三元前驱体合成过程中高湿、有毒、腐蚀性混合气体中氧气测量

氧气含量测量一直是气体测量中应用最广泛、测量原理最多的，不同的测量原理有各自的特点，但是对于高湿、有毒、腐蚀性混合气体中氧气含量的测量一直困扰着气体分析厂商及气体分析解决方案提供商。忻成科技最新自主研发的极谱法原理氧分析仪将解决目前行业内一直存在的这一痛点。

典型案例

国内某知名锂电池材料上市公司需在线逐个监测4个10M3罐体顶部气态氧浓度，通过测量得到对应的氧浓度值控制氮气吹扫置换对应罐体中氧气，使每个罐体顶部氧浓度始终保持在合理的范围内。

本套智能气态氧监测系统，用于取样罐体顶部的气体，监测常量氧浓度，并将氧浓度值通过4-20mA或RS485通讯传送至客户上位机，由上位机通过下位控制器自动完成罐体氮气置换控制及循环取样检测控制。

气态氧监测系统组成：排水过滤器、取样泵、气态氧测量系统、及安装附件组成。

气态氧测量系统包括高精度测量电极、流通池和气态氧监测主机。安装附件包括取样管路，连接件，及固定装置或箱体。

检测过程：上位机通过控制器控制反应釜取样阀开启及取样泵抽气，样品气首先进入排水过滤器，除去样品气中的颗粒物及液态水，然后样品气直接进入氧传感器进行氧气含量检测。

下图为在线监测流程图（忻成提供取样检测部分，中伟控制取样阀体及泵）：

系统性能自动验证：

为了保障整个取样检测系统能够长时间正常工作，故需要设计系统性能在线自动验证功能。忻成提供2套设计方案。具体如下：

1、 如上图所示，利用现场现有的制氮机氮气源作为标准气体，验证取样检测系统是否工作正常。

实施方法：将制氮机上氮气分析仪检测的实时氮气含量传入上位机，在上位机上设置系统性能自动验证功能，当启动该功能时，开启氮气直通取样检测系统开关阀（注意开关阀前端需要配减压阀将氮气压力降为1bar以下），氮气直接进入取样系统测量，5分钟后验证程序自动比较取样系统氧气含量与氮气分析仪氮气纯度换算的氧气含量，如果两者的偏差在验证的合理值范围内，则可以判断取样检测系统各部件功能正常（过滤器、阀体、水洗器不存在泄露，氧分析仪性能正常）。如果两者的偏差超过验证的合理值范围，则需要工程师前往现场通过移动式氧分析仪做对比验证：现场的氮气实际纯度是否与氧气分析仪测量的纯度一致，管路及阀体、过滤器、取样泵是否存在泄露情况发生。并最终排除故障使自动验证功能恢复正常。

2、 如上图所示，利用已知氧气含量的标准氮气源（钢瓶氮气），作为标准气，验证取样检测系统是否工作正常。

实施方法：可参照方法1进行。

备注：忻成手持式氧气分析仪可对氮气纯度及反应釜内的取样气进行氧含量测定，同时可以对管道、阀体、过滤器、取样泵各段进出气口进行检测，判断是否存在气体的泄露。

案例分析

本案例客户要求保证氧浓度测量准确性，同时需要检测系统长时间运行稳定可靠，且检测速度要能够满足一组4个反应罐的分时采样需求（每个罐体采样测量时间小于3分钟），这就要求测量系统不能采用除湿及除NH3气预处理系统，否则会改变测量混合气体的体积比导致测量结果出现严重的偏离，同时传感器的测量时间要小于60秒。客户的技术部门工程师经过与我方的充分交流论证，放弃燃料电池法及氧化锆法的测量方案，考虑到激光法成本过高，不利于大规模生产化运用，通过对现有全球各厂商产品的分析对比，客户最终选择忻成科技独有的极谱法氧传感器，无任何预处理的情况下，客户对其进行长达3个月超强度连续测试，结果令客户非常满意，也充分的验证该传感器在测量高湿、有毒腐蚀性混合气体方面无与伦比的优势。

特别注意：

关于锂电前驱体材料合成反应顶部高湿混合气体中氧气含量测量为什么不能采用除湿测量方案，因为气体测量是测量被测组分气体体积占混合气体体积的体积占比，在一个标准大气压下，温度60℃环境下，混合气体的饱和水蒸气体积占比达到19%以上，再加上除湿预处理系统无法保证稳定的除湿效率，所以采用除湿的预处理方案导致的测量误差至少要到达10%以上，如果再加上仪表及采样系统本身的系统误差3%-5%，综合误差将达到15%甚至更高，这就直接导致测量失去意义。

测量准确性认定问题，生产现有手持式电化学原理氧分析仪测量分辨率为0.1%，测量精度肯定是低于0.1%，在线极谱法氧分析仪分辨率为0.001%，测量精度大概在±0.01%，判断到底谁更准确，应依据标准的气体，比如说现场的氮气纯度相对比较稳定，纯度基本维持在99.96%-99.99%之间，氧含量对应是0.01%-0.04%之间，可以作为相对标准的气体验证氧分析仪的准确性。根据以往的氧监测数据，反应釜内正常的氧含量波动区间应该是在0.01%-0.5%之间，至于在线氧分析仪测量值低于0.01%以下如果不是高浓度氨富集影响传感器，可能就是仪表本身的误差所致，仪表本身0.01%的误差对工艺要求不会产生任何影响。

忻成科技极谱法氧分析仪应用

1)         主要技术参数

测量范围：  0.001% ~25.00%~65.00%

分 辨 率：  0.001%

测量精度：  ±1.5%F.S或0.01%(取大者）

响应时间（T90）： 小于20s

被测介质温度：  0-50℃

气体流量： （1～2）L/min

传感器寿命： 大于5年（取决于样品）

屏幕显示：  7或10英寸高分辨率彩色触摸屏，中文菜单

工作环境：  温度：0-45℃；相对湿度：不大于90%

供电电源：  在线式AC 220V或DC 24V，移动式4节7#干电池，续航1200小时；

数据存储：  可存储500万条数据

通信方式：  RS485

安装方式：  开孔/壁挂/管道

2)    主要应用领域及典型案例

典型应用

Ø  环境空气中氧气测量；

Ø  罐体内氧气测量；

Ø  生物、化学反应罐体顶空氧气测量；

Ø  罐体、离心机氮气置换气体中氧气测量；