Tabla de contenido
Cuando los hidrocarburos (HC) del gas de muestra fluyen hacia la llama de hidrógeno, se oxidan y se produce una reacción de ionización. (Ecuación 1) Dado que los iones generados son proporcionales a la cantidad de carbonos, la concentración de hidrocarburos en el gas se mide recolectando electrostáticamente estos iones y detectándolos como una corriente eléctrica.
\[CH \xrightarrow[(O)]{\text{Oxidation}} CHO^+ + e^-\]
Ecuación 1: Reacción de ionización de hidrocarburos por llama de hidrógeno
Un analizador de gas que utiliza FID suministra continuamente gas combustible (hidrógeno (H 2) o un gas mixto de hidrógeno y helio (He) o un gas mixto de hidrógeno y nitrógeno (N 2) y gas auxiliar (aire purificado) para producir una llama de hidrógeno. El gas de muestra se mezcla con el gas combustible y fluye hacia una llama de hidrógeno a alta temperatura (>1500 K) en la punta de la boquilla de chorro, y las moléculas de hidrocarburo en el gas de muestra se oxidan e ionizan. (Ecuación 1) Estos iones son recogidos por un electrodo colector y detectados como una corriente eléctrica para medir la concentración de gas de hidrocarburos. (Figura 1)
Figura 1: Estructura y principio de funcionamiento de un analizador de gases que utiliza FID.
Un analizador de gases que utiliza FID se utiliza para medir continuamente la concentración de metano (CH4), hidrocarburos no metánicos (NMHC) *1 e hidrocarburos totales (THC) *2 en gas de muestra.
*1: NMHC: Abreviatura de hidrocarburos no metánicos y término general para hidrocarburos distintos del metano.
*2: THC: Abreviatura de hidrocarburos totales
En un analizador de gas FID, generalmente se utiliza la unidad de concentración de gas ppmC. La concentración de gas ppmC (concentración equivalente de carbono) es la concentración de gas convertida por carbono, y ppmC es ppm multiplicado por el número de carbonos.
Por ejemplo, si el gas de muestra contiene solo propano (C3 H8) 100 ppm como hidrocarburos, el analizador FID mide 100 x 3 = 300 ppmC porque el propano (C3 H8) tiene tres carbonos (C).
HORIBA utiliza un analizador de gas que utiliza FID para medir de forma simultánea y continua las concentraciones de metano (CH4), hidrocarburos no metánicos (NMHC) e hidrocarburos totales (THC), que son contaminantes en el aire ambiente y los gases de escape. Aquí se explica la estructura y el principio de funcionamiento del analizador, tomando como ejemplo un analizador que mide continuamente estos componentes de hidrocarburos en el aire ambiente.
En la Figura 2 se muestra un ejemplo de la estructura general del analizador. La llama de hidrógeno del FID ioniza la mayoría de los tipos de hidrocarburos en el gas de muestra. Para medir gases, metano, hidrocarburos no metánicos e hidrocarburos totales en el gas de muestra, el analizador FID de HORIBA incorpora una unidad de eliminación de no metano que utiliza un método de combustión selectiva (cortador NMHC) y un purificador de gas cero.
La secuencia de cambio de línea es A, C, B, C, y así sucesivamente.
Figura 2: Estructura y principio de funcionamiento de un analizador de gases de hidrocarburos totales (THC)
Los hidrocarburos tienen diferentes temperaturas de combustión según la cantidad de carbonos en sus moléculas. Por ejemplo, la temperatura de combustión del propano es menor que la del metano. Al controlar la temperatura de combustión de acuerdo con esta característica, todos los hidrocarburos no metánicos en el gas de muestra se queman para generar un gas de muestra que contiene solo metano para los hidrocarburos. Este método se denomina método de combustión selectiva. En este proceso, es importante controlar la pérdida de combustión de metano en el gas de muestra.
El removedor sin metano (cortador NMHC) del analizador utiliza este método.
