Khí công nghiệp/y tế
Máy phân tích chuyên dụng và ứng dụng cho các quy trình trong các ngành công nghiệp như đo tạp chất vết trong khí công nghiệp và đo độ tinh khiết cao của khí y tế
Trong những năm gần đây, khi các vấn đề về môi trường trở thành mối quan tâm lớn của xã hội, hydro đang thu hút sự quan tâm như một nguồn năng lượng mới và việc sử dụng nó dự kiến sẽ lan rộng trong tương lai.
Với xu hướng này, các trạm tiếp nhiên liệu hydro cho xe chạy bằng pin nhiên liệu đang chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ. Hiện nay, hầu hết nhiên liệu hydro đều có nguồn gốc từ khí tự nhiên và ISO-14687 xác định tiêu chuẩn chất lượng hydro cho FCEV. Chất lượng hydro rất quan trọng đối với hiệu suất và tuổi thọ của pin nhiên liệu hydro, ngay cả mức độ ô nhiễm nhỏ cũng rất quan trọng và có thể làm giảm hiệu suất, dẫn đến ảnh hưởng và làm hỏng chất xúc tác của pin nhiên liệu.
Do đó, thách thức tập trung vào việc đảm bảo chất lượng hydro cao với chi phí thấp hơn. Trong nỗ lực sản xuất hydro có độ tinh khiết cao hơn với số lượng lớn hơn và chi phí thấp hơn, cần phải liên tục cải tiến công nghệ quy trình sản xuất và cải thiện hiệu suất hấp phụ và tái sinh bằng cách giám sát toàn bộ quy trình sản xuất và phân tích chất xúc tác và vật liệu được sử dụng trong quy trình. Trong số các công nghệ sản xuất hydro, cải cách hơi nước được sử dụng rộng rãi như là cách hiệu quả nhất để sản xuất lượng lớn hydro.
Công nghệ này thường sử dụng khí thành phố và cải tạo thành hydro có độ tinh khiết cao. Trong quá trình cải tạo, hàng loạt tạp chất được tạo ra cùng với hydro có độ tinh khiết cao, do đó, việc liên tục theo dõi các tạp chất quan trọng sau khi hấp thụ dao động áp suất là vô cùng quan trọng để tránh sự xâm nhập của chúng vào sản phẩm cuối cùng - hydro cấp pin nhiên liệu và bảo vệ xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro khỏi sự suy giảm hiệu suất.
Bảng 1: Tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu hydro ISO14687
Hình 1 dưới đây thể hiện 5 bước chính trong hoạt động cơ bản của một trạm hydro tại chỗ.
Bước 1: khí thành phố (khí tự nhiên chủ yếu bao gồm khí mêtan) được cung cấp trực tiếp cho đường ống máng trạm hydro.
Bước 2: Các hợp chất lưu huỳnh trong khí tự nhiên được loại bỏ trong bộ khử lưu huỳnh.
Bước 3: Khí tự nhiên đã qua xử lý đi vào bộ cải cách khí mêtan hơi nước (SMR), hơi nước nhiệt độ cao được sử dụng để chuyển đổi khí mêtan thành hydro và carbon monoxide (CH4+ H2O = CO+ 3H2) . Nhiệt độ cao đẩy nhanh phản ứng giữa khí mêtan và nước để thu giữ càng nhiều hydro càng tốt.
Bước 4: Carbon monoxide và hơi nước từ quá trình cải cách sẽ đi đến bộ chuyển đổi dịch chuyển CO để tạo ra carbon dioxide và nhiều hydro hơn
(CO+H2O= H2+CO2).
Bộ chuyển đổi này chứa đầy nước và chất xúc tác dựa trên sắt-crôm làm cho hơi nước phá vỡ oxy và hydro bên trong. Hydro được thu giữ trong khi oxy bám vào carbon monoxide từ phản ứng cải cách để tạo ra carbon dioxide.
Bước 5: Hydro cuối cùng được tinh chế trong đơn vị gọi là hấp phụ xoay áp suất (PSA), thu hồi hydro có độ tinh khiết cao ở áp suất cao trong khi hấp thụ tạp chất ở áp suất thấp. Thiết bị này sử dụng các lớp chất hấp thụ rắn như rây phân tử carbon để tách tạp chất khỏi dòng hydro.
