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煤气分析化验操作规程(2)

发布日期:2012-11-16 09:37
 

第三章 煤气的分析

第1节 煤气化验有关原理

一    取一定量的煤气通过吸收剂的吸收减量测定CO2、CnHm、CO、O2等百分体积,再将残余气体,加氧燃烧,由洗涤减量,得到H2和CH4。

(1)KOH+CO2→K2CO3+H2O

KOH+CO2→KHCO3

(2)C2H4+H2S2O7→C2H3SO3H+H2SO4

(发烟硫酸)

C2H2+H2SO4→C2H4SO4

C6H6+H2S2O7→C6H5SO3H+H2SO4

用KOH溶液洗涤:

KOH+SO3→K2SO4+H2O

(3)O2用焦性没食子酸溶液吸收:

   C6H3(OH)3+3KOH→C6H3(OK)3+3H2O

2C6H3(OH)3+1/2O2→2C6H2(OK)3+H2O

(4)CO用氨性Cu2CL2溶液吸收

  2CO+Cu2CL2→Cu2CL2·2CO

  Cu2CL2·2CO+4NH3+2H2O→2NH3CL+NH3CL-CU-CU-COONH4

再生后的Cu2CL2溶液除上面二个反应外,还有:

    2HCuCL2+2CO+2H2O→Cu2CL2·2CO·2H2O+2HCL

   HCL+NH4OH→NH4CL+H2O

用20%H2SO4溶液洗涤:

(5)H2、CH4用燃烧法:

    H2+1/2O2→H2O

    CH4+O2→CO2+2H2O

二   仪器—六管气体分析仪

(1)吸收管共6个,瓶上部有三通活塞,左、右两侧都以胶皮管连接,瓶内有气体分布管,以增加吸收效率。

(2)燃烧瓶:分上下两部分,内外两层(中间装冷却水)。

(3)刻度管及水准瓶内装2%流酸(滴加数滴甲基红)封气液。

(4)吸收瓶编号依次装入下列溶液:

1#装入33%KOH溶液,吸收CO2

2#装入焦性没食子酸,吸收O2

3#4#装入氨性Cu2CL2吸收CO,换试剂时可先换去气体首先经过的瓶子,以后交替使用。

5#装入20%H2SO4溶液,吸收从4#、3#瓶逸出的氨气。

6#带保温套管的刻度管(0-100mL)

水准瓶装入2%H2SO4封气液(此封气液用煤气饱和)

三    吸收液配制

(1)KOH溶液:

一份化学纯固体KOH500g溶于装有1000mL蒸馏水中,摇匀。

(2)焦性没食子酸

50g焦性没食子酸溶于150mL水中;150gKOH溶于350mL水中,两者混合,为防止空气氧化,可就在氧的吸水瓶内进行。

(3)氨性Cu2CL2溶液:

250g氯化氨溶于750mL水中,加入200g干燥的Cu2CL2。

再把溶液注入瓶内(尽量注满)并在其中放些赤铜丝。然后塞紧瓶口,当溶液完全褪色后才能用。

(4)CnHm,H2用燃烧法测量。

四    注意事项

1.在操作过程中,要注意封气瓶是否严密,要保持一定的水位,举水瓶时下口不能露出水面,如发现刻度管内出现气泡,必须重新取样分析。

2.吸水来回串动时,吸水管内液面不可超过活塞,以防吸水液串流。

3.每次吸水前后必须将吸水瓶内液面调至浮子处。

4.每次读数前必须静置半min,读数三点要在同一水平线上。

5.燃烧串动时,封气液不可与炽热的白金丝接触,以免损坏白金丝,燃烧后的气体必须冷至室温后再读数。

6.H2燃点在270-300℃之间,甲烷燃点在850-900℃。温度过高过低都要影响结果。

第二节 煤气分析步骤

1.提高水准瓶检查气密性,系统不漏气才能取样分析。如有漏气情况应逐一检查各活塞并涂凡士林密封。

2.排除量气管中残余气体,并用待测样品洗系统三次,注意把握活塞。以免把吹洗的气体又赶进取样气囊中,或者空气漏入系统内。

3.准确取100mL样品,水准瓶与量气瓶液面、眼睛视线要三线合一,每次读取刻度要保持一致,不能改动。

4.把气体逐一赶入1#(氢氧化钾溶液)吸收二氧化碳气体;2#、3#(焦性没食子酸-氢氧化钾溶液)吸收氧气;4#、5#(氯化亚铜-氨水溶液)吸收一氧化碳;6#(20%碳酸)吸收氨水分解的氨气。

5.剩余气体压入1#瓶中贮存,并量取氧气约20mL。

6.把剩余气体与所取的氧气混合,并量取燃烧前体积。混合气体压入燃烧瓶中,来回混合均匀。

7.打开电源开关,燃烧2min。然后关上电源开关,冷却3min,并量取燃烧后体积。

8.燃烧后体积再次赶入1#瓶中吸收CO2完全后量取所剩体积,并计算甲烷、氢气的量。

9.利用公式nco=计算高炉煤气利用率。

10.利用QCO=126.2、QH2=107.7、QCH4=358.4热值系数计算各自热值。

过滤法测含尘量:

方法原理:使一定量的被测煤气,通过一个密闭的过滤器,从留在滤器上的灰尘重量计算出煤气含尘量。

计算公式:G= 毫g/标米3

式中: g:样后滤器的重量·g

      g1:样前滤器的重量·g

V0:至标准状态后的通过滤器的煤气流量(升)

V0=V·C

= V·C

上式中:

c:气体流量表的校正系数

n:气体通过流量表的压力pa

m:气体在t℃的水蒸气压力pa

注意事项:

a.取样时间根据煤气含尘量而定,取样瓶所增加的灰尘重量不少于3~5mg,不大于300~500mg。

b.采样夹子打开,必须观察流量表指针转动是否正常,否则处理后方可离开。

采样时,打开取样房小门后必须迅速观察取样温度,以免开门后温度变化。

c.关闭取样头更换取样瓶时必须待煤气流量表指针走到整数。

d.取样瓶与脱脂棉应保持清洁,尤其更换试瓶时,避免外界灰尘落入造成试样不准。

第三节 人工燃气主组分的化学分析方法(GB12205-90)

1   适用范围

  适用于各类人工燃气。

2   定义

    本标准组分分析的主组分含义是:酸性气体的总含量(以CO2表示),不饱和烃气体的总含量(以CnHm表示),氧气(O2),一氧化碳(CO),氢气(H2),烷烃气体的总含量(以CH4表示)和其他惰性气体的总含量(以CH4表示,实际以分析差数计算)。

3   方法及原理    

    主要组分分析是用直接吸收法,测定二氧化碳,不饱和烃,氧,一氧化碳,然后用爆炸法(加氧爆炸剩余的可燃气体),根据反应结果计算甲烷和氢,而惰性气体则用减差法求得。

3.1  用30%的氢氧化钾吸收二氧化碳及酸性气体。

     CO2+2KOH=K2CO3+H2O

3.2  用焦性没食子酸(又名邻苯三酚)碱性溶液吸收氧。

C6H3(OH)3+3KOH→C6H3(OK)3+3H2O

(邻苯三酚)

2C6H3(OK)3+1/2O2→C12H4(OK)3 +H2O

3.3  用发烟硫酸吸收不饱和烃(CnHm),如C2H4,C6H6。

     C2H4+H2SO4.SO3→C2H6S2O7(乙烯磺酸)

