کاربرد سنسور اختصاصی گاز H۲S در صنایع پتروشیمی

به گزارش تیتر داغ؛ محمد جلالی اقدم مدیر عامل یک شرکت دانش بنیان ، با اشاره به سنسور اختصاصی گاز H2S گفت: سنسور اختصاصی گاز H۲S جهت اندازه گیری غلظت‌های بین ۰.۱ الی ۳۰۰ ppm در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و پالایشگاهی به منظور کنترل گاز‌های خروجی دودکش‌ها و مانیتورینگ نشتی واحد‌های تولید گوگرد و نیز میادین استخراج گاز استفاده می‌شود. نمونه اولیه آزمایشگاهی دستگاه ساخته شده در این شرکت  به صورت پرتابل (قابلیت جابجایی) طراحی و ساخته شده است و این قابلیت وجود دارد تا سیستم تشخیص گاز فیکس (Fixed) و یا برخط (Online) آن نیز ساخته شود.

او افزود: این آنالایزر گاز H۲S بر مبنای سنسور نیمه رسانا یا نیمه هادی لایه نازک عمل می کند. هوای محیط توسط پمپ مکش به داخل محفظه سنسور هدایت می شود. ولی قبل از ورود به محفظه، مسیر فیلتردار یا غیر فیلتردار انتخاب می شود تا فقط به هنگام حسگری، گاز مورد نظر در مدت زمان کوتاهی به سنسور برسد تا باعث اشباع شدن سنسور نشود. یعنی فقط به هنگام حسگری، مسیر گاز بدون فیلتر باز و بسته می شود و دوباره مسیر گاز فیلتردار انتخاب می شود. در اثر برخورد گاز H۲S به حسگر نیمه هادی لایه نازک که توسط میکروهیتر در دمای خاصی ثابت نگهداشته شده، مقاومت الکتریکی آن تغییر یافته و مبنای حسگری است. لایه نازک انتخاب شده برای حسگری گاز H۲S نسبت به این گاز انتخابگر بوده و تداخلی با دیگر گاز‌های موجود احتمالی ندارد.

جلالی ادامه داد: کاربرد این محصول در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و پالایشگاهی به منظور کنترل گاز‌های خروجی دودکش‌ها و مانیتورینگ نشتی واحد‌های تولید گوگرد و نیز میادین استخراج گازلایه‌های نانومتری حسگر نیمه هادی است و اجزا محصول (ماژول ها) و یا فرمولاسیون محصول (ترکیبات فرمولاسیون) لایه نانومتری الکترود و هیتر،  ویفر سیلیکون اکسید دار و بورد و مدار الکترونیکی است.

او بیان کرد: از چالش‌های بسیار مهم در ساخت آنالایزر گاز H۲S ایجاد لایه نازک نانومتری حسگر نیمه هادی (چندین لایه کمتر از ۱۰۰ نانومتر) به صورت یکنواخت روی زیرلایه سیلیکون است. این لایه نازک به صورت ترکیبی از ۲ المان مختلف ساخته شده است که به صورت لایه لایه توسط دستگاه اسپاتر روی سیلیکون، پوشش دهی شده است. انتخاب لایه نازک باید طوری باشد که تداخل با دیگر گاز‌ها نداشته باشد و صرفاً نسبت به گاز H۲S حساس باشد که خود مستلزم تحقیق علمی گسترده است.

مدیر عامل این شرکت دانش بنیان گفت: به هنگام لایه نشانی حسگر نیمه هادی، باید طراحی به گونه‌ای باشد که فقط میکروالکترود‌های ۵۰ میکرونی که به صورت شانه‌ای ساخته شده اند پوشش دهی شوند و به هیچ عنوان ماده حسگر به میکروهیتر اتصال نداشته باشد که برای این منظور از فناوری میکرولیتوگرافی دقیق استفاده می شود. ضمناً با توجه به دسترسی به فناوری دقیق میکرولیتوگرافی می توان تعداد بیشتری از این سنسور‌ها را در یک تراشه کوچک جا داد تا هم ضریب اطمینان اندازه گیری سنسور را افزایش داد و هم با قراردادن حسگر‌های مختلف، می توان گاز‌های دیگر را نیز شناسایی و تعیین غلظت کرد.

او ادامه داد: لایه‌های حسگر دی اکسید قلع و اکسید مس مورد استفاده روی میکروالکترود‌های پلاتین، دارای ضخامت کمتر از ۱۰۰ نانومتر است که به صورت لایه لایه توسط دستگاه اسپاتر روی میکروالکترود‌ها پوشش دهی می شوند. از جمله مزایای لایه نازک نانویی در مقایسه با حالت غیر نانو، روش تکرار پذیر ساخت لایه حسگر است و همچنین حساسیت لایه نانویی بالاتر از لایه غیر نانویی است. دیگر مزیت لایه نانویی زمان ریکاوری یا بازیابی سریع تر سنسور نسبت به لایه غیر نانویی است.

جلالی تصریح کرد: از جمله مزایای لایه نازک نانویی در مقایسه با حالت غیر نانو، روش تکرارپذیر ساخت لایه حسگر است و همچنین حساسیت لایه نانویی بالاتر از لایه غیر نانویی است. دیگر مزیت لایه نانویی زمان ریکاوری یا بازیابی سریع تر سنسور نسبت به لایه غیر نانویی است. در واقع به دلیل نانویی بودن ضخامت لایه حسگر، حساسیت بالا رفته و نیازی نیست حسگر مدت زیادی در معرض گاز باشد تا آن را تشخیص دهد، لذا قبل از اشباع شدن و یا تخریب سنسور توسط گاز، می توان سنسور را از حالت تشخیص خارج کرد تا زودتر به حالت عادی برگردد و آماده تشخیص مجدد شود. تعداد زیادی از این سنسور‌ها را می‌توان در یک مرحله ساخت؛ چراکه لایه نازک نانومتری به یکباره روی سطح بزرگی از زیرلایه سیلیکون لایه نشانی می شود که می تواند حداقل ۱۰۰ سنسور را پوشش دهد؛ لذا هزینه ساخت، دقت ساخت و تکرارپذیری ساخت بسیار بهینه می شود.