【摘 要】
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挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOCs）是重要的环境污染物,随着工业化的快速发展,VOCs污染现状日益严峻。石油化工是国家污染治理和管控的重点行业,其VOCs排放量居工业源首位。石化VOCs排放具有组分复杂、浓度跨度大、现场湿度差异大等特征,对其准确在线监测是现阶段检测技术的重大难题。针对石化VOCs排放在线监测的重大需求和技术挑战,本文提出一种面向石化VOC
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挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOCs）是重要的环境污染物,随着工业化的快速发展,VOCs污染现状日益严峻。石油化工是国家污染治理和管控的重点行业,其VOCs排放量居工业源首位。石化VOCs排放具有组分复杂、浓度跨度大、现场湿度差异大等特征,对其准确在线监测是现阶段检测技术的重大难题。针对石化VOCs排放在线监测的重大需求和技术挑战,本文提出一种面向石化VOCs排放在线监测的Nafion-UV-FAIMS方法。利用真空紫外灯离子源（Ultraviolet Lamp,UV）对VOCs电离效率高、线性范围宽特征,高场不对称波形离子迁移谱（high Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry,FAIMS）高灵敏、快速、易于微型化等现场检测优势,以及Nafion管对水气的快速滤除特性,开展石化VOCs排放在线监测技术及应用示范研究,具体创新性工作如下。（1）提出了一种基于玻璃基单片级联FAIMS的VOCs特征谱图精准获取方法。采用玻璃基金属垂直互联（Through Glass Via,TGV）、多区电极光刻镀膜、多层键合等微机械加工（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）工艺,实现单片级联FAIMS分析器高精度集成制作;研究了级联FAIMS中VOCs离子在多级分离电压（Dispersion Voltage,DV）和补偿电压（Compensation Voltage,CV）作用下分离和损耗特性,实现了大浓度差异下的VOCs混叠峰分离和微弱峰发现,解决了传统FAIMS在多组分、大浓度差异下的VOCs完整谱图获取难题。（2）提出了一种VOCs宽量程定量方法。通过研究离子在电离、传输、分离和检测各区的传输特征,构建了离子传输损耗模型;通过研究样品浓度、迁移区通过时间及离子种类对信号响应的影响规律,构建了UV-FAIMS定量检测模型;进一步基于该模型,提出了基于样品稀释的定量线性区保持策略,发展了VOCs自适应检测方法,解决了 VOCs浓度差异大条件下的准确定量难题。（3）提出了一种基于Nafion管的石化现场水气干扰消除方法。研究了不同湿度下典型石化VOCs和硫化氢干扰物的FAIMS谱图特征,发现了FAIMS检测的最佳湿度区间;将Nafion管技术引入FAIMS,开展了VOCs和水气在Nafion-UV-FAIMS中的分离和损耗研究,结果证明了 Nafion-UV-FAIMS技术对水气具有极强的抗干扰能力,解决了石化现场湿度干扰问题。（4）开展了基于Nafion-UV-FAIMS技术的石化VOCs高精度在线监测应用示范。通过研制分离电压源、弱信号检测电路、测控系统等关键模块,搭建了石化VOCs高精度在线监测的Nafion-UV-FAIMS样机,构建了苯、苯乙烯、二甲苯等多种VOCs谱图库。选择中国石化燕山石化公司作为示范单位,对炼油厂和储运厂两个VOCs排放重点区域开展了应用示范,成功获取了连续两个月的石化VOCs现场监测数据,证明了该方法在石化现场应用的有效性。
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