基本信息
- 項目名稱：
- 應用于合成氨生產(chǎn)的氮氫比例超聲在線測定儀
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 工業(yè)氣相色譜儀分析合成氨氮氫氣體時具有自動化程度高、分析精度高等優(yōu)點，但存在儀器價格昂貴、維護和運行費用高、不能對氣體實時連續(xù)測量等缺點。本作品所采用的超聲掃頻法和相位差法具有自動化程度較高，分析相對準確等優(yōu)點，相對于工業(yè)氣相色譜儀而言，本超聲在線測定儀還具有制作成本低、運行費用低、易于維護和可實時測量等優(yōu)點。為合成氨生產(chǎn)中氮氫比例測定開辟了新途徑，也為精確測量其他二元流體比例提供了新方法。
- 詳細介紹：
- 氮氫比是合成氨工業(yè)上重要的工藝指標，也是原化工部20項主要工藝指標中的關鍵指標。合成氣體比例的設定對于生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、提高產(chǎn)量、降低能源消耗等起著重要作用。因此，如何恰當?shù)剡x擇最佳氮氫比，對于指導化工生產(chǎn)至關重要。然而，要達到最佳氮氫混合比例值，必須通過監(jiān)測系統(tǒng)實時反饋氮氫比例信息，控制系統(tǒng)適時調(diào)整生產(chǎn)過程中氮氫比例。目前，合成氨工業(yè)上用于檢測氮氫比的儀器有很多，但普遍存在測量過程復雜、價格昂貴、維護和運行費用高、不能實時連續(xù)測量等問題。 為克服上述缺點，特制作了此合成氨氮氫比超聲在線測定儀，為實時、連續(xù)、精確地測量合成氨生產(chǎn)中氮氫比例開辟了新途徑，也為精確測量其他二元流體比例提供了新方法。 基于超聲傳播規(guī)律研制的應用于合成氨生產(chǎn)的氮氫比例超聲在線測定儀，可以精確地測定合成氨氮氫比例。相比于其他工業(yè)合成氨氮氫比例測定儀器而言，該儀器有其自身的先進性特點。 ① 其主要創(chuàng)新點表現(xiàn)在：監(jiān)測靈敏度高，采用連續(xù)、無損測試方法，測量范圍廣，儀器成本低等四個方面。 ② 其先進性表現(xiàn)在：運行成本低、易于維護和可實時測量；安全性強，綠色無污染；可進行任意種類、任意體積濃度二元氣體比例的高精度測量等三個方面。 ③ 其適用范圍為：大型合成氨化工廠；實驗室測量混合比例成分的研究；鹽酸生產(chǎn)廠家、水泥行業(yè)；氣體環(huán)境監(jiān)測分析機構，以及其他二元氣體比例成分測定場合；水果貯藏間、溫室、地窖和倉庫的空氣狀況監(jiān)測；使用所有類型燃料（油、氣體和煤）的燃燒系統(tǒng)的廢氣排放濃度監(jiān)測；警報裝置；化工廠工藝氣體濃度測量；高純氣體品質(zhì)檢驗等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)學科領域。 ④ 該儀器投入生產(chǎn)使用后效應為：取代部分工業(yè)氣相色譜儀的測量工作，在合成氨工業(yè)得到應用推廣；逐漸占據(jù)蒸汽氣體測定儀的市場；替代部分紅外檢測氣體分析儀的測量工作等。 結構簡單、緊湊，測量精度高，應用于合成氨生產(chǎn)的氮氫比例超聲在線測定儀最終可向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，從根本上降低合成氨氮氫比例測定成本，使多元體系流體濃度檢測更加容易。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- I發(fā)明目的：為克服其他合成氨氮氫比例測定儀操作方法繁瑣，運行成本高，測量不連續(xù)，極易產(chǎn)生環(huán)境污染等問題。