本發(fā)明涉及一種用于分析尿素設(shè)備的排出氣體的系統(tǒng)及方法，以及配備有用于分析排出氣體的系統(tǒng)的尿素設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、如已知的，尿素是經(jīng)由基于以下反應(yīng)的過(guò)程以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的：在高溫和高壓條件下二氧化碳與氨之間形成氨基甲酸銨、并且隨后分解氨基甲酸銨以提供尿素和水的反應(yīng)。

2、這些過(guò)程在設(shè)備(尿素設(shè)備)中進(jìn)行，所述設(shè)備一般包括：合成反應(yīng)器，在合成反應(yīng)器中發(fā)生二氧化碳與氨之間的反應(yīng)；純化和回收區(qū)，在純化和回收區(qū)中，反應(yīng)器中生產(chǎn)的尿素水溶液逐漸濃縮，并且回收和再循環(huán)未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物；完成區(qū)，在完成區(qū)中，尿素固化(例如，在造粒機(jī)或造粒塔中)。

3、無(wú)論尿素設(shè)備如何構(gòu)造，尿素設(shè)備產(chǎn)生連續(xù)排出氣體，所述排出氣體包含惰性未轉(zhuǎn)化物質(zhì)以及少量未反應(yīng)的氨。根據(jù)尿素設(shè)備中使用的工藝，該排出氣體還可特別地包含引入用于鈍化處理的氧氣。

4、例如，采用稱為“斯那姆(snamprogetti)”的技術(shù)的尿素設(shè)備排放連續(xù)排出氣流，更具體地，從所謂的中壓回收區(qū)排放連續(xù)排出氣流，所述連續(xù)排出氣流通常包含氮?dú)?、氧氣、氬氣、甲烷、氨氣、氫氣和水?/p>

5、需要監(jiān)控尿素設(shè)備的排出氣體，尤其是當(dāng)該排出氣體包含氫氣和氧氣時(shí)，特別地，為了滿足安全要求以及具體地，用于保持在點(diǎn)火極限之外。

6、如果檢測(cè)到風(fēng)險(xiǎn)情況，則對(duì)排出氣流采取動(dòng)作，例如，通過(guò)添加蒸汽或另一種控制流體(惰性氣體、天然氣等)對(duì)排出氣流采取動(dòng)作，以避免形成爆炸性混合物。

7、還需要檢查風(fēng)險(xiǎn)情況何時(shí)已經(jīng)過(guò)去，以在安全條件下停止注入控制流體(蒸汽等)。

8、已提出使用氣相色譜儀來(lái)分析來(lái)自尿素設(shè)備并包含氨的排出氣流的設(shè)備運(yùn)行。

9、氣相色譜分析由于其能夠識(shí)別和量化大量的成分而通常用于監(jiān)控過(guò)程。各個(gè)樣品成分以不同的速度通過(guò)色譜柱，并通過(guò)檢測(cè)器連續(xù)記錄。在引入樣品和通過(guò)檢測(cè)器記錄物質(zhì)之間流逝的時(shí)間(滯留時(shí)間)是物質(zhì)的特征并且用于識(shí)別物質(zhì)。檢測(cè)器信號(hào)的大小是所分析的流體中的成分的體積濃度的量度。

10、然而，使用氣相色譜儀在尿素設(shè)備排出氣體分析的具體應(yīng)用中存在一些缺點(diǎn)。

11、首先，在待分析的氣流中存在冷凝蒸汽或另一種控制流體(在注入蒸汽或另一種流體以移出點(diǎn)火極限之后發(fā)生的情況下)破壞了氣體混合物成分的氣相色譜測(cè)量，尤其是氨的定量分析。

12、此外，與氣相色譜儀中的蒸汽(或任何其他流體)的冷凝-蒸發(fā)相關(guān)的現(xiàn)象會(huì)危害儀器的機(jī)械完整性。

13、此外，氣相色譜儀是一種體積大的儀器，這也正是因?yàn)槠浔仨氝M(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，一般來(lái)說(shuō)，其不能直接放置在待分析的氣流循環(huán)的主管道上，而是必須放置在處于遠(yuǎn)程位置的合適的結(jié)構(gòu)中并且通過(guò)專門設(shè)置的線路連接到主管道，所述線路也會(huì)相對(duì)長(zhǎng)。除了明顯地使設(shè)備的安裝復(fù)雜化之外，所有這些還會(huì)危害測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于分析尿素設(shè)備的排出氣體的系統(tǒng)及方法，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。

