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(chǎn)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(xiàn)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(jù)國家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的標準，監(jiān)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(nèi)發(fā)生氧化還原反應，通過產(chǎn)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(shù)據(jù)失常，不符合物料平衡的情況。

經(jīng)過現(xiàn)場對焦化企業(yè)、燃料為天然氣的燃氣爐窯中廢氣的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：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(shù)值產(chǎn)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(chǎn)生4個基頻，全部處于中紅外波段。4個基頻的波數(shù)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(jiān)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(chǎn)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(tài)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(xié)力特種氣體有限公司生產(chǎn)，具有標準證書，其余階梯濃度氣體均由動態(tài)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(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)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(nèi)，因此所得實驗數(shù)據(jù)均有效。

三種儀器測同一濃度SO2不同濃度CH4氣體對SO2監(jiān)測結果影響

實驗室將由動態(tài)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(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)，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(jiān)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(tài)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(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)，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(jiān)測結果相對于真實標氣值的相對偏差變小，ZR-3220讀數(shù)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(chǎn)生正干擾，濃度越高，產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)過咨詢制造廠家，眾瑞ZR-3220儀器出廠前已經(jīng)做過相應的抗CH4干擾技術處理，隨著技術的發(fā)展，各儀器廠家已經(jīng)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(jiān)測結果失真。