优选地，所述吸收剂的体积分数为65％～95％，例如可以是65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％，优选70％～90％，进一步优选75％～85％。

优选地，所述吸收剂的体积流量为0.1ml/min～2ml/min，例如可以是0.1ml/min、0.2ml/min、0.3ml/min、0.4ml/min、0.5ml/min、0.6ml/min、0.7ml/min、0.8ml/min、0.9ml/min、1ml/min、1.1ml/min、1.2ml/min、1.3ml/min、1.4ml/min、1.5ml/min、1.6ml/min、1.7ml/min、1.8ml/min、1.9ml/min或2ml/min，优选0.5ml/min～1.5ml/min，进一步优选0.7ml/min～1.3ml/min。

优选地，步骤(2)所述的混合温度为150℃～300℃，例如可以是150℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃或300℃，优选160℃～250℃，进一步180℃～200℃。

优选地，步骤(3)所述的混合温度为100℃～300℃，例如可以是100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃或300℃，优选160℃～250℃，进一步180℃～200℃。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明通过引入h2o(g)将so3(g)预转化为氧化能力相对较弱的h2so4(g)，从而降低so3(g)和异丙醇吸收液间的副反应，检测结果的准确度提升了20～80％，相对误差由30～80％降低至10％以内，装置的测量精度提高了50％，拓宽了原有仪器的适用范围。

2、通过降低so3(g)的强氧化性，可以避免由于so3(g)强氧化性使异丙醇氧化生成炭黑，导致采样口堵塞。

附图说明

图1为本发明一种实施方式提供的so3采样装置结构示意图。

其中，1-烟气进口，2-除尘段，3-支管，4-膨胀头混合段，5-吸收剂进口，6-混合物出口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种用于检测烟气中so3含量的装置，所述装置包括采样装置、气液分离器、气泵、光学测量池和氯冉酸钡反应床，所述的采样装置出口连接气液分离器的入口，气泵连接气液分离器的顶部出口，氯冉酸钡反应床连接气液分离器的底部出口，氯冉酸钡反应连接床光学测量池。

其中，所述的采样装置如图1所示，按照烟气流向，自下而上包括烟气进口1、除尘段2、通入吸收气的支管3、膨胀头混合段4、吸收剂进口5和混合物出口6，所述除尘段2中填充有石英棉或石英砂芯。

实施例1

一种检测烟气中so3含量的方法，所述方法包括：

(1)体积流量为50ml/min的含20ppmso3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气在150℃下与体积流量为10ml/min的含水蒸气的吸收气混合，在膨胀头混合段4生成h2so4蒸汽，其中吸收气中水蒸气的体积分数为1％；

(3)步骤(2)得到的烟气与体积分数为65％，体积流量为0.1ml/min的异丙醇溶液在100℃下混合形成so4^2-；

(4)步骤(3)得到的混合液进行气液分离；

(5)步骤(4)得到的气体通过气泵排出至大气，得到的液体在氯冉酸钡反应床内发生反应后进入床光学测量池，测量得到烟气中so3的浓度。

使用本实施例提供的装置对烟气中的so3含量进行检测，测量结果为18.5ppm，相对误差为7.5％，精度为5％。

实施例2

一种检测烟气中so3含量的方法，所述方法包括：

(1)体积流量为100ml/min的含20ppmso3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气在160℃下与体积流量为20ml/min的含水蒸气的吸收气混合，在膨胀头混合段4生成h2so4蒸汽，其中吸收气中水蒸气的体积分数为1％；

(3)步骤(2)得到的烟气与体积分数为70％，体积流量为0.5ml/min的异丙醇溶液在160℃下混合形成so4^2-；

(4)步骤(3)得到的混合液进行气液分离；

(5)步骤(4)得到的气体通过气泵排出至大气，得到的液体在氯冉酸钡反应床内发生反应后进入床光学测量池，测量得到烟气中so3的浓度。

测量结果为18.5ppm，相对误差为7.5％，精度为5％。

实施例3

一种检测烟气中so3含量的方法，所述方法包括：

(1)体积流量为300ml/min的含20ppmso3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气在180℃下与体积流量为60ml/min的含水蒸气的吸收气混合，在膨胀头混合段4生成h2so4蒸汽，其中吸收气中水蒸气的体积分数为3％；