2、特別地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于分析尿素設(shè)備的排出氣體的系統(tǒng)及方法，即使在例如由于將蒸汽或另一種控制流體注入排出氣體中而導(dǎo)致顯著變化的情況下，其也能夠在尿素設(shè)備的所有操作條件下進(jìn)行快速、準(zhǔn)確和可靠的排出氣體分析。

3、根據(jù)本發(fā)明，光譜分析技術(shù)用于分析尿素設(shè)備的排出氣體，特別是，拉曼光譜。

4、拉曼光譜是一種基于分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)能量的分析技術(shù)，并且能夠唯一地識(shí)別樣品中存在的化學(xué)物質(zhì)及其相對(duì)量。

5、在拉曼光譜中，待分析的樣品暴露于單色電磁輻射(通常由激光源發(fā)射)，檢測(cè)和分析由樣品散射的輻射中的頻率。

6、通過(guò)與樣品的電子分子相互作用，電磁輻射引起分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)能量上的變化，隨之發(fā)生入射輻射的散射。通過(guò)分析散射的輻射，識(shí)別具有不同能級(jí)的成分是可行的。

7、拉曼光譜分析通過(guò)專用儀器(拉曼光譜儀)執(zhí)行。

8、迄今為止，這種分析技術(shù)似乎從未用于尿素設(shè)備，特別是用于分析具有產(chǎn)生爆炸性混合物風(fēng)險(xiǎn)的排出氣體，這是由于拉曼光譜儀的結(jié)構(gòu)限制導(dǎo)致的，其本質(zhì)上不適用于此目的。

9、本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確定涉及拉曼光譜儀的以下問(wèn)題：

10、a)配備拉曼光譜儀的光纖探針具有相對(duì)低的設(shè)計(jì)溫度(參考性地，約80℃)，因此儀器不能在較高溫度下被供應(yīng)樣品，這會(huì)在與探針接觸時(shí)引起機(jī)械損壞。待分析的尿素設(shè)備的排出氣體具有明顯高于拉曼光譜儀的探針的損傷閾值的溫度，尤其是在注入用于恢復(fù)非點(diǎn)火條件的蒸汽等之后；

11、b)待分析的尿素設(shè)備的排出氣體包含帶有氨的冷凝水：因此可冷凝氨物質(zhì)存在于待分析的氣流中，其可被水吸收并在過(guò)程的主氣流中再次沉淀。結(jié)果，由拉曼光譜儀分析的樣品將受到待分析的一種成分的定量沉淀的影響，從而破壞了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

12、本發(fā)明使得在設(shè)備運(yùn)行、甚至基本上連續(xù)地或以高采樣頻率運(yùn)行的情況下在尿素設(shè)備中分析具有形成爆炸性混合物的風(fēng)險(xiǎn)的排出氣體成為可能。

13、該分析通過(guò)拉曼光譜儀進(jìn)行，即使在偏離尿素設(shè)備的正常運(yùn)行條件的情況下，例如，在將蒸汽(或另一種控制流體)注入到待分析的氣流中以避免形成可能的爆炸性混合物之后，也以提供完全可靠的結(jié)果的方式適當(dāng)設(shè)計(jì)和安裝。

14、根據(jù)本發(fā)明，拉曼光譜儀與定位在拉曼光譜儀上游的采樣接口相關(guān)聯(lián)，并設(shè)置有溫度控制系統(tǒng)。

15、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)以下主要優(yōu)點(diǎn)：

16、定性和定量的分析結(jié)果，即使在將蒸汽或其他控制流體注入到待分析的氣流中的情況下，在任何操作條件下都是準(zhǔn)確和可靠的：由于由拉曼光譜儀進(jìn)行的測(cè)量是基于化學(xué)物質(zhì)的原子/空間性質(zhì)而不是它們的熱力學(xué)行為，因此它們不受蒸汽或其他控制流體的含量的影響，而是在氣相色譜分析中發(fā)生；

