專利名稱：合成氨觸媒還原水汽濃度測定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水汽濃度的測定方法，特別是涉及合成氨用觸媒還原過程中合成循環(huán)氣水汽濃度的測定方法。
背景技術：
合成氨生產用的觸媒主要成分是Fe3O4，進行合成氨生產之前，要對觸媒進行升溫還原，使其逐步轉化成Fe，反應如下
在進行觸媒升溫還原時，要控制合成循環(huán)氣中的水汽濃度不超過1.0g/Nm3。
觸媒還原質量的好壞關平合成氨系統(tǒng)生產穩(wěn)定的大局，而合成氨觸媒還原過程中水汽濃度的測定是控制升溫還原的依據，因此，準確測定合成循環(huán)氣中水汽濃度就成了問題的關鍵。
合成氨觸媒還原過程中水汽濃度的傳統(tǒng)測定方法是堿石棉吸收稱量法，其原理是讓樣氣通過裝有堿石棉的U形管，對水分進行吸收，根據通過氣體的體積和增重算出水汽濃度。但是在實踐中發(fā)現(xiàn)，這種方法的檢測結果與實際相差甚遠，測定結果偏低，在出水高峰期(NH3含量增高)時，甚至會出現(xiàn)負值，給工藝控制帶來盲目性，不能正確指導工藝控制，影響了觸媒的控溫還原，進而影響了觸媒活性的發(fā)揮和合成氨生產的穩(wěn)定大局。
三、技術內容本發(fā)明的目的是提供一種準確度高，誤差小的合成氨觸媒還原水汽濃度測定方法。
本發(fā)明是利用合成循環(huán)氣中的水汽能夠定量地與電石反應生成乙炔氣的原理進行測定的。
具體的測定方法是將采集的合成循環(huán)氣樣氣通過裝有電石的容器，使樣氣中的水汽與電石反應轉化為乙炔氣，收集轉化后的樣氣，以氣相色譜法測定樣氣中的乙炔氣濃度，并換算成水汽濃度。
其中，乙炔氣的氣相色譜測定是選擇φ5mm×3m，60-80目GDX-502色譜柱，在柱溫50～55℃、檢測室溫60℃、氣化室溫度70℃操作條件下，采用氫火焰離子化檢測器(FID)，以標準乙炔氣為標準氣體，應用外標法進行測定，并以下述公式計算成水汽濃度(g/Nm3) 式中1.607×10-3——換算系數；C標——標準乙炔氣濃度，ppm；S樣——樣氣中乙炔色譜峰的峰面積；S標——標準乙炔氣中乙炔色譜峰的峰面積；NH3％——樣氣中NH3的體積百分含量。
標準乙炔氣的配制方法是將1mL乙炔氣與99mL氮氣混合均勻后，再取10mL上述混合氣與90mL氮氣混合，配成1000ppm的標準乙炔氣。
也可以取100mL氮氣加入100uL乙炔氣直接配成1000ppm的標準乙炔氣，但與第一種方法相比，這種配制方法乙炔氣體積小，配制誤差較大。
本發(fā)明測定方法的準確度與水汽是否與電石完全反應轉化為乙炔氣即水汽的轉化率有關，而水汽的轉化率與電石的粒度有直接關系。實驗結果顯示，當電石的粒度小于1-2mm時，水汽的轉化率最高。結果見表1表1不同粒度電石的水汽轉化率試驗結果

通過電石的樣氣流速應控制在200～300mL/min之間。
在進行氣相色譜測定之前，需要對經電石轉化后的樣氣進行前處理，具體是首先將樣氣通過50％的H2SO4溶液中除氨，再將樣氣通過裝有硅膠的干燥塔中，以除去水分。
堿石棉吸收稱量法，吸收水分屬于物理吸附，樣氣中的水分在通過堿石棉吸收管時存在有兩個平衡，一是堿石棉的吸附平衡，一是與樣氣中氨的化學平衡。隨著觸媒升溫還原過程的進行，系統(tǒng)中不斷產生氨，使氨含量不斷升高，水分與氨的化學吸附越來越強，嚴重時堿石棉不僅不吸收水分，而且已吸附的水分還可能被帶出，造成測量出現(xiàn)負值。與堿石棉吸收稱量法相比較，電石轉化氣譜法通過電石與水汽的化學反應，使水汽完全轉化，測量準確度高，誤差小。
本發(fā)明采用氣相色譜法測定轉化后的乙炔氣，檢測靈敏度高，操作簡單，方法準確可靠，而且氣相色譜法采用連續(xù)反應，可以隨時反映樣氣中水汽濃度，及時準確地為工藝控制提供依據。
當合成循環(huán)氣樣氣中甲烷含量大于9％時，甲烷色譜峰將會掩蓋乙炔色譜峰，使電堿轉化色譜法不適合應用，此時可以用電石轉化重量法代替進行，也可以將兩者聯(lián)合使用。


圖1是本發(fā)明樣氣中水汽吸收轉化測量裝置示意圖；圖2是本發(fā)明乙炔氣氣相色譜檢測色譜圖。
五具體實施例方式