C6H6+H2SO4.SO3→C6H6SO3(苯磺酸)+H2SO4

3.4 用氨性氯化亚铜液,吸收一氧化碳。

Cu2Cl2+2CO=Cu2Cl2.2CO

     Cu2Cl2.2CO+4NH3+2H2O→2NH4Cl+Cu2.2COONH4

3.5 甲烷和氢加氧发生爆炸反应。

CH4+2O2=CO2+2H2O 

2H2+O2=2H2O

    加氧量必须调节,使可爆混合气浓度略高于爆炸下限,不可接近化学计量的需要量,以免爆炸过分激烈。

4   仪器

4.1   煤气组分全分析器:奥氏式(仪器型号不限,但必须保证分析的原理和精密度与本标准一致)。

4.1.1 量气筒的容量为100±0.25mL分度值不大于0.2mL,量气筒必须定期校验。

4.2    高频火花发生器:220V,50赫兹。

4.3    电子天平。

5   试剂及其规格

5.1  氢氧化钾:分析纯,GB2306。

5.2  焦性没食子酸(即邻苯三酚):分析纯,HGB 3369。

5.3  发烟硫酸:三氧化硫含量20~30%,分析纯,HGB 3186。

5.4  浓硫酸:分析纯,比重1.84,硫酸含量为95--98%,GB 625。

5.5  氯化亚铜:分析纯, HG3---1287。

5.6  氯化铵:分析纯,GB 658。

5.7  硫酸钠:化学纯,HG3--123,或氯化钠,化学纯,GB 1266。

5.8  甲基橙指示剂:化学纯,HGB 3089。

5.9  纯氧:氧含量大于99%V/V,不含可燃成分。

5.10 液体石蜡:HG 14--458。

6    吸收液的配制和调换

    吸收液的配制以100mL计算,而实际配制量按吸收瓶容积250mL。

6.1  氢氧化钾溶液:30%氢氧化钾,30g化学纯的氢氧化钾溶于70mL水中。

6.2  焦性没食子酸的碱性溶液:取10g焦性没食子酸,溶于100mL30%氢氧化钾溶液中。焦性没食子酸的碱性吸收液在灌入吸收管后,通大气的液面上应加液体石蜡油使其隔绝空气。

6.3  发烟硫酸液:三氧化硫含量为20~30%,发烟硫酸液灌入吸收管后通大气的透气口上应套橡皮袋以防三氧化硫外逸。

6.4  氨性氯化亚铜溶液:27g氯化亚铜和30g氯化铵,加入100mL蒸馏水中,搅拌成浑浊液,灌入吸收管内,并加入紫铜丝,其后加入浓氨水(分析纯,密度0.88~0.99g/mL)至吸收液澄清,通大气的液面上应加液体石蜡油,使其隔绝空气。氨性氯化亚铜吸收液为两只吸收管,分前后两只吸收一氧化碳组分,前只吸收管在使用一定次数后,须换新配制液,后一只吸收管改为前一只吸收管。

6.5  稀硫酸溶液:10%浓度,在100mL水中加入5.5~6.0mL浓硫酸(密度1.84g/mL),滴入1~2滴甲基橙指示剂显红色。

6.6  封闭液:将煤气储灌中的煤气饱和水过滤后(或用煤气饱和蒸馏水),加入硫酸钠或氯化钠,至室温饱和,倒出澄清液。在不断搅拌的同时加入化学纯浓硫酸(95~98%)。用氢氧化钠标液滴定,确定封闭液中含硫酸浓度为1.5±0.5%即可使用(也可加入几滴甲基橙)。使用一段时期后进行含硫酸量的分析,保证硫酸含量在1.5±0.5%。

6.7   吸收液调换:根据所分析的燃气中各组主组分的含量高低,及各吸收液的吸收效率,决定使用次数,部分吸收液也会应长时间放置而失效。

7   分析前的准备工作

    在装置奥氏式气体全分析器之前,应先测定梳形玻璃管和吸收管玻塞上端一段玻塞内体积(mL)。各玻璃活塞壳心之间的润滑脂要上得均匀,且须旋转灵活。量气筒内和爆炸管内不应有任何油脂等沾污物,应保持清洁。

