專利名稱：：用Nafion管去除氣體中水份的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種氣體干燥方法，具體是指一種用Nafion管去除氣體中水份的方法。
背景技術(shù)：
：氣體采樣系統(tǒng)是固定污染源煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)、大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、氣體分析儀中最關(guān)鍵的部件。處理氣含有水份會導致分析數(shù)據(jù)的不準確甚至造成分析儀器致命性損壞。如在紅外分析領(lǐng)域中，處理氣中的水份會干擾紅外分析結(jié)果導致分析數(shù)據(jù)不準確。在分析水溶性、腐蝕性氣體中，水份可使分析儀器被腐蝕造成分析儀器致命性損壞。國內(nèi)外的氣體采樣系統(tǒng)對處理氣的處理過程中主要采用電子制冷、壓縮機制冷、干燥劑等方法。電子制冷與壓縮機制冷法都是應(yīng)用降低處理氣露點溫度使其達到處理氣干燥的目的。電子制冷與壓縮機制冷法在使用過程中常見的問題是1、管道及儀器被水或微粒淤塞；2、水溶性分析物的流失；3、分析儀被酸霧腐蝕；4、為了達到理想的除水效果太低的露點溫度會因為結(jié)冰導致管路堵塞。干燥劑除水無法用于腐蝕性氣體分析中并且需要經(jīng)常維護。隨著國家對環(huán)境保護工作的日益重視，各種氣體分析的精度不斷提高，對氣體采樣系統(tǒng)的要求也在不斷提高。電子制冷或壓縮機制冷法除水所帶來的問題將影響我國氣體檢測行業(yè)的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種操作方便，效果良好的干燥方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實現(xiàn)的用Nafion管去除氣體中水份的方法，其特征在于包括下述步驟-(1)由氣體采樣器收集處理氣，在氣體采樣器內(nèi)通過加熱部件把處理氣加熱至10(T20(TC;(2)把已加熱的處理氣再經(jīng)微孔過濾器過濾；(3)經(jīng)過微孔過濾器的處理氣，由氣泵把它送入由Nafion管組成的干燥器，處理氣在Nafion管內(nèi)側(cè)的流速為0.93升/分鐘；同時，在Nafion管外側(cè)有儀表風發(fā)生器產(chǎn)生的干燥氣吹過，其流速為Nafion管內(nèi)側(cè)處理氣流速的3~5倍；(4)從Nafion管內(nèi)吹出的處理氣即為干燥了的氣體。作為優(yōu)選，上述用Nafion管去除氣體中水份的方法，歩驟(1)中氣體采樣器內(nèi)，對處理氣加熱的溫度為11(T12(TC。作為優(yōu)選，上述的用Nafion管去除氣體中水份的方法，步驟(2)中的微孔過濾器為廣5um3微孔過濾器和0.廣O.2um的微孔過濾器兩級串聯(lián)過濾，可以更好地去除處理氣中的固體雜質(zhì)等，更好地保護設(shè)備的長期使用。作為優(yōu)選，上述的用Nafion管去除氣體中水份的方法，步驟(3)中處理氣在Nafion管內(nèi)側(cè)的流速為1升/分鐘，進入Nafion管的處理氣的溫度為9010(TC。作為優(yōu)選，上述用Naficm管去除氣體中水份的方法，歩驟(3)由儀表風發(fā)生器產(chǎn)生的干燥氣，是把壓縮空氣通過油水分離器除油后進入過濾器，經(jīng)過電子制冷器將空氣溫度降至4'C以下，再經(jīng)無熱再生式分子篩干燥器把空氣進一步干燥，直至達到-7(TC的露點的空氣為干燥氣。作為優(yōu)選，上述用Nafion管去除氣體中水份的方法，步驟(3)中干燥氣吹過Nafion管外側(cè)的流速為Nafion管內(nèi)側(cè)處理氣流速的4倍。作為優(yōu)選，上述用Nafion管去除氣體中水份的方法，步驟(3)中干燥氣吹過Nafion管外側(cè)的流向與處理氣流過Nafion管內(nèi)側(cè)的方向相反。Nafion分子交換膜除水的技術(shù)方案是根據(jù)處理氣流量將多根DuPont公司生產(chǎn)的Nafion管用氟橡膠固定成蜂窩狀，將其封裝在不銹鋼316L管內(nèi)。兩端用帶有處理氣進口與儀表風進口的不銹鋼蓋密封。處理氣從進口進入Nafion管后，由于Nafion管含有磺酸基團，Nafion具有極強的滲水性。通過磺酸基團，在Nafion管壁上形成了一個交聯(lián)的離子通道，水在管壁表面經(jīng)過磺酸基吸收后，通過離子通道迅速地轉(zhuǎn)移至管壁的另一面，然后蒸發(fā)。干燥的儀表風通過儀表風進口源源不斷的將水蒸氣帶走，達到處理氣除水干燥的目的。此管只對羥基起吸附作用，一個磺酸基團可以接受13個水分子。