焦爐煤氣中硫化物的存在、穩定性及其總硫測定

馬輝明

摘 要：文章采用直接色譜法測定焦爐煤氣中硫化物。介紹了焦爐煤氣中硫化物定性、穩定性試驗及測定方法的確定，直接色譜法測定步驟。論證了方法分準確性、科學性和實用性。

關鍵詞：焦爐煤氣；硫化物；直接色譜法

中圖分類號：TQ223 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）32-0179-02

焦爐煤氣中硫化物是有害組分，腐蝕設備、管道，污染環境。硫化物對甲醇生產影響尤為嚴重，如果脫硫效果不好，將直接威脅甲醇生產工藝，引起觸媒中毒，失去活性，造成甲醇工藝系統停車，產生巨大經濟損失。因此，了解焦爐煤氣中硫化物組成，確定適宜的檢測方法，成為保證甲醇系統安全、穩定、長周期生產的關鍵。這是困擾我公司分析專業的一個難題，如何解決此問題，改變這種情形，我們進行了如下工作，取得了圓滿成功。

1 焦爐煤氣中硫化物的定性實驗

采用色譜分離法對焦爐煤氣中各種硫化物進行定性，用GDX和TCP兩根色譜柱進行有效分離，根據保留值與標準物質對比確定各種硫化物。

1.1 儀器設備

①配有氫火焰光度檢測器色譜儀。

②GDX色譜柱，用以分離極性硫化物。

③TCP色譜柱，用以分離非極性和弱極性硫化物。

1.2 試 劑

①FeS分析純，用以制取H2S標氣。

②CS2分析純，用以制取CS2標氣。

③COS分析純，用以制取COS標氣。

④甲硫醚分析純，用以配制甲硫醚標氣。

⑤噻吩分析純，用以制取噻吩標氣。

⑥甲硫醇分析純，用以配制甲硫醇標氣。

1.3 確定色譜使用條件

①根據硫化物容易氣化，而且本身就是氣體的特點，結合色譜柱允許的溫度，設定柱溫50 ℃，通過實驗無阻留現象，最后確定。

②色譜柱長度和材質根據硫化物吸附性強的特點，采用聚氯乙烯材質，達到分離條件R>1.5，柱長1.5～2.0 m即可。為了滿足各組分濃度差別大的干擾影響，最終確定色譜柱長度為

2.0 m。

③氫氣、氧氣流速根據反應條件按3：1取值，即氫氣流速為30 mL/min，氧氣流速為10 mL/min，載氣用氮氣，利用氮氣密度大的性質，保證對氣體的有效輸送，氮氣壓力為0.8 MPa。

綜合以上實驗，確定了色譜工作條件：載氣壓力0.8 MPa，氫氣流速為30 mL/min，氧氣流速為10 mL/min，柱溫50 ℃，柱長2.0 m，檢測室溫度為50 ℃。

1.4 定性實驗

讓焦爐煤氣通過色譜柱（用定量管取樣），根據標準物質的保留值定性，H2S 50”，COS 120”，CS2 130”，噻吩 4，甲硫醇 1，從而確定煤氣中硫化物組成是：H2S、 COS 、CS2 、噻吩。（甲硫醚和甲硫醇微量存在）

2 焦爐煤氣中硫化物穩定性實驗

硫化物密度較大，具有沉淀吸附的特點，通過多年的摸底調查，確定吸附是影響硫化物準確測定的主要因素。因此有必要對硫化物的穩定性進行實驗。具體方法是取凈化鐵鉬轉化后的焦爐煤氣和二氧化硫氣樣，通過氮氣稀釋，每隔10 min注樣一次，與標準樣進行對比，得出以下數據，見表1。