Hình 1: Hoạt động cơ bản của trạm hydro tại chỗ
CO là một trong những tạp chất không mong muốn tệ nhất trong pin nhiên liệu hydro do khó loại bỏ và ngộ độc chất xúc tác, có thể dẫn đến sụt điện áp trong pin nhiên liệu. Mặc dù trong tiêu chuẩn chất lượng hydro ISO-14687 (Xem Bảng 2: ISO14687-3: 2019), có nhiều tạp chất cần được theo dõi ở nồng độ rất thấp, việc theo dõi mọi thành phần tạp chất rất khó khăn và tốn kém.
Là một giải pháp, có phương pháp quản lý tạp chất được gọi là "Phương pháp tạp chất Canary" (Xem Bảng 3: Phương pháp quản lý tạp chất Canary), được chỉ định trong tiêu chuẩn ISO. Đây là phương pháp được sử dụng như một chỉ số, thành phần nào ít bị loại bỏ nhất trong bước tinh chế hydro và dễ dàng trộn vào sản phẩm. CO, là tạp chất trong hydro, được xác định là thành phần canary và chất lượng hydro được duy trì bằng cách liên tục theo dõi nồng độ CO như một chỉ số với máy phân tích hồng ngoại liên tục. Lý do tại sao CO là thành phần ít bị loại bỏ nhất là vì nó được chỉ định là thành phần đột phá trong PSA. Khi chất hấp thụ trong hấp phụ dao động áp suất (PSA) đạt đến độ bão hòa do bị suy giảm, CO sẽ thoát ra khỏi nó trước.
Máy đo khí vết (GA-370) của HORIBA được sử dụng để theo dõi thành phần đột phá là CO để đảm bảo chất lượng hydro cấp pin nhiên liệu với chi phí hợp lý. Carbon monoxide sẽ được kiểm tra ở đầu ra của quá trình hấp phụ dao động áp suất.
Bảng 2: ISO14687-3: 2019
Bảng 3: Phương pháp quản lý tạp chất Canary
Tài liệu tham khảo：JXTG Technical Review Vol.60 No.01 (tháng 3 năm 2018)
Phát triển phương pháp kiểm soát chất lượng mới cho ENEOS Hydrogen
Máy đo khí vết GA-370 của HORIBA (Hiển thị trong Hình 2) cung cấp các giải pháp phân tích mạnh mẽ để liên tục kiểm tra CO sau khi hấp phụ dao động áp suất (PSA) ở mức phụ phần tỷ (ppb).
Nó sử dụng một nguyên tắc được gọi là hồng ngoại không phân tán chùm tia kép điều biến chéo dẫn đến phép đo không bị trôi điểm không và phát hiện siêu nhạy đáng tin cậy về một lượng nhỏ các phân tử của chất gây ô nhiễm để đảm bảo chất lượng hydro cấp pin nhiên liệu.
Với nhiều thập kỷ kinh nghiệm trong các giải pháp đo lường, HORIBA đã thiết kế máy phân tích này để loại bỏ các chu kỳ hiệu chuẩn thông thường và cung cấp phép đo ổn định lâu dài và các hoạt động liên tục không cần giám sát.
Mọi yếu tố trong máy phân tích đều được lựa chọn để đạt được độ tin cậy, độ chính xác và độ nhạy tối cao để đáp ứng hầu hết các ngành công nghiệp và ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Tiết kiệm chi phí, cực kỳ ổn định và siêu nhạy – giải pháp tốt nhất để kiểm soát chất lượng hydro và quản lý đảm bảo chất lượng khôn ngoan.
Bảng 4: Đặc điểm kỹ thuật
Video giới thiệu GA-370
Giới thiệu về Máy đo khí vết GA-370 của HORIBA
Hình 2: Máy đo khí vết GA-370
Máy phân tích hồng ngoại không phân tán chùm kép điều biến chéo
Các phân tử bao gồm các nguyên tử khác nhau được biết là hấp thụ ánh sáng hồng ngoại trong một phạm vi bước sóng cụ thể.