17、通常，即使存在與設(shè)備的正常運(yùn)行條件的偏差和/或壓力、溫度和化學(xué)物質(zhì)的相對(duì)含量的偏差，在設(shè)備運(yùn)行、保證儀器的測(cè)量精度和機(jī)械完整性的情況下進(jìn)行分析也是可行的。

18、對(duì)于使用氣相色譜儀進(jìn)行的測(cè)量，響應(yīng)時(shí)間更快，測(cè)量更準(zhǔn)確，維護(hù)成本更低。

19、拉曼光譜儀直接放置在主管上，待分析的氣流在所述主管中循環(huán)，并通過(guò)簡(jiǎn)單的分路與其連接；不需要用于將待分析的氣流輸送到遠(yuǎn)程位置的輔助管。

技術(shù)特征：

1.一種用于分析尿素設(shè)備(1)的排出氣體的系統(tǒng)(2)，包括：氣流定性/定量的分析儀器和用于取樣的導(dǎo)管(24)，所述導(dǎo)管具有能連接到所述尿素設(shè)備(1)的主管(20)的連接器(31)，以用于將來(lái)自所述主管(20)的氣體的連續(xù)的樣品流(25)輸送到所述分析儀器；所述分析儀器是拉曼光譜儀(22)；所述系統(tǒng)(2)的特征在于，并且所述系統(tǒng)(2)包括溫度調(diào)節(jié)裝置(26)，所述溫度調(diào)節(jié)裝置通過(guò)溫度控制器(27)操作并且作用在所述導(dǎo)管(24)的至少一個(gè)熱處理部分(28)上，以用于調(diào)節(jié)在所述導(dǎo)管(24)中循環(huán)的所述樣品流(25)的溫度；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括處理和控制單元(30)，所述處理和控制單元被構(gòu)造為計(jì)算返回到所述主管(20)的可冷凝物質(zhì)的量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述回流裝置(29)包括所述導(dǎo)管(24)的收集部分(38)；所述收集部分(38)定位在所述主管(20)的上方且在所述導(dǎo)管(24)的所述熱處理部分(28)的下方，并且基本上豎直或傾斜地朝向所述連接器(31)，從而朝向所述主管(20)，使得所述冷凝物餾分在重力的作用下下落通過(guò)所述收集部分(38)并進(jìn)入下面的所述主管(20)中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述拉曼光譜儀(22)定位在所述主管(20)的上方，所述導(dǎo)管(24)與所述主管(20)豎直地分開(kāi)，和/或所述導(dǎo)管從所述連接器(31)向上基本上豎直地或傾斜地延伸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述溫度控制器(27)是“雙回路”型控制器，并且連接到一對(duì)溫度傳感器(35，36)，該一對(duì)溫度傳感器在所述導(dǎo)管(24)中的所述樣品流(25)的循環(huán)方向上分別定位所述導(dǎo)管(24)的所述熱處理部分(28)的上游和下游。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述溫度調(diào)節(jié)裝置(26)還包括加熱元件(37)，所述加熱元件相對(duì)于所述導(dǎo)管(24)中的所述樣品流(25)的循環(huán)方向在所述熱處理部分(28)和所述冷卻回路(33)的下游定位在所述導(dǎo)管(24)中，并且通過(guò)所述溫度控制器(27)操作，用于在通過(guò)所述冷卻回路(33)引起冷卻之后升高所述樣品流(25)的溫度，并且避開(kāi)進(jìn)入所述拉曼光譜儀(22)的所述樣品流(25)的飽和條件。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括自動(dòng)緊急切斷閥(39)，所述自動(dòng)緊急切斷閥定位在所述拉曼光譜儀(22)的入口(32)處或沿著所述導(dǎo)管(24)定位，以用于在熱升高在預(yù)設(shè)危險(xiǎn)閾值之上的情況停止向所述拉曼光譜儀(22)供應(yīng)所述樣品流(25)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述拉曼光譜儀(22)具有連接到返回管(41)的出口(40)，所述返回管能連接到所述主管(20)，具體地，在通過(guò)所述主管(20)的排出氣體循環(huán)方向上在所述連接器(31)的下游，以用于使通過(guò)所述拉曼光譜儀(22)輸送的所述樣品流(25)返回到所述主管(20)。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述加熱元件(37)為電阻。

