微量硫化物的在线测量方法和色谱FPD法应用

   化肥生产净化脱硫工段出口,工艺气中硫化物的体积分数控制在0.1μL/L之内,超标会导致催化剂中毒失效,破坏化学反应的正常进行。净化脱硫工段出口的合成气中,硫化物以H₂S和COS气态形式存在,硫化物的检测就是分别对H2S和COS气体体积分数的检测。

    1　微量硫化物的在线测量方法

    在线测量硫化物常用的方法有4种:醋酸铅纸带法、色谱火焰光度检测器(FPD)法、紫外荧光法和色谱SCD法。紫外荧光法适用于测量常量H₂S的场合;色谱SCD法适用于测量1~5000μL/L之间硫化物的场合,受测量精度的限制,微量硫化物的测量中一般不选用紫外荧光法和色谱SCD法。

    1.1　醋酸铅纸带法

    醋酸铅纸带法的测量原理是将含有H₂S的被分析气体通入到反应室与涂有饱和醋酸铅的纸带反应,反应式如下

    H₂S+Pb PbS+H₂O

    反应结果使纸带产生褐色的斑点,纸带上褐色变化的程度与H2S的体积分数成对应关系,然后通过光电法检测纸带褐色的深浅来对应H2S的体积分数。

    对于多组分的硫化物检测需加装加氢高温转化炉,将其他硫化物转化为H2S后再进行测量。

    被分析气体与氢气混合,加热至900℃左右。在该条件下,氢气将所有的硫化物转化为硫化氢,同时将较重的碳氢化合物裂解为甲烷。以下是几组常见的转化反应方式。

    COS的反应式

    COS+4H₂(900℃) H₂S+CH₄+H₂O

    (C₂H₅)₂S的反应式

    (C₂H₅)₂S+4H₂(900℃) H₂S+4CH₄

    (CH₃)₂S的反应式

    (CH₃)₂S+^₂H₂(900℃) H₂S+2CH₄

    C₄H₁₀的反应式

    C₄H₁₀+3H₂(900℃) 4CH₄

    从醋酸铅纸带法的检测原理可看出,转化炉的转化效率直接影响总硫的测量精度,由于转化炉使用900℃高温转化,因此转化炉的使用寿命较短;同时,高碳数的碳氢化合物亦使醋酸铅纸带反应变色,对硫化物的检测有一定影响,也就是存在背景气的干扰;另外纸带需马达驱动,可动部件直接影响仪表测量的准确度和重复性,其可靠性会影响仪表整体的可靠性。

    1.2　色谱FPD法

    色谱FPD法是利用色谱柱的分离原理将混合气分离开,各种硫化物在不同的时间段内通过FPD逐一进行检测,进行定量分析。

    色谱柱的分离原理:多组分的混合气体通过色谱柱时,被色谱柱内的填充剂所吸收或吸附,由于气体分子种类不同,被填充剂吸收或吸附的程度也不同,因而通过柱子的速度产生差异,在柱出口处就发生了混合气体被分离成各个组分的现象。