近几年,在线光谱逐渐走出实验室分析场景,深度融入化工智能化改造、烟气排放监控、危化泄漏预警等场景。在线光谱可以实现原位实时测量,覆盖炼化、煤化工、精细化工、新能源、火电环保等多元赛道,成为智能制造的“光学感官”,迎来规模化落地的增长窗口。
三大主流在线光谱技术,各展所长适配工业复杂工况
在线红外、、在线拉曼、TDLAS可调谐半导体激光吸收光谱等,分别匹配不同组分、浓度区间与工况条件,构成工业光学在线监测的技术矩阵。
傅里叶变换红外FTIR:依靠分子红外特征吸收组分,一次扫描可以同时识别十几种乃至几十种气体组分,适合废气、工艺复杂混合气体广谱筛查,广泛用于化工园区无组织排放、垃圾焚烧烟气、VOCs 混合组分解析。
近红外:更多用于液相、反应釜物料、油品中间产物非接触检测,无需取样、响应速度快,依靠化学计量学模型同时输出多组分含量,在精细化工、制药、石油调合场景大量应用。但与此同时,近红外需要建立可靠标定模型,温湿度变化会对测量带来干扰,需要定期模型维护;FTIR 设备成本相对较高。
在线拉曼光谱:基于拉曼散射效应,直接获取分子振动、转动特征信息,水的拉曼信号干扰微弱,较适合水溶液、高压反应釜、高危密闭体系原位检测,对同分异构体识别能力突出,是精细化工合成、新材料反应过程监控的优选技术。
在加氢、聚合等反应工艺中,拉曼光谱不需要取样旁路,探头直接插入反应釜,实时追踪反应物、中间体、产物浓度变化,指导反应终点判断,减少取样带来的安全风险。但同时拉曼原始信号偏弱,样品荧光会带来干扰,高粉尘高杂质工况对探头防护要求高,过去长期以实验室设备为主,近年防爆型工业在线拉曼逐步实现国产化落地。
TDLAS 可调谐半导体激光吸收光谱:TDLAS选用窄带半导体激光,精准对准待测气体单一特征吸收谱线,只对目标气体产生响应,抗水汽、粉尘交叉干扰能力强,无传感器中毒风险,响应时间达到秒级,支持原位管道直接安装,也可以抽取式测量。
聚焦单种或者少数几种气体高精度痕量检测,典型测量介质包含氨气、甲烷、硫化氢、氯化氢、氧气、微量水等。大量用于脱硝氨逃逸、煤化工合成气微量杂质监测、天然气管道泄漏、加氢装置氢含量监测、垃圾焚烧烟气监测。对比传统电化学传感器,不存在老化中毒问题,运维工作量大幅降低,是现在过程安全、环保监测的主流技术。但一台设备通常针对特定气体配置激光器,多组分同时检测的成本会上升。
工业场景全面渗透,覆盖工艺质控与安全生产
在线光谱已经深度渗透石油炼化、煤化工、精细化工、氢能、电力环保多个行业,承担原料监控、工艺闭环调节、产品质控、泄漏风险预警多重职能。
石化炼化行业:过去高端原位激光分析仪表长期由海外品牌占据主导,近几年国产 TDLAS、傅里叶红外设备逐步进入加氢、重整、硫磺回收装置,对 H₂S、NH₃、HCl 等介质实现原位在线监测,替代部分传统取样预处理分析系统,减少取样系统堵塞、维护频繁的痛点,助力装置降本增效。
煤化工行业:煤化工工况高粉尘、高温高湿、组分波动剧烈,对仪表工况适应性提出极高要求。TDLAS 大量用于合成气 O₂、微量氨、微量水在线监测;FTIR 用于粗煤气多种杂质同步解析;在线拉曼开始用于气化、合成工段反应过程原位监测,保障催化剂安全运行,规避工艺异常带来的停车风险。
精细化工与新能源赛道:在线近红外、在线拉曼成为连续反应、间歇釜式反应智能化升级的关键工具。不用取样就可实时反馈反应进度,实现工艺闭环自动调节,提升产品一致性,减少中间取样的高危操作,在锂电材料、医药中间体合成项目中应用快速增长。
安全生产预警升级:复盘化工多起泄漏、超温超压事故,工艺介质缺少原位实时监测,取样分析存在时间滞后是重要诱因。TDLAS 激光遥测、点式原位光谱仪表,可部署在装置区、管廊、阀组,实现有毒可燃气体快速预警;区别于传统催化燃烧、电化学探测器,光谱类仪表抗干扰强,误报率低,成为化工园区安全防控体系重要组成部分。