II基本思路：受超聲在兩種比例成分的混合氣體內(nèi)傳播速度不同的啟發(fā)，利用設計的電子電路實現(xiàn)對氮氫氣體的聲速和收發(fā)信號相位差的自動化測量，最終通過測得的聲速和相位差值來反映氮氫比例成分，達到對合成氨氮氫比例成分的實時、連續(xù)、精確測量的目的。III創(chuàng)新點：①監(jiān)測靈敏度高?；谙辔徊罘ǖ脑恚诒壤凉舛茸兓^小時便有較大的相位變化，可以實現(xiàn)對氣體組分極小變化的精確測量。②采用連續(xù)、無損測試方法。通過電路裝置使測量時間差變得較小，實現(xiàn)連續(xù)測量，氣體流入監(jiān)測裝置后可以回收利用，既節(jié)省了化工原料又避免了環(huán)境污染。③測量范圍廣。一方面信號處理裝置可以取出放置在任何封閉或者流動的氣體環(huán)境中進行探測，另一方面由于儀器體積小，安全性能好，因此也可以用于高易燃性氣體混合物的測量。④儀器成本低。采用廉價的電子器件，較一般氣體比例測量儀器其成本低。IV技術關鍵：信號發(fā)生裝置產(chǎn)生的正弦信號被分成兩路，其中一路經(jīng)過氣體傳播被送到dSP芯片，另一路直接送至dsp芯片。dsp芯片通過內(nèi)置程序?qū)⒔邮盏降男盘栠M行比較、反饋、計算，并將結果輸出到控制面板的LCD顯示屏上，從而實現(xiàn)對氮氫比的在線精確測量。V主要技術指標：該儀器的測量誤差相對于工業(yè)氣相色譜儀而言都在0.09%以下；當單一改變氮氣和氫氣的進氣速度時，觀察到本儀器LCD顯示屏的反應時間都在2s以內(nèi)，工業(yè)氣相色譜儀的人工測量周期在5min左右。
科學性、先進性
- （1）運行成本低、易于維護和可實時測量 工業(yè)氣相色譜儀測量合成氨氮氫氣體多有弊端。本儀器采用簡明的模擬數(shù)字電路結合技術實現(xiàn)對回路氣體的連續(xù)自動監(jiān)測，從根本上解決了工業(yè)氣相色譜儀存在的儀器價格昂貴，維護和運行費用高，操作過程繁瑣，不能連續(xù)測量等問題。 （2）安全性強，綠色無污染 本儀器是根據(jù)超聲在比例成分不同的二元混合氣體中傳播速度不同的物理性質(zhì)，實現(xiàn)對氣體混合比例的測量，不改變氣體本身的性質(zhì)。另外，利用該儀器測量后的氣體可以回收利用，實現(xiàn)了零排放的目的。由此，克服了通用電氣公司研制的用于汽輪發(fā)電機內(nèi)測定冷卻氣體百分組成的二元氣體分析儀器改變氣體性質(zhì)的缺陷，也克服了氣相色譜儀監(jiān)測氣體時排放污染的弊端。 （3）可進行任意種類、任意體積濃度二元氣體比例的高精度測量 該儀器可以進行任意二元氣體、任意體積濃度的高精度測量。突破了現(xiàn)行的主流紅外氣體分析儀只能針對CO、CO2、NO、CH4、SO2等紅外敏感氣體小范圍測量的限制。
獲獎情況及鑒定結果
- 1、2011年3月相關論文《基于超聲相位差法的乙醇汽油濃度測量儀研制》已投稿于中文核心期刊“大學物理”雜志，正在審稿； 2、2011年中國石油大學第十二屆“挑戰(zhàn)杯”課外學術競賽特等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 洽談轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、磁盤、現(xiàn)場演示、圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1.