石化 | 火炬的排放VOCs，可以直接测量吗？

导言

石化企业的火炬是VOCs源项之一，目前的监管技术仅限于火炬气流量的监测，对火炬排放的真实状态并不掌握。美国开展了火炬VOCs直接测量的研究，小E与大家一起来看看用了什么方法？

火炬排放挥发性有机物直接监测方法

质子传递反应质谱(PTR-MS)和可调谐红外激光器微分吸收光谱(QCL-TILDAS)监测法

火炬主要用于化学过程工业可燃气体处理和应急，其非甲烷总烃（VOCs）去除效率往往假设在98%以上，但这是建立在火炬低流量燃烧的条件下。由于假设条件的理想化，德州环境委员会开展满标（满负荷）火炬排放量监测的研究，旨在评估不同燃烧组份、不同蒸汽或空气辅助条件的情况下，火炬的燃烧效率。

研究使用的测试气体为丙烯混合物或80%丙烯20%塔尔萨天然气（TNG），使用氮气控制热含量。

火炬气的成分通常包括碳氧化物CO2和CO，未燃烧的组份（丙烯和甲烷）和部分燃烧的产品乙炔、乙烯和甲醛。测量满标火炬排放量的难点在于环境背景的干扰，解决的方法是采用现场取样分析与1Hz高效响应结合的方式。高效响应仪器利用火焰柱一定时间成分含量的固有特性，利用其时间相关性去量化火炬柱成分含量。

测试使用了采样器、采样管、移动式气象分析仪器。采样器使用起重机定位于火炬气的顺风处，并处于火炬柱的中央，探头处安装了包括可视化、红外(IR)和两个前视红外(FLIR)热成像仪。采样器的确切位置使用全球定位系统记录。采样器内带有气流混合器去均匀火炬柱内的成分。气象分析仪器响应频率1Hz左右的气象追踪仪。一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯、甲醛使用TILDAS方法测量。TILDAS对于具有独特光谱特性的小分子测量非常有效。 丙烯、乙醛、甲醇、苯、等其他VOC使用PTR-MS方法测量。

测量结果表明，不管是燃料组份还是燃烧的副产物，其浓度和CO拥有很高的关联性。利用一定时间的组份特性，使用一个关联组分的燃烧示踪（例如CO），可计算火炬组分含量。由光学和质谱方法的高效响应仪器组合能够成功测量满标火炬气丙烯或丙烯/ TNG混合气的燃烧效率。VOCs燃烧产物主要取决于火炬气燃料。VOCs燃烧产物组份不变的火炬，一般燃烧效率大于80%。对于蒸汽火炬，蒸汽使用率以及蒸汽入轨位置，对VOCs燃烧产物并没有明显的影响，而空气助燃火炬的操作条件对VOCs燃烧产物存在一定的影响。

原文作者：W. Berk Knighton等