因此在一定干燥度的儀表風的吹掃下可以將氣體露點溫度降低到-27°C—-40°C。由于Nafion是聚四氟乙烯和氟-3，6-二環(huán)氧-4_甲基-7_癸烯-硫酸的共聚物，具有極強的抗化學侵蝕特性，所以可以用于強酸性氣體的場合。氣泵收集的處理氣通過較a的過濾器過濾處理氣中體積較大的顆粒物，再通過較細的過濾器過濾處理氣中體積較小的顆粒物，以免影響Nafion管的除水性能。對過濾后的處理氣加熱至9(T10(TC，以一定的流速進入Nafion管。用儀表風發(fā)生器產(chǎn)生的干燥的儀表風吹掃Nafion管表面，帶走水蒸氣。儀表風發(fā)生器提供吹掃Nafion管干燥的儀表風，使Nafion管內(nèi)、管外形成水氣分壓梯度差，達到Nafion管源源不斷地向管外輸送水份的目的。儀表風發(fā)生器采用無熱再生式的分子篩干燥器，目前無熱再生式的分子篩干燥器技術(shù)在國內(nèi)非常成熟，價格低廉，可達到-7(TC露點，但需經(jīng)常維護。為了降低維護量，在儀表風發(fā)生器入口前將空氣過濾除塵，除油，除水。在儀表風發(fā)生器出口再進行精細過濾除塵?；究蛇_到3-4年無需維護。在Nation管中，離子通道由管的內(nèi)表面延伸至外表面。水分子首先與內(nèi)表面上的磺酸基基團相結(jié)合，管壁深處的磺酸基基團結(jié)合的水分子較少(假設(shè)外表面水蒸汽的壓強低于內(nèi)表面水蒸汽的壓強)，因此對水分子有更強的吸引力，管內(nèi)表面的水分子就會很快通過磺酸基基團，到達管壁的外表面，散發(fā)到環(huán)境中，實現(xiàn)對濕樣品氣溶膠的去溶。由Nafion管排出的水分被干燥的吹掃氣(通常是空氣)帶出系統(tǒng)，則管壁內(nèi)外存在的壓力梯度會保證去溶過程持續(xù)進行。式中^為干氣流速；)^為處理氣流速；尸s為處理氣壓力；/V為干氣壓力。儀表風發(fā)生器產(chǎn)生每分鐘35L、露點為-7(TC的干燥氣吹掃Nafion管外管壁，使管壁內(nèi)外存在的壓力梯度，將蒸發(fā)出的水氣帶走。儀表風從Nafion管的儀表風進口進入，以穩(wěn)定的流速吹掃吹掃Nafion管外管壁，再從儀表風出口進入大氣中。有益效果本發(fā)明可用于大氣環(huán)境監(jiān)測、在線污染源監(jiān)測、各種氣體分析、快速應(yīng)急指揮車等行業(yè)?？商娲鷩獍嘿F的氣體采樣系統(tǒng)，用于CEMS中，完全滿足GB/T76的標準。由于其成本低，除水性能好，體積小、延長使用壽命等特點，為將來氣體分t斤、環(huán)境保護等行業(yè)的技術(shù)發(fā)展、國產(chǎn)化進程加快了速度。說明書附圖圖1用Nafion管去除氣體中水份的流程示意圖圖2干燥器剖面示意圖1、氣體采樣器2、15咖微孔過濾器3、0.10.2um微孔過濾器4、氣泵5、干燥器6、儀表風發(fā)生器7、加熱部件8、Nafion管9、處理氣出口10、干燥氣入口11、干燥氣出口12、處理氣入口具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作具體說明實施例如附圖1所示實驗結(jié)構(gòu)及附圖2所示干燥器的結(jié)構(gòu)，實驗系統(tǒng)由加濕器、氣體采樣器1、氣泵4、儀表風發(fā)生器6、空氣壓縮機、Nafion管8、過濾器、露點儀組成。工作流程是加濕器將氣體采樣器1周圍的空氣加濕測量周圍的溫度，進入氣體采樣器1由氣體采樣器1內(nèi)的加熱部件7進行加熱，測量氣體采樣器1出口露點溫度，并經(jīng)5um微孔過濾器2和0.2um微孔過濾器3進行過濾，再由氣泵4將樣體輸入到流量計中測量并限止流量。再對處理氣進行加熱，使其保持采樣器的溫度。最后處理氣進入由Nafion管8組成的干燥器5?？諝鈮嚎s機生產(chǎn)16L/rnin的空氣通過儀表風發(fā)生器6，儀表風發(fā)生器6出口接流量計對儀表氣流量進行測量，被流量計限流的儀表風對Nafion管8外側(cè)進行吹掃，用露點儀測量Nafion管8輸出的處理氣的露點溫度。實驗過程1、測量環(huán)境溫度及環(huán)境濕度，記錄數(shù)據(jù)。2、打開加濕加器對周圍的空氣進行加濕。打開氣體采樣器1及溫控設(shè)備，當氣體采樣器1溫度上升到120。C時打開氣泵4。調(diào)節(jié)流量計使氣體流量達到4L/min并記錄其露點溫度。3、打開儀表風發(fā)生器6，調(diào)節(jié)流量計使儀表氣流量達到16L/min，記錄Nafion管8輸入處理氣的露點溫度。4、調(diào)節(jié)儀表氣流量達到12L/min，記錄Nafion管輸入處理氣的露點溫度。5、調(diào)節(jié)加纟顯器使周圍的濕度加大，記錄采樣器輸出口的露點溫度。