10.一種尿素設(shè)備(1)，所述尿素設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于分析排出氣體的系統(tǒng)(2)。

11.一種用于分析尿素設(shè)備(1)的排出氣體的方法，所述方法包括以下步驟：從所述尿素設(shè)備(1)的主管(20)取出氣體的連續(xù)的樣品流(25)；通過(guò)以拉曼光譜儀(22)執(zhí)行的拉曼光譜分析來(lái)對(duì)所述樣品流(25)進(jìn)行定性/定量的分析；所述方法的特征在于，所述方法包括以下步驟：控制由拉曼光譜分析所分析的所述樣品流(25)的溫度，以將該溫度保持在會(huì)損壞所述拉曼光譜儀(22)的組件的預(yù)設(shè)閾值溫度以下；檢測(cè)用于采樣的導(dǎo)管(24)中的所述樣品流(25)的溫度，所述導(dǎo)管將所述樣品流(25)輸送到拉曼光譜分析步驟；如果檢測(cè)到的溫度高于所述預(yù)設(shè)閾值溫度，則使所述樣品流(25)冷卻；收集所述樣品流(25)的在冷卻所述樣品流(25)的步驟中凝結(jié)的冷凝物餾分，并使所述冷凝物餾分返回到所述尿素設(shè)備(1)的所述主管(20)中。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法包括以下步驟：在冷卻所述樣品流(25)的步驟之后，稍微加熱所述樣品流(25)，以避開(kāi)進(jìn)入拉曼光譜分析步驟的所述樣品流(25)的飽和條件。

13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，檢測(cè)所述樣品流(25)的溫度的步驟包括以下步驟：檢測(cè)在所述導(dǎo)管(24)中的所述樣品流(25)的循環(huán)方向上在冷卻所述樣品流(25)的所述導(dǎo)管(24)的熱處理部分(28)的上游和下游的溫度。

14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法包括以下步驟：計(jì)算帶回到所述主管(20)中的可冷凝物質(zhì)的量。

15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述樣品流(25)的分析在定位在所述主管(20)上方并經(jīng)由用于采樣的導(dǎo)管(24)連接到所述主管(20)的拉曼光譜儀(22)中進(jìn)行，所述導(dǎo)管與連接器(31)豎直地分開(kāi)和/或從所述連接器向上基本上豎直或傾斜地延伸，所述連接器將所述導(dǎo)管(24)連接到所述主管(20)。

16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法包括以下步驟：在所述樣品流(25)的熱上升在預(yù)設(shè)危險(xiǎn)閾值之上的情況下，中斷向拉曼光譜分析步驟供應(yīng)所述樣品流(25)。

17.根據(jù)權(quán)利要求11的所述的方法，所述方法包括以下步驟：使在拉曼光譜分析步驟中分析的所述樣品流(25)返回到所述主管(20)中。

18.根據(jù)權(quán)利要求17的所述的方法，使在拉曼光譜分析步驟中分析的所述樣品流(25)返回到所述主管(20)中的步驟為：在通過(guò)所述主管(20)的排放氣體循環(huán)方向上在從所述主管(20)提取所述樣品流(25)的采樣點(diǎn)的下游，使在拉曼光譜分析步驟中分析的所述樣品流(25)返回到所述主管(20)中。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種用于分析尿素設(shè)備的排出氣體的系統(tǒng)及方法。該用于分析尿素設(shè)備的排出氣體的系統(tǒng)，包括：拉曼光譜儀；采樣導(dǎo)管，將所述光譜儀連接到所述尿素設(shè)備的主管，以用于將待分析的樣品流輸送到所述光譜儀；溫度調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)溫度控制器操作并作用在所述導(dǎo)管的至少一個(gè)熱處理部分上，以用于調(diào)節(jié)在所述導(dǎo)管中循環(huán)的所述樣品流的溫度。通過(guò)本申請(qǐng)的系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)定性和定量的分析結(jié)果，即使在將蒸汽或其他控制流體注入到待分析的氣流中的情況下，在任何操作條件下都是準(zhǔn)確和可靠的。

技術(shù)研發(fā)人員：克里斯蒂娜·切羅內(nèi),利諾·卡萊西,阿爾貝托·塞拉費(fèi)羅,弗朗切斯科·維奧拉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：塞彭公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8