Máy phân tích hồng ngoại không phân tán (sau này là NDIR) sử dụng tính chất vật lý trên của các phân tử và đo sự hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở bước sóng cụ thể của CO, CO2và / hoặc CH4trong khí mẫu và cung cấp phép đo giá trị nồng độ liên tục.
chuKỹ thuật NDIR thông thường được sử dụng trước đây có hai cell đo và bộ phận quay (bộ ngắt quãng quang) để thu được tín hiệu điều biến. NDIR nguyên bản của HORIBA với công nghệ điều biến chéo sử dụng một cell đo. Điểm quan trọng mới của thiết kế là van điện từ, chuyển đổi tại một chu trình cố định (ví dụ: 1Hz) và lần lượt đưa khí mẫu và khí tham chiếu (khí không) vào cell đo. Bằng phương pháp này, sự khác biệt giữa mẫu và đường dẫn quang tham chiếu được loại bỏ và cùng một đường dẫn quang xen kẽ hoạt động như mẫu và đường dẫn quang tham chiếu. Do đó, yêu cầu của một máy cắt quang học để điều chế đầu ra của máy dò được loại bỏ. Sự hiện diện của CO, CO2và / hoặc CH4trong khí mẫu tạo ra sự khác biệt về cường độ ánh sáng đến máy dò khi cell đo được đổ đầy khí mẫu so với khi cell chứa đầy khí tham chiếu. Sự khác biệt này làm cho màng kim loại trong máy dò di chuyển qua lại, tương ứng với giá trị nồng độ.
Kỹ thuật đo này loại bỏ mọi nhu cầu về máy cắt quang học hoặc điều chỉnh quang học, cho phép đo không bị trôi, tăng cường độ nhạy và mang lại sự ổn định lâu dài.
NDIR chùm kép điều biến chéo là kỹ thuật tương tự như điều biến chéo được mô tả ở trên, nhưng thay vì một cell đo, khí mẫu và khí tham chiếu được đưa xen kẽ vào hai cell đo (Xem Hình 3). Bằng cách thu tín hiệu từ hai cell, chúng tôi đã có thể có lượng tín hiệu gấp đôi, góp phần tạo nên độ nhạy cao của phép đo.
Ngoài ra, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cũng tốt hơn đáng kể vì bộ lọc quang học có xu hướng tạo ra nhiễu đáng kể trong NDIR thông thường đã bị loại bỏ.
Kỹ thuật này sử dụng hệ thống máy dò kép để giảm thiểu sự can thiệp của các thành phần không được đo lường khác cùng tồn tại trong mẫu khí.
Một bộ dò bù được đặt phía sau bộ dò chính. Tín hiệu của thành phần đo + thành phần nhiễu được trích xuất bởi bộ dò chính và tín hiệu của thành phần nhiễu được trích xuất bởi bộ dò bù. Các tín hiệu này được khuếch đại và tính toán bằng bộ trừ để trích xuất đầu ra chỉ của thành phần đo lường mục tiêu. Thiết kế bộ dò kép như vậy cho phép đo lường có độ chính xác cao và độ chính xác ở mức ppb.
Kỹ thuật hồng ngoại không phân tán chùm kép điều biến chéo. Sơ đồ dòng chảy
Biểu đồ 1 cho thấy mức độ nhiễu trong NDIR chùm kép điều biến chéo. Nhìn thoáng qua có thể thấy rõ ràng rằng mức độ nhiễu bằng không, kết quả đọc của máy phân tích cực kỳ ổn định.
Tóm lại, công nghệ NDIR chùm kép điều biến chéo, công nghệ gốc của HORIBA của chúng tôi đảm bảo tính ổn định lâu dài, không có nhiễu quang học và không bị trôi ngay cả khi đo nồng độ ở mức vết trong khí có độ tinh khiết cao.
Biểu đồ 1: Mức độ nhiễu NDIR chùm kép điều biến chéo
Máy đo khí vết
Bạn có thắc mắc hoặc yêu cầu nào không? Hãy sử dụng mẫu này để liên hệ với các chuyên gia của chúng tôi.