記錄實驗數(shù)據(jù)如下測試環(huán)境條件<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由實驗數(shù)據(jù)可以看出Nafion管8的干燥程度與輸入到Nafion管8的處理氣濕度、儀表風流速、處理氣流速有關(guān)系。在實際使用過程中一般將處理氣流速設(shè)定在1L/min，而儀表氣流速設(shè)定在4L/min，這們做一方而可以保護儀表風發(fā)生器6，另一方面可降低儀器、儀表的成本。儀表風發(fā)生器6是一個常需要維護的部件，為降低維護量，在儀表風發(fā)生器6入口前加入一級電子制冷器，對吸入的空氣進行初步干燥?？墒箖x表風發(fā)生器長時間工作。在固定污染源煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)、大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及氣體分析儀中，對處理氣的干燥程度一般只需要達到-2(T(TC即可。由此可見，Nafion管8在這一領(lǐng)域是一種很好的干燥設(shè)備。權(quán)利要求1、用Nafion管去除氣體中水份的方法，其特征在于包括下述步驟(A)由氣體采樣器(1)收集處理氣，在氣體采樣器(1)內(nèi)通過加熱部件(7)把處理氣加熱至100～200℃；(B)把已加熱的處理氣再經(jīng)微孔過濾器過濾；(C)經(jīng)過微孔過濾器的處理氣，由氣泵(4)把它送入由Nafion管(8)組成的干燥器(5)，處理氣在Nafion管(8)內(nèi)側(cè)的流速為0.9～3升/分鐘；同時，在Nafion管(8)外側(cè)有儀表風發(fā)生器產(chǎn)生的干燥氣吹過，其流速為Nafion管(8)內(nèi)側(cè)處理氣流速的3～5倍；(D)從Nafion管(8)吹出的處理氣即為干燥了的氣體。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用Nafion管去除氣體中水份的方法，其特征在于步驟(1)中氣體采樣器(1)內(nèi)，對處理氣加熱的溫度為110~120°C。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用Nafion管去除氣體中水份的方法，其特征在于步驟(2)中的微孔過濾器為15um微孔過濾器(2)和0.10.2iim的微孔過濾器(3)兩級串聯(lián)過濾。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用Nafion管去除氣體中水份的方法，其特征在于步驟(3)中處理氣在Nafion管(8)內(nèi)側(cè)的流速為1升/分鐘，進入Nafion管(8)的處理氣的溫度為90~100°C。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用Nafion管去除氣體中水份的方法，其特征在于歩驟G)由儀表風發(fā)生器(6)產(chǎn)生的干燥氣，是把空氣通過油水分離器除油后進入過濾器，經(jīng)過電子制冷器將空氣溫度降至4°C以下，再經(jīng)無熱再生式分子篩干燥器把空氣進一步干燥，直至達到-70'C的露點的空氣為干燥氣。6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用Nafion管去除氣體中水份的方法，其特征在于歩驟(3)中干燥氣吹過Nafion管(8)外側(cè)的流速為Nafion管(8)內(nèi)側(cè)處理氣流速的4倍。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用Nafion管去除氣體中水份的方法，其特征在于步驟(3)中干燥氣吹過Nafion管(8)外側(cè)的流向與處理氣流過Nafion管(8)內(nèi)側(cè)的方向相反。全文摘要本發(fā)明公開了一種氣體干燥方法，具體是指一種用Nation管去除氣體中水份的方法。本發(fā)明的特點是利用Nation管對水份的滲透性能、以及在Nafion管兩側(cè)的不同氣體的流速來實現(xiàn)水份的吸收，最終實現(xiàn)把Nafion管內(nèi)側(cè)處理氣的水份除去的目的。本發(fā)明的優(yōu)點是成本低，除水性能高，體積小等。本發(fā)明可用于大氣環(huán)境監(jiān)測、在線污染源監(jiān)測、各種氣體分析、快速應(yīng)急指揮車等行業(yè)。文檔編號B01D53/26GK101524617SQ20091009730公開日2009年9月9日申請日期2009年4月9日優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日發(fā)明者軍方,李文樂,斌楊,謝建立,安黃申請人:陳明