    检查整套分析仪器的严密性,保证不漏气。

    方法:把进样直通活塞、吸收管活塞关闭、将中心三通活塞处在量气筒和吸收瓶梳形管连通位置,使量气筒存有一定量的气体。然后将水准瓶放在仪器上方,5min后气体不在减少,即说明仪器不漏气。

    各吸收管内吸收液都在活塞面,不得超过活塞。

8    取样、进样和分析步骤

8.1  取样

    取样可采用取样瓶的排水集气法或橡皮袋灌气法。取样瓶法可用于微负压或正压气流的管道上取样,而橡皮袋只能在正压气流的管道上取样。取样瓶内所盛的应是经过过滤的硫酸钠(或氯化钠)饱和溶液,贮气灌内的煤气饱和水。不论使用取样瓶或橡皮袋取燃气前都须经样气置换3~4次。并须注意取样时不要带入外界空气。取样瓶或橡皮袋存放燃气时间不宜超过2h。

8.2  进样

    先将量气筒中之气体排出,使量气管之液面升到零点,关闭进样直通活塞。取样瓶或取样袋之橡皮管与奥氏接通,而后打开取样瓶橡皮管夹子,打开奥氏仪进样直通活塞,使样气流进量气筒中,约20~30mL,而后旋转中心三通活塞,将水准瓶升高,使量气管之试样放空,直到量气管液面升至零点,如此至少三次,取足试样100mL(包括梳子管体积)平衡压力后(使压力与大气压相同)关闭进样直通活塞。

8.3  分析步骤

    煤气主组分全分析的步骤按下列顺序进行,首先二氧化碳,第二为不饱和烃,第三为氧,第四为一氧化碳,此顺序中不饱和烃和氧可前后互换,但二氧化碳必须先吸收,一氧化碳必须最后吸收分析。

8.3.1  二氧化碳分析:打开30%氢氧化钾吸收管旋塞,与量气筒连接,提高水准瓶,使量气管的气体压入吸收管,而量气管液面上升至零点时,降低水准瓶使气体吸回量气管中,然后重新把气体送入吸收管,如此来回吸收7~8次。在最后一次把气体全部吸回后(即吸气管内液面停在未吸收时之位置)。关闭旋塞,校正量气管内之压力与大气压相同时读取读数,然后重复上述操作作来回吸收,再读取读数,复核吸收读数不变时既可,缩减的体积即为二氧化碳的体积。

8.3.2  不饱和烃的分析:打开盛有发烟硫酸的旋塞使上述剩余下来的气体流入吸收管中,用升降水准瓶的方法,使分析气体至少来回18次与吸收管中发烟硫酸作用,最后降低水准瓶使气体全部吸回,即吸收管中的液面停留在未吸收时的原位置,关闭旋塞,打开含有30%氢氧化钾吸收管的旋塞(除去三氧化硫),用升降水准瓶的方法,使气体与30%氢氧化钾反复接触4~5次,如还有酸雾,继续吸收直至读数不变,最后将全部气体吸回后,关闭旋塞校正压力,使与大气压力相同,读取读数,而后重复上面操作,直到与前次吸收读数相同为止。减少的体积数即为不饱和烃的体积。

8.3.3   氧的分析:用焦性没食子酸的碱性溶液的吸收管进行分析,来回至少8次,操作步骤与上述二氧化碳相同。

8.3.4   一氧化碳分析:用氨性氯化亚铜液进行吸收,操作分三个步骤:

    第1步:用旧的一只氨性氯化亚铜吸收管吸收剩余气体至少8次,后使氨性氯化亚铜的液面保持在原来的位置,关闭旋塞。

    第2步:打开新的一只氨性氯化亚铜吸收管旋塞进行吸收操作,至少15次,并使氨性氯化亚铜的液面保持在原来的位置上,关闭旋塞。

    第3步:打开10%硫酸的吸收管旋塞吸收气体中的氨,来回至少4次后,使10%硫酸吸收管中液面保持在原来位置上,关闭旋塞。经过三个操作步骤后,读取读数,然后再重复2,3,操作直至两次的读数不变,减少的体积即为一氧化碳的体积。

