SensoTech公司的超声波浓度计应用-气体洗涤器

1. 背景

气体洗涤器是一种工艺工程设备，其中气流与液体流接触以接收液体中的气流组分。气流的通过组分可以是固体，液体或气体物质。作为洗涤液，可以使用水等纯溶剂，也可以使用石灰乳（烟道气脱硫）等悬浮液。气体洗涤器可以同时用于除尘和分离有害气体。通常，它们后面必须跟一个液滴分离器。

在许多设计中，气体洗涤器分为六个区域。从下到上，有以下任务：
（1）在气体洗涤器的底部，洗涤液收集并被送回洗涤器循环或取出，

（2）在气体入口中，气体被释放并且通过合适的流动引导（例如通过内部构件）实现内部空间的均匀进入，

（3）在接触部分中，浸出气流中需洗涤的部分，
（4）在洗涤液生命周期中，洗涤液被废弃和分配，
（5）夹带的洗涤液组分在液滴分离器中分离
（6）在净化气流的头部离开气体洗涤器。（维基百科）

在气流的净化中，重点是防止洗涤液剂量低或过量。使用LiquiSonic®在线液体浓度分析仪,可防止气体清洁度不足，并且在过量使用的情况下，防止更高的材料使用或其他相关成本。通过直接在工艺中进行连续测量，可确保最佳的浓度管理。

常见的气体洗涤器在工业中的应用有：氯气洗涤，合成气干燥，光气洗涤，硫氧化物洗涤，氮氧化物洗涤，碳氧化物洗涤，Benfield工艺等。

1.1 氯气干燥和合成气干燥

氯气是世界上最重要和最具生产能力的化学品之一。它通过氯碱电解在工业上生产。用于电解的原料是氯化钠的水溶液。产生氢气和氢氧化物溶液作为副产物。LiquiSonic®应用的一个领域是下游工艺中的氯气干燥。需要从其水组分中除去氯气，以避免形成氯水合物，减少在湿含量超过30ppm时对设备的腐蚀行为。

Cl2 + 2NaOH -> NaCl + NaOCl + H2O

脱水阶段通常在吸收塔（洗涤器）中进行，其中氯气的剩余湿度由高浓度硫酸捕获。高浓度硫酸可用作干燥剂，因其具有吸湿性（H2SO4+H2O）。
潮湿的氯气在干燥过程中会通过几个洗涤器，H2SO4的浓度随洗涤器的顺序相应增加。浓度越高，干燥效率越高。高浓度H2SO4（90-96％）在尾端洗涤器中，因为H2O在氯气中含量已降至<30ppm。通过除去氯气中的水组分，硫酸在洗涤器中被稀释。被稀释的硫酸被运送至前一含较低硫酸浓度的洗涤器重复利用。此工艺的有效性决定性地影响了气体的生产率和质量。因此，精确测量硫酸浓度非常重要。

1.2 光气洗涤

生产聚氨脂类需要将两种不同的单体（多异氰酸脂以及多元醇）连接。在此加聚反应中还会加入聚醚多元醇和甲苯-2.4-二异氰酸酯（TDI）。生产过程可以被分为3个部分：

聚醚多元醇的生产

甲苯二异氰酸酯的生产

加聚反应

甲苯二异氰酸酯（TDI）由甲苯二胺（TDA）光气化生成。由于光气是一种极其危险的有毒物质，在工业上只能被应用在严格密封和封闭的生产循环中，未被消耗的光气必须被吸收。在洗涤塔中气体遇烧碱发生中和反应生成氯化钠（NaCl）和碳酸钠（Na2CO3）。

COCl2 + 4NaOH -> 2NaCl + Na2CO3 + 2H2O

在洗涤器中，循环洗涤液（NaOH）必须保持在最大吸收范围内。为了保证光气在洗涤塔中有效的吸收，必须要监控NaOH、NaCl以及Na2CO3的浓度。当NaOH浓度变低，必须重新加样。当盐浓度变高，需要将盐从循环中去除，否则在系统中会形成结晶。