顯然H2S和SO2放置30 min后測定結果發生很大的變化，所以必須從取樣到分析整個過程不能超過15 min。

3 焦爐煤氣中硫化物測定方法的確定

3.1 氧化轉化法

3.1.1 原 理

焦爐煤氣 →SO2↑

NaOH+SO2 →Na2SO3→SO2↑（色譜檢測）

3.1.2 實驗過程

用注射器將50 mL焦爐煤氣注入20 mL/min空氣流中，

10 min通過燃燒管，溫度控制在750℃，生成的SO2用固體NaOH吸收，經10%的H2SO4解析后隨N2帶出，用色譜測定。

氧化轉化有多種檢測方法，例如：雙氧水吸收NaOH標準溶液滴定法，品紅吸收比色法，微庫侖分析法等，但是測定結果不滿意。回收率測定只有50%左右，所以用以上方法都不能避免吸附損失，因此用氧化轉化測定的方法不可行。

3.2 還原轉化法

3.2.1 原 理

焦爐煤氣→H2S↑

H2S+OH- →S2-

S2+Hg2+→HgS↓

3.2.2 實驗過程

取一定量的焦爐煤氣，通過裝有鉑絲圈的高溫燃燒管，在富氫條件下轉化成H2S，用NaOH液吸收后用Hg（NO3）2 標準溶液進行滴定（雙硫腙指示終點）。這是我公司甲醇廠常用分析方法，存在測定結果偏低，經常出現總硫低于無機硫的情況。我們進行了四組對照試驗。其中兩組在轉化高溫區取樣進行色譜測定，同正常滴定結果進行比對，見表2。

另兩組取自吸收出口同一部位。見表3。

從這些數據可以看出，色譜法和滴定法沒有大的差別，誤差完全是管程吸附損失引起的，大約在20-40%之間，況且此方法還有程序繁多，終點不易控制，誤差大的情況，所以轉化滴定法也不可行。

3.3 直接色譜法

3.3.1 原 理

將試樣注入色譜儀，氮氣為載氣，分離后進入火焰光度檢測器進行檢測，做出譜圖，根據峰高和濃度平方成正比的關系，做出標準曲線，找出焦爐煤氣中各形態硫的含量，加和計算出總硫含量。

3.3.2 標準物質

標準物質用SF6和C2H6S，含量分別為1.5 mg/m3和1.7 mg/m3，以峰高為縱坐標，濃度為橫坐標繪制出標準曲線。

3.3.3 標準曲線的繪制

根據硫含量高低進行濃縮或稀釋，達到符合色譜儀測定條件。注入色譜后，量取色譜圖峰高和峰寬，從標準曲線上查出含量，計算濃度。

計算公式：S （mg/m3）=C.n.衰減倍數

其中，n為稀釋倍數；

C=W樣1/2h/W標1/2h.h標樣1/2h

W樣1/2h、W標1/2h分別表示試樣、標樣半峰寬，h表示峰高，分別查標準曲線得出。

利用直接色譜法我們成功對凈化鐵鉬進出口、錳槽出口、氧化鋅出口焦爐煤氣全硫進行準確測定，第一次與工藝路線相符合。

3.3.4 方法準確性檢驗

①色譜法測定硫含量與工藝流程硫含量趨勢一致，鐵鉬進出口總硫不變，有機硫降低等于無機硫升高，自鐵鉬開始到氧化鋅結束按順序降低。

②根據標準加入檢驗，回收率在97%以上，完全滿足工藝控制分析要求。

3.3.5 色譜分析方法優點

①分析速度快，結果準確，便于工藝及時調整、控制。

②試樣不需要處理，直接進行測定，消除了轉化、吸附、滴定等誤差。

③操作簡便，易于掌握，適合現場分析應用。

4 經濟和社會效益

通過反復實踐，選擇對比，確定了我公司焦爐煤氣全硫測定結果不準確的原因，消除了氧化轉化法的弊端，對于硫化物類不穩定且吸附性強的物質測定，用直接色譜法是最佳選擇。

根據測定數據，嚴格工藝指標控制，延長各種觸媒使用壽命，減少各種觸媒更換頻次，鐵鉬入口及出口的硫化物、氧化物出口的硫化物含量、氧化鋅出口的硫化物含量均穩步下降，穩定了甲醇生產，經濟效益和環保效益均十分顯著。

參考文獻：

[1] 黃愛榮，吳威.用微量硫分析儀測定焦爐煤氣中的硫化物[J].分析儀器，

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