高濃度氧氣含量的分析方法

涂 青，劉宏光

（云天化國際紅磷分公司質(zhì)量控制部，云南開遠(yuǎn) 661600）

高濃度氧氣含量的分析方法

涂 青，劉宏光

（云天化國際紅磷分公司質(zhì)量控制部，云南開遠(yuǎn) 661600）

研究了一種高濃度氧氣含量的分析方法。采用QF1904型奧氏氣體分析儀器，利用氣體被化學(xué)試劑選擇性吸收的性質(zhì)，根據(jù)吸收前后混合氣體體積變化，測定出氧氣含量。該方法簡便、快速。

氧含量；高濃度；制氧裝置

2013年，云南云天化國際化工有限公司紅磷分公司對合成氨分廠原料路線進(jìn)行調(diào)整，針對云南煤灰熔點(diǎn)低、活性低的特點(diǎn)，采用增氧制氣，提高空氣中的氧含量。在高溫條件下，增氧空氣和過熱蒸汽交替進(jìn)行氣化反應(yīng)。VPSA制氧裝置在線分析主要采用電化學(xué)氧分析儀器和磁力氧分析儀器進(jìn)行在線儀表監(jiān)控。若在線監(jiān)控出現(xiàn)問題，會(huì)使操作帶來一定的限制，故需引入新的分析方法。經(jīng)過研究，采用QF1904型奧氏氣體分析儀器，利用氣體被化學(xué)試劑選擇性吸收的性質(zhì)，根據(jù)吸收前后混合氣體體積變化，測定出VPSA制氧裝置中高濃度氧氣的含量。此分析方法不僅能滿足VPSA制氧裝置開停車分析需求，還能進(jìn)行在線儀表的數(shù)據(jù)對比，分析結(jié)果可靠、儀器操作簡單、快速、準(zhǔn)確。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測定原理

用焦性沒食子酸鉀吸收氧氣，用半水煤氣做載氣，然后加入試樣氣體，混合氣體中CO2、O2能被化學(xué)試劑選擇性吸收，根據(jù)吸收前后混合氣體體積變化，可計(jì)算出氧含量。

氫氧化鉀吸收二氧化碳的方程式：

焦性沒食子酸鉀（簡稱焦鉀）吸收氧的方程式：

1.2 試劑與儀器

氫氧化鉀溶液，300 g／L，AR；焦性沒食子酸鉀溶液，稱取430 g焦性沒食子酸于1 000 mL燒杯中，加入500 mL熱水，攪拌、冷卻，稀釋到1 000 mL，混勻。使用時(shí)將此溶液與300 g／L的氫氧化鉀溶液按1＋1比例混合，即為焦性沒食子酸鉀溶液；液體石蠟，CP；

QF1904型奧氏氣體分析儀器。

1.3 試驗(yàn)過程

1.3.1 檢查儀器的氣密性

減壓檢查方法：于量氣管中吸取約10 mL空氣，使量氣管與梳形管相通，而梳形管與大氣隔絕。將水準(zhǔn)瓶置于最低處，保持3 min，如果量氣管內(nèi)液面保持穩(wěn)定，并且各吸收瓶的液面也穩(wěn)定，表明儀器的氣密性好。若液面上升或下降，則表示儀器存在漏點(diǎn)，處理后再次試漏，直到合格液面保持穩(wěn)定為止。

加壓檢查方法：于量氣管中吸取約80 mL空氣，將水準(zhǔn)瓶置于奧氏儀上部盡量高處，使管內(nèi)形成壓力，保持3 min，如果量氣管內(nèi)的液面保持穩(wěn)定，表示氣密性好。