典型测量范围：NaOH浓度：5-20 wt% Na2CO3/NaCl浓度：5-30 wt% 温度：30-60°C

1.3 硫氧化物洗涤及氮氧化物洗涤

化学工业中，紧急通气洗涤器（EVS）通常用来吸收有毒或环境有害气体或蒸汽。除了具有传统工艺洗气塔功能，EVS还具备连续工艺及设备安全保证。即使在紧急情况下，也有足够的在场洗涤液完成对有害及有毒气体的化学吸收。紧急通气洗涤器在化工过程中的典型应用有吸收排放物，如氯气，溴气，光气，二氧化硫，氮化物，氢氟酸和氨气。使用苛性钠和苛性钾溶液中和气体。气流流经洗涤液，在紧急情况下，可阻止有害或临界气体的释放。

SO2 + 2NaOH + 1/2O2 -> Na2SO4 + H2O

2NO2 + 2NaOH -> NaNO3 + NaNO2 + H2O

洗涤液在紧急通气洗涤器中循环，并持续的与将被清洁的气流接触。如果有毒或环境有害化学品也在气流中，他们将被吸收。即使在标准操作（无紧急情况）时，某些组分，如CO2，会形成化学键，导致洗涤液NaOH的浓度减少。为了确保紧急情况下的有效吸收及洗涤液的经济型浓度，需监控洗涤液NaOH和盐（NaCl和Na2CO3）浓度。当NaOH浓度变低，须重新加样。当盐浓度变高，需将盐从循环中去除，否则在系统中会形成结晶堵住喷嘴。

典型测量范围：NaOH浓度：5-20 wt% Na2CO3/NaCl浓度：5-30 wt% 温度：30-60°C

1.4 碳氧化物洗涤

胺洗涤是一种从天然气捕获CO2，H2S和其他酸性气体的化学过程，是一种提高天然气质量的工业过程。天然气被逆流引导在吸收器中通过洗涤液体（微碱性的胺水溶液，主要是三胺），可可逆地化学吸收富集酸性气体。由于叔甲基二乙醇胺（MDEA）对H2S和CO2的高选择性，可用作吸收剂。在吸收器的上端，纯化的天然气逸出。被H2S和CO2污染的MDEA（富MDEA）在汽提塔中洗涤后转移。在汽提过程中，洗涤液被添加，产生酸性气体的解吸。再生的MDEA（寡MDEA）冷却，过滤并引回吸收循环。气体洗涤的目的是根据管道要求制备酸性天然气用于进一步运输，从而避免腐蚀损害。

CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O

化工巨头巴斯夫BASF在德国有MDEA工厂，以及两个附加的气体净化厂：氨和合成气厂。作为成功合作的结果，BASF AG Ludwigshafen推荐使用LiquiSonic®分析仪进行MDEA浓度测量。

主要测量范围：浓度范围：20-45wt％ 温度范围：30-65℃

1.5 Benfield工艺

在许多工业设备中，污染的气体会在工厂中累积，如氨合成或环氧乙烷工厂，出于质量原因必须清洁富含CO2的气体。因此，化学工业中众所周知的方法是本菲尔德合成气洗涤器，其中气流中的酸性组分（例如CO2）通过洗涤液吸收。

CO2 + K2CO3 + H2O -> 2KHCO3

此工艺使用热碳酸钾（K2CO3）溶液作为洗涤液。待清洁的气体在高压下通过吸收器中的K2CO3溶液在反应器中通过。洗涤溶液K2CO3富集CO2并且部分地与碳酸氢钾KHCO3反应。净化气体在上端离开吸收器。吸收过程中的温度范围在100℃和110℃之间。解吸通过蒸汽和在压力损失下进行，由此捕获的CO2排放到洗涤液中。然后将再生的K2CO3反馈回吸收循环。

常用测量范围：浓度范围K2CO3：0-25wt％ 浓度范围KHCO3：0-25wt％ 温度范围：80-110℃

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