實施例1合成循環(huán)氣樣氣的水汽吸收轉化如圖1所示，從合成塔出口采集的樣氣通過穩(wěn)壓閥(1)和轉子流量計(2)通入反應管(3)中，調節(jié)轉子流量計(2)，保持氣體以300mL/min的穩(wěn)定流速連續(xù)通氣，反應管(3)中裝有過量的電石，電石粒度1-2mm，樣氣中的水汽在反應管(3)中與電石完全反應，轉化為乙炔氣，從反應管(3)流出的轉化后的樣氣通過裝有50％H2SO4溶液的除氨裝置(4)和裝有硅膠的干燥管(5)分別除去NH4和水分后，由集氣管收集起來，利用氣相色譜法進行測定其中的乙炔氣濃度。不測定時；還可以通過打開支路穩(wěn)壓閥、關閥氣路穩(wěn)壓閥將樣氣放空。
乙炔氣測定的氣相色譜操作條件為色譜儀1490氣相色譜儀；色譜柱φ5mm×3m，GDX-502，60-80目；
檢測器FID；柱 溫52℃；檢測室溫度60℃；氣化室溫度70℃；H2流速33mL/min；Air流速700mL/min；N2流速50mL/min；進樣量1mL。
上述氣相色譜操作條件是一個典型的操作條件，一般根據儀器的不同及在不同的實驗條件下，可以對上述操作條件進行調整，以期獲得最佳實驗結果。
經上述氣相色譜操作條件得到的乙炔氣測定色譜圖如圖2所示。
以標準乙炔氣為標準物，采用外標法定量，進行乙炔氣濃度的測定。標準乙炔氣的配制方法是將1mL乙炔氣與99mL氮氣混合均勻后，再將10mL上述混合氣與90mL氮氣混合，配成1000ppm的標準乙炔氣。
測定時，將標準乙炔氣1mL進樣，得到乙炔峰而積S標，再取1mL樣氣進樣，得到乙炔峰面積S樣。
通過下述公式計算出樣氣中的水汽濃度(g/Nm3) 式中1.607×10-3——換算系數；C標——標準乙炔氣濃度，ppm；S樣——樣氣中乙炔色譜峰的峰面積；S標——標準乙炔氣中乙炔色譜峰的峰面積；
NH3％——樣氣中NH3的體積百分含量。
實施例2采用實施例1分析方法對合成氨觸媒還原過程進行水汽濃度測定和監(jiān)控。合成塔內共裝入14.6噸觸媒進行升溫還原，理論計算還原過程出水量應為4307公斤，實際升溫還原過程中的排水量為4086公斤。根據實施例1分析方法檢測水汽濃度，計算出合成氨觸媒還原過程出水量為4004公斤，測定回收率達到98％，證明實施例1測定方法準確可靠，同時在工藝控制中又能隨時顯示出水趨勢，指導工藝控制，具有較強的實用性。
權利要求
1.合成氨觸媒還原水汽濃度測定方法，其特征是將采集的合成循環(huán)氣樣氣通過裝有電石的容器，使樣氣中的水汽與電石反應轉化為乙炔氣；收集轉化后的樣氣，以氣相色譜法測定樣氣中的乙炔氣濃度，并換算成水汽濃度。
2.根據權利要求1所述的水汽濃度測定方法，其特征是測定樣氣中乙炔氣濃度的氣相色譜操作條件為色譜柱φ5mm×3m，GDX-502，60-80目；柱 溫50～55℃；檢測室溫度60℃；氣化室溫度70℃；檢測器氫火焰離子化檢測器。
3.根據權利要求1或2所述的水汽濃度測定方法，其特征是以標準乙炔氣為標準氣體，采用外標法定量，并以下述公式計算水汽濃度(g/Nm3)； 式中1.607×10-3——換算系數；C標——標準乙炔氣濃度，ppm；S樣——樣氣中乙炔色譜峰的峰面積；S標——標準乙炔氣中乙炔色譜峰的峰面積；NH3％——樣氣中NH3的體積百分含量。
4.根據權利要求3所述的水汽濃度測定方法，其特征是標準乙炔氣的配制方法是將1mL乙炔氣與99mL氮氣混合均勻后，再取10mL上述混合氣與90mL氮氣混合，配成1000ppm的標準乙炔氣。
5.根據權利要求1所述的水汽濃度測定方法，其特征是所述電石的粒度應為1-2mm。
6.根據權利要求1所述的水汽濃度測定方法，其特征是經電石轉化后的樣氣經除氨和干燥除水后再進行氣相色譜測定。
7.根據權利要求6所述的水汽濃度測定方法，其特征是將樣氣通過50％的H2SO4溶液中除氨。
8.根據權利要求6所述的水汽濃度測定方法，其特征是將樣氣通過裝有硅膠的干燥塔除去水分。
9.根據權利要求1所述的水汽濃度測定方法，其特征是樣氣通過電石的流速應控制在200～300mL/min。
全文摘要
合成氨觸媒還原水汽濃度測定方法，是將采集的合成循環(huán)氣樣氣通過電石，使樣氣中水汽與電石反應，轉化為乙炔氣，通過利用氣相色譜法測定樣氣中的乙炔氣濃度，經計算得到樣氣的水汽濃度，從而對合成氨觸媒的升溫還原進行監(jiān)控。本發(fā)明確立的電石轉化氣譜法測定水汽濃度分析方法，測量準確度高，檢測靈敏度高，方法操作簡單，準確可靠，具有較強的實用性。
文檔編號G01N30/00GK1396450SQ0210490
公開日2003年2月12日 申請日期2002年3月7日 優(yōu)先權日2002年3月7日
發(fā)明者朱林才, 黃蘇河, 段潤娥, 張愛民, 荊菊平, 張香桃, 張向英 申請人:山西焦化集團有限公司