技術特點和優(yōu)勢 測量范圍廣，精度高；器件廉價，易于維護；環(huán)境適應性強，安全性好；無損采樣，回收利用，無污染；可重復實時測量。 2.適用范圍 大型合成氨化工廠；鹽酸生產(chǎn)廠家、水泥行業(yè)；氣體環(huán)境監(jiān)測分析機構；監(jiān)測水果貯藏間、溫室、地窖和倉庫的空氣狀況；燃料燃燒系統(tǒng)的廢氣排放濃度測定；警報裝置；化工廠工藝氣體濃度測量；高純氣體品質(zhì)檢驗。 3.市場分析和經(jīng)濟效益預測 ①該儀器的研制會取代部分工業(yè)氣相色譜儀的測量工作，在合成氨工業(yè)得到應用。 ②測量兩種氣體比例成分的還有通用公司的蒸汽氣體測定儀等，但它是以不同氣體的熱學性質(zhì)為切入點，測量原理復雜，操作要求高。該產(chǎn)品的產(chǎn)生會逐漸占據(jù)蒸汽氣體測定儀的市場。 ③現(xiàn)行的二元氣體分析儀多采用紅外檢測方式只能針對幾種特定氣體進行測量且儀器價格昂貴，不利于維修等，該產(chǎn)品的問世會逐漸占據(jù)紅外檢測儀這類電子產(chǎn)品的市場。 ④由于產(chǎn)品的研制用到的電子器件廉價，制作簡單，從而可向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，使二元流體測量更加容易。
同類課題研究水平概述
- 精確檢測二元混合氣體中某種氣體的成分是一項重要技術，此技術被廣泛應用于化工處理、環(huán)保檢測和電力工業(yè)等領域。目前檢測氣體濃度的方法較多，如化學分析法、紅外線吸收法、電暈放電法、超聲檢測法、氣敏元件法、光譜法、馳豫吸收法等。利用這些方法所制作的二元氣體分析儀器也比較多，應用于合成氨領域的主要為工業(yè)氣相色譜儀和紅外線氣體分析儀，其國內(nèi)外應用研究情況如下： （1）工業(yè)氣相色譜儀在合成氨工業(yè)氣體分析中應用很廣。它是一種主要對混合氣體中各組成成分進行分析檢測的儀器。由載氣帶入，通過對預檢測混合物中組分有不同保留性能的色譜柱使各組分分離，依次導入檢測器，以得到各組分的檢測信號。按照導入檢測器的先后次序，經(jīng)過對比，可以區(qū)別出是何種組分，根據(jù)峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。雖然其精度非常高，但是仍存在諸多弊端：首先，由于需要載氣處理，人工操作復雜，不能實現(xiàn)連續(xù)測量；其次，氣體載入時要求的環(huán)境條件比較苛刻，要防止雜質(zhì)氣體污染；再次，工業(yè)氣相色譜儀價格昂貴，動輒上萬甚至幾十萬，維護費用也比較高；此外，工業(yè)氣相色譜儀進行合成氨氮氫比例測定時有污染氣體排放的問題，不利于保護環(huán)境和操作人員安全。 （2）紅外線氣體分析儀工作原理是基于某些氣體對紅外線的選擇性吸收機理：郎伯-比爾定律。比較先進的紅外線氣體分析儀是采用國際上最新的NDIR技術，如電調(diào)制紅外光源、濾光傳感一體化紅外傳感器、前置放大電路、鍍膜氣室、局部恒溫控制技術等，實現(xiàn)對不同氣體（SO2、NOX、CO2、CO、CH4等）、不同濃度的連續(xù)檢測。但由于紅外線技術的限制，該類儀器測量精度一般較低，只適用于對紅外線敏感的氣體，且測量環(huán)境要求較高，極易出現(xiàn)零點漂移。 （3）其他氣體分析方法和儀器雖未應用到合成氨領域，但也存在諸多弊端：化學分析法不宜在線檢測；超聲時差法檢測氣體濃度精度較低，其濃度監(jiān)測誤差多在0.5%以上；電暈放電傳感器壽命較短，不能長期穩(wěn)定的工作；熱導氣體分析儀極易改變氣體性質(zhì)。