环保监测领域,成为排污合规与溯源的重要技术装备
随着《生态环境监测条例》落地,HJ 系列废气监测新规陆续更新,对固定污染源逃逸、无组织排放管控持续收紧,在线光谱技术价值进一步释放。
FTIR 傅里叶红外用于园区无组织 VOCs、特征有毒废气广谱溯源,一台设备识别多种特征污染物;TDLAS 广泛用于脱硝氨逃逸、垃圾焚烧酸性气体 HCl、HF 排放在线监测,解决痕量污染物在线监测难题;结合激光遥测技术,还可以实现厂界、管廊远距离非接触巡检,支撑执法排查与企业自行监测。
和色谱设备互补,光谱擅长快速连续实时监测,色谱擅长组分精准定性定量,两套技术经常搭配构建完整监测体系。
行业新趋势:国产化、原位化、多技术融合
结合近几年项目落地、技术迭代情况,在线光谱行业发展方向包括:
1.国产化加速突围:TDLAS 已经实现较高程度国产化,大量替代进口;在线傅里叶红外、工业在线拉曼过去以进口为主,国内厂商持续攻关核心光学器件,逐步向炼化、精细化工高端工艺场景渗透。
2.由取样抽取式向原位测量推进:传统分析仪表大多依靠取样预处理系统,管线易堵塞维护量大;原位光谱探头直接接入管道、反应釜,省去复杂前处理,降低运维成本,是行业明确发展方向,但对探头防爆、防腐、耐粉尘能力提出更高要求。
3.多技术融合智能化升级:光谱硬件结合AI化学计量学算法,实现模型自动补偿、故障自诊断、异常识别。
主流厂商格局:国产快速突破,进口把持高端复杂工艺
国内主流厂商:
聚光科技:国内在线光谱综合企业,布局TDLAS 激光气体分析仪、傅里叶变换红外 FTIR、近红外、紫外光谱产品线,拥有大量大型炼化、煤化工、国家管网项目落地经验。
四方光电:以TDLAS激光气体分析为基础,同时布局激光拉曼气体分析仪,自研 LRGA 系列在线激光拉曼,广泛用于煤化工合成气、天然气、乙烯裂解气组分与热值同步监测,在大型煤化工、油气项目实现国产替代。
鉴知技术:在线拉曼分析仪可用于化工产品生产过程中原位、实时、连续在线监测。适用于硝化、氯化、氟化、加氢、重氮化等危险反应,可帮助用户实时了解反应状态、监控产品质量。
国外主流厂商:
西门子:TDLAS激光分析仪、傅里叶红外系统覆盖火电、煤化工、炼化,主打烟气排放、工艺气组分监测,依托自控平台优势,成套工程交付能力突出。
横河电机:TDLAS、NDIR红外、过程近红外产品成熟,深耕石油炼化、天然气、化工工艺监测,仪表稳定性强,在海外大型化工装置及国内大型石化项目广泛应用。
NEO Monitors(挪威):全球TDLAS专业标杆厂商,专注激光气体分析仪,LaserGas 系列产品广泛用于炼化、化工、垃圾焚烧氨逃逸、酸性气体原位监测,极端高温高粉尘工况适应性强。
Servomex(英国):光学气体分析老牌厂商,TDLAS、NDIR 红外产品,高纯气体、化工工艺、排放监测为主,在特种气体、半导体气体监测市场认可度高。
ABB:工业在线光谱老牌巨头,TDLAS、FTIR、近红外产品线齐全,拥有 OA-ICOS 腔增强激光光谱技术,擅长炼化、天然气主干管网、电厂极端工况,设备与DCS自动化系统集成能力强,高端工艺现场存量项目多。
赛默飞:FTIR、在线拉曼、近红外全光谱布局,Nicolet 傅里叶红外、Antaris 过程光谱平台全球知名,主打高端精细化工、制药、新材料工艺监测,实验室到工业在线产品协同优势显著。
HORIBA 堀场:红外气体分析仪、过程拉曼、烟气光学监测设备,在燃烧过程监测、汽车材料、环境烟气领域应用广泛。

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| 来源:仪器信息网
| 作者:啊呦
| 责编:安安

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