1.3.2 分析操作

操作水準(zhǔn)瓶，先用試樣氣置換梳形管后再用量氣管吸取載氣置換儀器3次后，用量氣管準(zhǔn)確量取80.0 mL載氣體后繼續(xù)量取試樣氣體20.0 mL，使其混合體積達(dá)到100 mL，打開氫氧化鉀溶液吸收瓶，操作水準(zhǔn)瓶，使氣體試樣在吸收瓶與量氣管間往返吸收多次（約7～8次），直至讀數(shù)恒定，記下讀數(shù)V1。

打開第一瓶焦鉀溶液吸收瓶活塞，將吸收二氧化碳后之余氣壓入，操作水準(zhǔn)瓶，使氣體試樣在吸收瓶與量氣管間往返吸收多次（約7～8次），然后在打開第二瓶焦鉀溶液吸收瓶活塞，將吸收后的余氣壓入，同上述操作，直至讀數(shù)恒定，記下讀數(shù)V2。

1.4 計(jì)算

氧氣的含量采用下式計(jì)算。式中：V1為混合氣第一次吸收二氧化碳的體積，mL；V2為混合氣吸收氧后的體積，mL；φ載氣為載氣氧含量，%（使用載氣中無氧含量此處直接為零）。

1.5 注意事項(xiàng)

①吸收順序不能顛倒。吸收應(yīng)完全，讀數(shù)應(yīng)恒定；當(dāng)吸收劑的吸收效率下降時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換。②整套儀器不得漏氣；儀器各部分應(yīng)保持清潔，定期清洗。③讀數(shù)時(shí)水準(zhǔn)瓶與量氣管液面必須保持一致。讀數(shù)時(shí)統(tǒng)一按從下往上（數(shù)值增加）的方式計(jì)數(shù)。

2 結(jié)果與討論

量氣管采用規(guī)格為100 mL的球形量氣管，由帶刻度75 mL的直管加不帶刻度體積為25 mL的球管組成。用焦性沒食子酸吸收時(shí)，當(dāng)氧含量達(dá)到92%左右，吸收體積超過75 mL，直接在球管內(nèi)，由于球管內(nèi)無刻度線，導(dǎo)致無法讀數(shù)，分析測定失敗，如果只取50 mL試樣其結(jié)果相同。

如果量氣管采用規(guī)格為100 mL的直管量氣管，當(dāng)氧含量超過92%時(shí)，量氣管只剩下8 mL左右的量程，由于量程太短，吸收無法恒定，如繼續(xù)操作，溶液容易沖入梳形管導(dǎo)致分析失敗。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所取混合氣體體積必須滿足100 mL才能進(jìn)行分析測定，于是采取用不會(huì)被吸收液吸收的氣體作為載氣進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 載氣選擇

以低變氣為載氣，取樣80.0 mL，然后繼續(xù)取標(biāo)氣20.0 mL，進(jìn)行試驗(yàn)，低變氣二氧化碳高于25%其吸收容積超過75 mL，無法讀數(shù)。

分別以半水煤氣、循環(huán)氫氣、脫碳?xì)鉃檩d氣，取樣80.0 mL，然后繼續(xù)取標(biāo)氣20.0 mL，進(jìn)行氧氣含量的測定，結(jié)果見表1、表2、表3。

表1 以半水煤氣為載氣時(shí)φ（O2）的分析結(jié)果Table 1 Analysis results of φ（O2）with the semi－water gas as the carrier gas

表2 以循環(huán)氫氣為載氣時(shí)φ（O2）的分析結(jié)果Table 2 Analysis results of φ（O2）with circulating hydrogen as the carrier gas

表3 以脫碳?xì)鉃檩d氣時(shí)φ（O2）的分析結(jié)果Table 3 Analysis results of φ（O2）with decarbonization gas as the carrier gas

