Guía de selección de instrumentos de análisis de laboratorio comunes e instrumentos de análisis en proceso
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Este mensaje fue editado por última vez por yuchenchf el 22-4-2017 a las 08:48. El analizador de componentes del gas por infrarrojos se utiliza principalmente en la industria para analizar la composición del gas. A través del análisis de los cambios en los parámetros del gas medido, se pueden conocer las tendencias de cambio de dichos componentes. Esto es de gran importancia para lograr un control dinámico durante todo el proceso de producción; tanto para los cálculos teóricos como para las operaciones en campo. Este instrumento es adecuado para el análisis de componentes como CO2, CnHm, O2, CO, CH4, H2 y NOx en gas natural, gas semihídrico, gas de conversión y gas de alimentación, en industrias tales como fábricas de fertilizantes nitrogenados, compañías siderúrgicas y plantas de gas. Actualmente, en el mercado existen principalmente dos categorías de instrumentos de análisis: los analizadores de laboratorio y los analizadores de proceso. A continuación, se presenta una breve descripción de los instrumentos adecuados para el análisis de la composición del gas. I. Instrumentos de análisis de laboratorio más utilizados1. Analizador de gases Ötis. Como analizador manual de fórmula química clásico, el analizador de gases Ötis cuenta con ventajas como su bajo costo, facilidad de uso y sencillez en su mantenimiento. Este instrumento se utiliza ampliamente para determinar los niveles de CO2, O2, CO, H2, etc., en el gas natural. Su principio consiste en utilizar el método de absorción para determinar los gases ácidos, los hidrocarburos insaturados, el oxígeno y el monóxido de carbono. El hidrógeno se hace arder sobre cobre oxidado, mientras que los hidrocarburos saturados se hacen arder sobre alambres de platino en presencia del oxígeno del aire. Para la medición, se emplea el método de pesaje. Aunque este instrumento es sencillo de utilizar y su precio es relativamente bajo, su precisión no es muy alta. La exactitud depende del nivel de habilidad del operador, y los datos de medición no son tan intuitivos y claros como los que se obtienen con un LCD. Las principales deficiencias en la aplicación del analizador de gases de tipo Austen son: 1) El volumen del tubo en forma de peine afecta los resultados del análisis ； 2) No es posible analizar el Ar; por lo tanto, no es adecuado utilizar un analizador de tipo Austen para analizar el gas de circulación. En su lugar, se debe recurrir gradualmente a cromatografía de fase gaseosa ； 3) El tiempo de medición del análisis con el óhmetro para trabajos con fuego es largo; a veces existen ciertos errores. Además, es necesario prestar atención al grado de completitud de la reacción química, ya que de lo contrario las lecturas serán inexactas y podrían llevar a errores en la producción. 2. Analizador de azufre en trazas: Con la aplicación de nuevos procesos de desulfuración a temperatura ambiente, es necesario que las fábricas de fertilizantes nitrogenados cuenten con analizadores de azufre en trazas. Esto permite garantizar la seguridad de los catalizadores utilizados en la producción de etanol y amoníaco, además de ofrecer un método rápido y eficaz para detectar cualitativa y cuantitativamente las diversas formas de azufre presentes en las muestras de gas producidas. 3. Detector de gases inflamables: El uso del analizador de tipo Austen para realizar análisis antes de trabajar con fuego lleva mucho tiempo y, a veces, presenta ciertos errores. Por lo tanto, se recomienda utilizar un detector de gases inflamables. 4. Cromatógrafo de fase gaseosa industrial. El cromatógrafo de fase gaseosa industrial se utiliza con mayor frecuencia en el análisis del gas natural. Los componentes gaseosos se determinan en el orden H2, N2, CO y CO2. Además, esta tecnología también puede utilizarse para el análisis de dichos componentes en los gases de los convertidores y en los gases de escape de la sinterización. En los últimos años, los analizadores cromatográficos se han popularizado, pero estos requieren separar los gases antes de poder analizarlos, lo que dificulta su uso en tiempo real. Aparte de que unos pocos altos hornos en el país siguen utilizando este método, los cromatógrafos gaseosos industriales están siendo reemplazados gradualmente por espectrómetros de masas o sistemas de análisis por infrarrojos. 5. Espectrómetro de masas para gases industriales: El espectrómetro de masas realiza análisis cualitativos y cuantitativos basándose en la relación masa/carga de los iones de una sustancia. Los espectrómetros de masas gaseosos suelen utilizar la ionización por impacto de electrones; todas las sustancias tienen un modo de disociación característico. Las características del espectrómetro de masas son su velocidad de análisis extremadamente alta, la posibilidad de analizar numerosos componentes al mismo tiempo, y una precisión de análisis muy elevada. Sin embargo, las ventajas del espectrómetro de masas en términos de análisis de múltiples componentes y a alta velocidad no son tan evidentes en procesos como los de altos hornos o sinterización. Además, es necesario separar los gases antes de poder analizarlos, lo que dificulta la realización de análisis en tiempo real. Por otro lado, el costo del equipo es muy elevado. Actualmente, los espectrómetros de masas de alta precisión dependen en gran medida de las importaciones; sus piezas de repuesto también deben ser adquiridas del extranjero. Los distribuidores nacionales suelen responder con lentitud, lo cual afecta significativamente la tasa de utilización del sistema. Además, el entorno operativo en el país es diferente al de otros países; la tasa de fallos de los instrumentos también es alta, lo que requiere mantenimientos frecuentes y elevados costos de mantenimiento. 6. Otros: Otros instrumentos comúnmente utilizados son el conductímetro, el pHmetro, el espectrofotómetro y el aparato para determinar el contenido de humedad, entre otros. II. Instrumentos comunes para el análisis de procesos