8.3.5   甲烷和氢的分析

    剩余气体,根据气体种类,取不同体积的余气,加氧量和爆炸次数。

    取一定量的气体于量气管中,多余的气体存放在10%的硫酸吸收管中。在中心三通旋塞处加氧气,旋转中心三通旋塞,混合后记下量气管读数(为爆炸前体积V5)而后进行爆炸,爆炸次数根据规定确定。分析城市燃气时,打开中心三通旋塞与爆炸管连通,再打开爆炸管旋塞,使约10mL混合气,送入爆炸管,关闭爆炸管旋塞,上面中心三通旋塞按顺时针旋转45度,用高频火花器点火进行爆炸,第一次爆炸后,打开爆炸管活塞,再放入量气管剩余下的气体约20mL左右,混入已爆炸气体中,关闭爆炸管旋塞,点火使之再爆炸,在同样操作下按规定分四次操作,全部爆炸后,将爆炸管内爆炸后升温气体压入量气管内来回冷却。上升液面到爆炸管的玻塞处,下降爆炸管内液面高度恰为铂丝下(这样即称冷却一次)。如此从爆炸管至量气管来回冷却应严格规定为五次半。冷却后使全部气体流入量气管中,关闭爆炸管旋塞,旋转量气管中心三通旋塞,记下量气管读数(即为爆炸后体积V6)再将此爆炸后气体用30%氢氧化钾吸收液吸收,除去二氧化碳后再读取量气管中剩余气体体积,即为碱液吸收后的读数(V7)。

9   试验结果

9.1  二氧化碳的计算

    设燃气试样的取样体积为V0,必须取准100.00mL(含梳形管的容积),则:

                   二氧化碳%=……………………………………(1)

    式中:V1------100.00mL样气进碱液吸收管吸尽二氧化碳后的体积读数,mL。

9.2  不饱和烃的计算

                    不饱和烃%=…………………………………(2)

    式中:V2------剩余样气经发烟硫酸吸收管吸尽不饱和烃再用30%氢氧化钾吸收三氧化硫后的体积读数,mL。

9.3  氧的计算

                     氧%=…………………………………………(3)

    式中:V3------剩余样气经焦性没食子酸碱液吸尽氧后的体积读数,mL。

9.4  一氧化碳的计算

                   一氧化碳%=……………………………………(4)

式中:V4----剩余样气经氨性氯化亚铜吸尽一氧化碳及10%硫酸吸尽氨后的体积读数,mL。

9.5  甲烷和氢的计算

    爆炸前后的体积缩减为C,即爆炸前(含加入氧)气体读数V5与爆炸后经冷却后体积读数V6之差数,mL。

      设:参加爆炸的燃气中甲烷体积为X,mL。

      则:C=V5-V6mL,X=V6-V7mL

      由计算得到:    甲烷%=………………………………(5)

          式中:V7------爆炸冷却后的气体经碱液吸尽二氧化碳后的体积数,mL;

                R----计算倍数。

                     氢%=…………………………………(6)

9.6   惰性气体(N2)的计算

         (N2)%=100%-CO2%-CnHm%-O2%-CO%-CH4%-H2%……(7)

9.7  热值的计算

   Q(KJ/m3)=711.76×CnHm%+127.28×CO%+358.39×CH4%+108.44×H2%…(8)

 10    精密度

二氧化碳

不饱和烃

一氧化碳

甲烷

重复性

±0.1

±0.1

±0.1

±0.1

±0.2

±0.5

再现性

±0.1

±0.1

±0.1

±0.1

±0.4

±1.0

 注:1)重复性:指同一试样,同一操作人员二次平行分析的误差。

 2)再现性:指同一试样,不同仪器,不同实验室,不同操作人员二次平行分析的误差。

 

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