從表1～表3看出，用半水煤氣、循環(huán)氫氣、脫碳?xì)庾鲚d氣分析，分析結(jié)果接近氧標(biāo)氣的真實(shí)值。

用氮?dú)庾鲚d氣取樣取樣80.0 mL，然后繼續(xù)取標(biāo)氣20.0 mL，進(jìn)行氧氣含量的測定，結(jié)果見表4。

從表4看出：用氮?dú)庾鲚d氣分析氧標(biāo)氣，分析結(jié)果與氧標(biāo)氣的真實(shí)值有一定的誤差。

用氮?dú)夂桶胨簹庾鲚d氣分析試樣，結(jié)果與在線監(jiān)測結(jié)果對比，數(shù)據(jù)見表5。

從表5看出，用煤氣做載氣分析試樣的數(shù)據(jù)與在線儀表數(shù)據(jù)比較接近，用氮?dú)庾鲚d氣分析試樣的數(shù)據(jù)與在線儀表數(shù)據(jù)有一定的誤差。

綜上所述，用低二氧化碳含量或無二氧化碳的氣體（半水煤氣、循環(huán)氫、脫碳?xì)獾龋┳鲚d氣，分析結(jié)果與標(biāo)氣結(jié)果及實(shí)際試樣結(jié)果相接近，誤差小。但使用含氧的氣體做載氣必須先測出氣體中具體氧含量的值，在最后計(jì)算中減去氣體中氧含量的值，才是實(shí)際測得值。實(shí)際工作可直接采用流動(dòng)半水煤氣進(jìn)行分析，減少取樣誤差，其次在無流動(dòng)氣體時(shí)可采用球膽取樣分析。

2.2 儀器改良

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)焦性沒食子酸鉀吸收氧時(shí)恒定次數(shù)太多、吸收時(shí)間太長、結(jié)果偏低，溶液容易失效，針對此原因進(jìn)行改良，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

從表6看出，使用1瓶焦性沒食子酸鉀分析樣氣使用時(shí)間長，用時(shí)10 min；使用3瓶焦性沒食子酸鉀和4瓶焦性沒食子酸鉀分析樣氣使用時(shí)間相同，都是5 min；而使用2瓶焦性沒食子酸鉀需要6 min，從節(jié)約試劑和分析用時(shí)來看。選擇使用2瓶焦性沒食子酸鉀已經(jīng)可以解決恒定次數(shù)太多、吸收時(shí)間太長、結(jié)果偏低等不利條件，能夠滿足分析要求。現(xiàn)把QF1904型奧氏氣體分析儀器進(jìn)行改良，只需3個(gè)填充式吸收瓶，一個(gè)填充式吸收瓶裝氫氧化鉀、另二個(gè)填充式吸收瓶裝焦性沒食子酸鉀、其它吸收瓶暫不需安裝即可。

表6 增加溶液瓶數(shù)與分析用時(shí)對比Table 6 Comparison of increasing the number of bottles and used analysis time

3 結(jié)論

此方法可用在VPSA制氧裝置中高濃度氧氣氧含量的測定，方法分析簡便，用時(shí)短，成本低，能及時(shí)提供分析結(jié)果，滿足VPSA制氧裝置的要求，便于合成氨VPSA制氧裝置開停車檢修和儀器校表。

［1］ 中國氮肥工業(yè)協(xié)會(huì).小氮肥生產(chǎn)控制分析規(guī)程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993：316－320.

Analysis of High Concentrations of Oxygen Content

TU Qing，LIU Hong－guang

（Yuntianhua International Red Phosphorus Branch Quality Control Department，Kaiyuan 661600，China）

On polypropylene production unit，the main factors affecting the polymerization of propylene were analyzed.Increasing the efficiency of the polymerization reaction of raw materials by reducing the impurity content，selecting suitable catalyst，modifiers，and the added ratio of triethylaluminum as well as selecting a suitable reaction temperature，reaction pressure and other measures etc was proposed.The method is simple and fast.

oxygen content；high concentration；oxygen plant

O659

A

1004-275X（2014）06-0052-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.06.013

收稿：2014-05-27

涂青（1979-），女，廣東梅縣人，主要從事分析技術(shù)工作。