El gas de muestra fluye directamente a través de la línea A hacia un detector de hidrocarburos con un FID incorporado, y se miden los hidrocarburos totales. A continuación, las válvulas solenoides pasan a la línea C y un gas sin hidrocarburos fluye hacia el detector de hidrocarburos (FID) como gas de comparación de punto cero para reducir la deriva del punto cero (*). El gas de comparación de punto cero se produce eliminando la humedad, los hidrocarburos, etc. del aire ambiente con un purificador de gas cero.
Luego, las válvulas solenoides cambian a la línea B, el gas metano generado a partir del gas de muestreo por un cortador de NMHC fluye hacia el detector de hidrocarburos (FID) y se mide el metano. Después de la medición del metano, se cambia a la línea C para hacer fluir el gas de comparación de punto cero hacia el detector de hidrocarburos (FID) para reducir la deriva del punto cero (*).
De esta manera, los gases seleccionados fluyen hacia el detector de hidrocarburos (FID) en el orden de las líneas A, C, B y C.
Los hidrocarburos no metánicos se calculan a partir de la diferencia de concentración entre el hidrocarburo total y el metano. (Líneas A, B)
Además, estos gases fluyen hacia la misma celda de reacción y son detectados por el mismo detector mediante la función de conmutación de la válvula solenoide. Esto significa que los cambios en la sensibilidad de la célula de reacción y el detector a lo largo del tiempo, etc. se reflejan igualmente en la detección de estos gases, minimizando finalmente la diferencia en la sensibilidad al THC y al CH4.
* La desviación del punto cero es un desplazamiento gradual del punto cero de un analizador en una dirección debido a la temperatura, el envejecimiento u otros factores. El uso del gas de comparación para una desviación del punto cero puede reducir la influencia de la desviación del punto cero.
El analizador de gas FID mide metano, hidrocarburos totales e hidrocarburos no metánicos basándose en la medición de una concentración ionizada conocida de propano o metano mediante una llama de hidrógeno. Por ejemplo, si la tasa de ionización del propano es la misma para otros hidrocarburos, el FID puede medir con precisión cualquier hidrocarburo en el gas de muestra, pero si la tasa de ionización difiere entre los hidrocarburos, la medición se verá afectada. La tasa de ionización varía según la estructura del hidrocarburo (por ejemplo, enlaces dobles o triples), la presencia o ausencia de oxígeno y otros factores.
Por lo tanto, la medición del analizador FID está influenciada por el tipo y la concentración de hidrocarburos contenidos en el gas de muestra. El analizador FID requiere mecanismos para garantizar que las tasas de ionización de los hidrocarburos sean lo más uniformes posible.
La medición de hidrocarburos se ve afectada según la concentración de oxígeno, lo que se denomina interferencia de oxígeno.
Por ejemplo, el oxígeno en el gas de muestra hace que algunos hidrocarburos se quemen antes de la ionización, lo que cambia la cantidad de ionización e influye en la medición.
HORIBA optimiza los siguientes elementos para reducir la influencia de las diferencias en las tasas de ionización de hidrocarburos y la interferencia del oxígeno.
Un analizador FID se utiliza principalmente para medir hidrocarburos en el aire ambiente. Los analizadores FID y NDIR miden los hidrocarburos en los gases de escape de acuerdo con las normativas ambientales nacionales e industriales. NDIR no requiere gases de servicio como el gas combustible y FID puede medir múltiples componentes de gas (THC, NMHC, CH4) simultáneamente.
El analizador de detección de ionización de llama de hidrógeno (FID) está activo en la medición y el monitoreo continuos de las emisiones de hidrocarburos de las movilidades y fábricas que conducen a la formación de ozono (O3), un componente importante del smog fotoquímico, y la formación de partículas nocivas. También se utiliza en el desarrollo de la eficiencia del combustible de las movilidades y la eficiencia de la combustión del motor.
Tabla de contenido
Tiene alguna pregunta o solicitud? Utilice este formulario para ponerse en contacto con nuestros especialistas.