1. Analizadores de gases en cantidades mínimas: La determinación de las pequeñas cantidades de (CO + CO2) presentes en los gases refinados es un proceso de análisis muy importante en las fábricas de fertilizantes nitrogenados. Dado que su contenido es bajo (CO + CO2 ≤ 25×10-6), en algunos casos el contenido de estos gases está en niveles de ppb. Es difícil determinar sus componentes mediante métodos manuales. 2. Analizador de conductividad térmica. El analizador de conductividad térmica es el tipo de analizador en línea que surgió primero, cuenta con la mayor variedad de modelos y se utiliza ampliamente. Se emplea comúnmente para determinar automáticamente la fracción volumétrica de diversos gases en una mezcla, como H2, Ar y SO2. 3. Analizadores de oxígeno: Para el análisis en tiempo real del contenido de oxígeno en el gas de carbón, se suelen utilizar analizadores de oxígeno de tipo electroquímico o termomagnético. Estos dispositivos tienen una alta sensibilidad; además, es posible configurar dispositivos de alarma en ellos. Su mantenimiento y reemplazo son sencillos. 4. Analizadores de gases por infrarrojos constantes. Estos analizadores se utilizan para determinar de forma continua la concentración de compuestos como CO, CO2, NH3, CH, H2 y O2 en diversos gases mezclados. Se trata de un tipo de analizador muy importante dentro de los analizadores en línea. Los analizadores de gases por infrarrojo no espectral (NDIR) son una técnica de análisis de gases rápida y precisa, y son muy utilizados, en particular, en los sistemas de monitoreo continuo de contaminantes (CEMS) y en las pruebas de emisiones de los vehículos motorizados. La mayoría de los principales fabricantes nacionales de analizadores de gases por método NDIR utilizan métodos de análisis de gases por infrarrojos desarrollados a principios de la década de 1980 a nivel internacional. Por ejemplo, emplean filamentos de níquel-americio como fuente de luz infrarroja, utilizan mecanismos mecánicos para modular la luz infrarroja, y emplean micrófonos basados en capacitores de película o materiales como el InSb como sensores. Debido al uso de modulación electromecánica, el instrumento consume mucha energía, tiene poca estabilidad y su costo también es elevado. Al utilizar también micrófonos de condensador de película como sensores, el instrumento se vuelve muy sensible a las vibraciones, por lo que no es adecuado para mediciones portátiles. Con el desarrollo de las fuentes de luz infrarroja, los sensores y la tecnología electrónica, los sensores de gases por infrarrojos NDIR han experimentado un rápido crecimiento tanto a nivel nacional como internacional. Se manifiesta principalmente en la ausencia de dispositivos de modulación mecánica, el uso de nuevos sensores infrarrojos y fuentes de luz con modulación eléctrica. Además, en el circuito del instrumento se emplea un sistema embebido de bajo consumo energético, lo que le confiere ventajas en términos de tamaño, consumo energético, rendimiento y precio, ventajas que los instrumentos anteriores no podían ofrecer. El analizador de gas Gasboard-3100 (de tipo en línea) que se encuentra actualmente en el mercado, utiliza tecnología de análisis de gases por infrarrojos no espectral de vanguardia a nivel internacional, tecnología de sensores electroquímicos de larga duración, así como tecnología de conductividad térmica basada en MEMS. Permite medir en tiempo real el valor calorífico del gas y de los biogases, además de las concentraciones volumétricas de gases como CO, CO2, CH4, H2, O2 y CnHm. Analizador de gas Gasboard-3100 (tipo en línea). Este instrumento se utiliza ampliamente para medir la concentración volumétrica de varios componentes en los gases utilizados en los procesos industriales relacionados con el gas, como en fábricas de fertilizantes nitrogenados, compañías siderúrgicas y plantas de producción de gas. Se emplea para analizar gases como el gas natural, el gas semihídrico, los gases resultantes de procesos de conversión y otros gases utilizados como materia prima. A través del análisis de los cambios en los parámetros del gas medido, se puede comprender las regularidades en la variación de estos componentes, lo que permite realizar un monitoreo dinámico de todo el proceso de producción. ““La instrumentación de las técnicas analíticas y la automatización de los instrumentos analíticos” son la dirección principal de desarrollo. Los métodos y técnicas de análisis sirven de guía para los instrumentos analíticos; todos los métodos de prueba analítica estandarizados deben ser transformados en dispositivos instrumentales. A medida que la producción sigue desarrollándose, también aumentan las exigencias en cuanto a la calidad y el rendimiento del análisis. Los analizadores de laboratorio ya no son adecuados para el monitoreo y control automatizados continuos de la producción. La automatización de los instrumentos de análisis, además de lograrse mediante las tecnologías electrónicas y computacionales actuales, también requiere el uso integral de las tecnologías de plataformas inteligentes embebidas, que son cada vez más populares, así como de las tecnologías de mecanizado de ultraalta precisión. Los analizadores de procesos se están popularizando gradualmente en las empresas pequeñas y medianas de nuestro país, brindando un control y monitoreo en tiempo real para la producción empresarial.