(3)步骤(2)得到的烟气与体积分数为75％，体积流量为0.7ml/min的异丙醇溶液在180℃下混合形成so4^2-；

(4)步骤(3)得到的混合液进行气液分离；

(5)步骤(4)得到的气体通过气泵排出至大气，得到的液体在氯冉酸钡反应床内发生反应后进入床光学测量池，测量得到烟气中so3的浓度。

测量结果为19ppm，相对误差为5％，精度为5％。

实施例4

一种检测烟气中so3含量的方法，所述方法包括：

(1)体积流量为500ml/min的含20ppmso3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气在190℃下与体积流量为110ml/min的含水蒸气的吸收气混合，在膨胀头混合段4生成h2so4蒸汽，其中吸收气中水蒸气的体积分数为5％；

(3)步骤(2)得到的烟气与体积分数为80％，体积流量为1ml/min的异丙醇溶液在190℃下混合形成so4^2-；

(4)步骤(3)得到的混合液进行气液分离；

(5)步骤(4)得到的气体通过气泵排出至大气，得到的液体在氯冉酸钡反应床内发生反应后进入床光学测量池，测量得到烟气中so3的浓度。

测量结果为19.5ppm，相对误差为2.5％，精度为5％。

实施例5

一种检测烟气中so3含量的方法，所述方法包括：

(1)体积流量为800ml/min的含30ppmso3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气在200℃下与体积流量为160ml/min的含水蒸气的吸收气混合，在膨胀头混合段4生成h2so4蒸汽，其中吸收气中水蒸气的体积分数为8％；

(3)步骤(2)得到的烟气与体积分数为85％，体积流量为1.3ml/min的异丙醇溶液在200℃下混合形成so4^2-；

(4)步骤(3)得到的混合液进行气液分离；

(5)步骤(4)得到的气体通过气泵排出至大气，得到的液体在氯冉酸钡反应床内发生反应后进入床光学测量池，测量得到烟气中so3的浓度。

测量结果为28ppm，相对误差为6.7％，精度为5％。

实施例6

一种检测烟气中so3含量的方法，所述方法包括：

(1)体积流量为1000ml/min的含30ppmso3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气在250℃下与体积流量为200ml/min的含水蒸气的吸收气混合，在膨胀头混合段4生成h2so4蒸汽，其中吸收气中水蒸气的体积分数为10％；

(3)步骤(2)得到的烟气与体积分数为90％，体积流量为1.5ml/min的异丙醇溶液在250℃下混合形成so4^2-；

(4)步骤(3)得到的混合液进行气液分离；

(5)步骤(4)得到的气体通过气泵排出至大气，得到的液体在氯冉酸钡反应床内发生反应后进入床光学测量池，测量得到烟气中so3的浓度。

测量结果为28ppm，相对误差为6.7％，精度为5％。

实施例7

一种检测烟气中so3含量的方法，所述方法包括：

(1)体积流量为1500ml/min的含10ppmso3的烟气经除尘处理；

(2)除尘后的烟气在300℃下与体积流量为300ml/min的含水蒸气的吸收气混合，在膨胀头混合段4生成h2so4蒸汽，其中吸收气中水蒸气的体积分数为20％；

(3)步骤(2)得到的烟气与体积分数为95％，体积流量为2ml/min的异丙醇溶液在300℃下混合形成so4^2-；

(4)步骤(3)得到的混合液进行气液分离；

(5)步骤(4)得到的气体通过气泵排出至大气，得到的液体在氯冉酸钡反应床内发生反应后进入床光学测量池，测量得到烟气中so3的浓度。

测量结果为9ppm，相对误差为10％，精度为5％。

对比例1

与实施例4的区别在于，省去步骤(2)，将除尘后的烟气直接与异丙醇溶液接触混合，其他工艺步骤和工艺条件与实施例4相同，测量得到的烟气中so3的含量为4ppm，相对误差为80％，精度为20％，且长期使用时采样装置的烟气进口附着了黑色颗粒状物质。

结合实施例4和对比例1分析可知，测试结果明显偏低，相对误差较大，这是由于so3(g)的强氧化性导致部分异丙醇溶液炭化，产生了黑色颗粒状物质，堵塞采样装置的烟气进口，同时so3(g)被还原，不再以硫酸根的形态溶解于异丙醇溶液，导致测试结果明显偏低，相对误差较大。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。