CH4氣體對非分散紅外吸收法測定廢氣中SO2的影響

張飛龍，李 陽，喬 楠

（山西眾智檢測科技有限公司，山西 太原030032）

SO2是最常見、最簡單、有刺激性的硫化物，是大氣主要污染物之一，主要來源于煤、石油、天然氣等燃料在燃燒過程中產生。當二氧化硫溶于水中，會形成亞硫酸。若把亞硫酸進一步在PM2.5存在的條件下氧化，便會迅速高效生成硫酸（酸雨的主要成分）。

我國目前現行有效的SO2測定方法主要有碘量法、甲醛緩沖溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法、溶液電導率法、定電位電解法、非分散紅外吸收法和紫外差分吸收光譜分析法。依據國家生態環境部發布的標準，監測污染源廢氣中SO2通常使用的方法有定電位電解法、非分散紅外吸收法和紫外吸收法。定電位電解法其主要原理是二氧化硫氣體在傳感器的電解槽內發生氧化還原反應，通過產生的擴散電流確定二氧化硫濃度，不過定電位電解法在測定含高濃度CO廢氣中SO2氣體濃度時受CO氣體干擾顯著，難以保證其準確度[1]。但是在使用非分散紅外法測定SO2時也會碰到一些數據失常，不符合物料平衡的情況。

經過現場對焦化企業、燃料為天然氣的燃氣爐窯中廢氣的監測發現：當選用非分散紅外吸收法測廢氣中的SO2時，CH4氣體會對SO2數值產生正干擾。非分散紅外吸收法原理是二氧化硫氣體在6.82～9.00μm波長紅外光譜具有選擇性吸收，一束恒定波長為7.30μm的紅外光通過二氧化硫氣體時，其光通量的衰減與二氧化硫的濃度符合朗伯-比爾定律[2]。CH4分于具有4個固有的振動，相應產生4個基頻，全部處于中紅外波段。4個基頻的波數是：1=2 913.0 cm-1，2=1 533.3 cm-1，3=3 018.9 cm-1，4=l 305.9 cm-1。每一個固有振動對應一個光譜吸收帶，它們的波長分別為3.43，6.53，3.31，7.66μm[3]。

本文選取了不同制造廠家的非分散紅外法二氧化硫便攜式監測儀對不同濃度的的二氧化硫氣體、甲烷氣體、二氧化硫和甲烷混合氣體進行了測定，研究甲烷對非分散紅外吸收法測SO2的干擾程度，同時得出相應的結論。

1 設備和標氣

本次實驗選用的設備為紅外煙氣分析儀MGA5型（MRU GmbH公司74172NSU-Obereisesheim生產制造）、便攜式紅外煙氣綜合分析儀ZR-3220型(青島眾瑞智能儀器有限公司)、便攜式紅外氣體分析儀MODEL3080型（北京雪迪龍科技股份有限公司）、動態氣體配氣儀ZR-5211(青島眾瑞智能儀器有限公司)。

實驗中所使用的標準氣體均為山東濟寧協力特種氣體有限公司生產，具有標準證書，其余階梯濃度氣體均由動態氣體配氣儀配得，稀釋氣體為高純氮氣，純度為99.999%。有證標氣濃度值見表1。

表1 標準氣體濃度

2 實驗過程

2.1 儀器校準

將不同濃度的SO2標氣分別通入三臺同原理不同型號的儀器中，待流量及SO2示數穩定后讀數結果見下頁表2。

表2 SO2標準氣體濃度示值 mg/m3

由上表得知：本文實驗所用三臺儀器對SO2濃度值測定的偏差均在允許范圍內，因此所得實驗數據均有效。

三種儀器測同一濃度SO2不同濃度CH4氣體對SO2監測結果影響

實驗室將由動態氣體配氣儀ZR-5211配得SO2濃度為50 mg/m3、CH4氣體濃度分別為50 mg/m3、100 mg/m3、200 mg/m3、300 mg/m3、500 mg/m3、1 000 mg/m3的混合氣體通入實驗用3臺儀器中，待流量及SO2示數穩定后讀數，結果見表3。

表3 測試不同濃度CH4氣體時儀器SO2濃度值 mg/m3

由表3可見，在CH4濃度為50 mg/m3時，對3臺儀器幾乎不存在影響，可以正常使用，在濃度達到100 mg/m3以上時對MRU MGA5型、MODEL3080型儀器均有影響，而且CH4氣體濃度越大，對儀器SO2監測結果造成的正干擾越大，ZR-3220基本無干擾。

圖1 不同濃度甲烷氣體對SO2（50 mg/m3）的影響

2.2 同一濃度甲烷氣體對不同濃度二氧化硫氣體的影響

實驗室將由動態氣體配氣儀ZR-5211配得CH4濃度分別為100 mg/m3、500 mg/m3、1 000 mg/m3，SO2氣 體 濃 度 分 別 為50 mg/m3、100 mg/m3、150 mg/m3、200 mg/m3、300 mg/m3、500 mg/m3的混合氣體通入實驗用3臺儀器中，待流量及SO2示數穩定后讀數，結果見表4、表5、表6和圖2、圖3、圖4。

表4 測試不同濃度SO2混合氣體（CH4濃度為100 mg/m3） mg/m3

圖2 同一濃度CH4（100 mg/m3）對不同濃度SO2的影響

表5 測試不同濃度SO2混合氣體（CH4濃度為500 mg/m3） mg/m3

圖3 同一濃度CH4（500 mg/m3）對不同濃度SO2的影響

表6 測試不同濃度SO2混合氣體（CH4濃度為1 000 mg/m3） mg/m3

圖4 同一濃度CH4（1 000 mg/m3）對不同濃度SO2的影響

由表4-表6可知，MRU MGA5型、MODEL3080型都會不同程度受到CH4干擾，相同濃度的CH4氣體對同一臺儀器測定SO2的結果干擾基本是固定的，不會因為SO2標氣濃度值變大而擴大干擾，反而會隨著SO2標氣濃度值變大使儀器監測結果相對于真實標氣值的相對偏差變小，ZR-3220讀數基本不受干擾。

3 結論

1）在廢氣中CH4濃度相對較低時，不同型號非分散紅外法儀器基本不受其干擾，做過甲烷抗干擾試驗后可正常使用。

2）在廢氣中CH4濃度相對較高時，會對非分散紅外法儀器測定SO2產生正干擾，濃度越高，產生的正干擾也相對越高。

3）在廢氣中CH4濃度不變的情況下，對非分散紅外法儀器測定SO2產生正的干擾不會因為氣體中SO2濃度值的升高而隨之升高。

4）經過咨詢制造廠家，眾瑞ZR-3220儀器出廠前已經做過相應的抗CH4干擾技術處理，隨著技術的發展，各儀器廠家已經完善了抗甲烷干擾的技術，但是對出廠時間相對較早的儀器可能還會存在被甲烷干擾的問題，所以在使用非分散紅外法測定含CH4氣體的廢氣中SO2時一定要確保所用儀器不會被CH4干擾，尤其是購置時間較長的儀器，防止因為甲烷氣體的干擾造成監測結果失真。