分析仪在扬子石化公司的应用

1、UV_II型H2S/SO2比值分析仪在扬子石化公司的应用Application of UV-II Type H2S/SO2Analyzer in Yangzi Petrochemical Company Ltd南化集团研究院 陈怡 袁文章 庄际 陈力均扬子石化芳烃厂 冯征摘要：本文为国产化硫回收装置的H2S/SO2的比值分析仪的首次应用情况总结，文章介绍了国产化H2S/SO2的比值分析仪的基本情况。重点对分析仪投运后的数据进行理论与生产情况相结合的讨论，考察分析仪运行正常与否，并提出了相关判定方法。同时本文也分析了仪表数据现象与生产操作之间的关系以便有效利用本分析仪指导生产操作。 关键词：硫磺

2、回收，紫外光度计，比值分析，克劳斯法，在线分析UV_II型硫回收装置尾气H2S/SO2分析仪是按中石化科技开发部的安排开发，采用紫外光度吸收法对“克劳斯”硫回收装置的燃烧炉出口气体中H2S/SO2比值进行在线测量的分析仪。目前已在扬子石化公司芳烃厂正常运行一年。一、 仪器的基本原理一般来说，光是用来形容电磁波中用肉眼所能看到的狭窄的波长范围，即可见光。但本说明书中所说的光系指分析器使用的具有特殊波长的紫外光。紫外光在气体或溶液中的吸收一般遵从比尔定律I代表吸收后光的强度 I0代表物质浓度为零（即不存在吸收物质）时光的强度A是样气或被测介质的浓度L是工作气室（比色皿）的长度K是与物质及波长有关的

3、常数特定物质对不同波长的紫外光的吸收是不一样的。我们可以利用比尔定律选定不同组分下对本组分有较大吸收的紫外波长作为测量波长来分析气体中各组分的浓度，也可以选择一个各组分都不吸收的紫外波长作为参比波长对分析波长进行补偿计算。本分析仪正是利用紫外光吸收的这一规律来测定二氧化硫、硫化氢、单质硫的浓度的，并通过模型计算尽量消除单质硫和硫有机物对硫化氢和二氧化硫比值的测量干扰。分析仪光学原理如下图（图一）所示。样气流过测量池时，由紫外光源部发出的紫外光通过测量池到达检测部。紫外光中各测量波长被样气中各相关组分所吸收。而参比波长的紫外光在通过样气时，没有被试样中的各组分吸收。被吸收后的紫外光在通过各自的光

4、学滤光片，到达光电接收二极管。各组分的光学滤光片只能透过相对应波长的紫外光。图一 分析仪光学原理测量波长的紫外光学滤光片仅能通过测量波长的紫外光。测量波长的紫外光是经过选择的，选择的原则是当试样中的特定组分浓度变化时，到达分析侧光电接收二极管的紫外光强度有较大的变化（一般为被测气体的特征吸收光谱）。参比波长的紫外光学滤光片仅能通过参比波长的紫外光。参比波长的紫外光也要作选择，选择的原则是当试样中的各组分浓度变化时，到达比较侧光电管的紫外光强度基本没有变化（被测气体各组分都不吸收的光谱）。从光谱图上看，在本分析仪选定的测量、参比波长紫外光条件下（二氧化硫的测量波长用 283nm，硫化氢测量波长为

5、228 nm，单质硫的测量波长为254 nm，参比波长用396nm。），吸收这四个波长紫外光的物质较少，故对本分析仪产生干扰的物质也较少。特别是水分子和烃类物质对这四个波长（228nm，283nm,254nm，396nm）的紫外光不吸收。故水汽和烃类对本分析仪不产生干扰。但强烈吸收这四波长的物质（例单质硫和硫的有机物）可能对本分析仪产生干扰，本仪器是通过内置在线模型计算尽量消除单质硫和硫有机物对硫化氢、二氧化硫、及单质硫的干扰。二、 分析仪技术参数和技术指标：分析仪技术参数 测量波长：228，283，254，396nm 灯管： 紫外频闪氙灯 探测器：紫外（UV）加强型光电二极管 测量池长度：1

6、27mm(5英寸) 周围环境温度：-20到50 最大(RH)： 90%未凝聚 最高海拔： <2000米(6500ft.) 仪表供电： 220Vac(额定)/50 Hz 6A 防爆等级： Expxdm II BT4仪器的主要技术指标：测量范围 SO2：0 至1.0% ，H2S：0 至2.0%准确度 H2S和SO2：满刻度值的±5%敏感度 满刻度值的±0.15%重复性 满刻度值的±1.5%样本条件 空气抽吸2升/分，典型响应速度 90%<15秒，典型(默认含有光噪)零点漂移 小于满刻度值的±3%( 24小时)三、仪表安装和运行情况分析仪安装于三段

7、反应器的硫冷凝器后，尾气焚烧炉前的带蒸汽夹套工艺管道上方，与管道呈90夹角。分析仪安装在水平管道上方，安装接口为二个1”保温管道法兰。一个法兰为分析仪进气，一个法兰为回气。在进气和回气法兰上各设一个截止球阀。保温管道内采用0.3MPa-0.6Mpa 蒸汽伴热。分析仪所需防爆、吹扫的气源采用0.6 Mpa的仪表风。为保证仪器的正常工作，在仪器的上方设有遮阳棚，防阳光直晒和风淋。本分析仪自投运来已达一年之久，由于没有长距的取样管线，且对取样法兰及接口采用了蒸汽伴热，故从原理上解决了硫冷凝堵塞取样管的问题，一年来的运行中取样管线除仪表正常的自动吹扫外，无需人工的清理，运行正常，目前也无硫积聚的迹链。

8、证明了本分析仪在除硫设计和“硫蒸汽硫化氢浓度二氧化硫浓度”模型设计是可以信赖的，也说明分析仪各方面设计是可行的。下面一组数据是分析仪投运后平时运行积累数据，由于时间跨度较大，每天取其中二个数据为代表。表一、分析仪运行数据日期3/93/93/193/193/303/304/34/34/84/84/104/104/204/20比值3.02.64.03.10.760.764.14.64.44.54.34.43.74.0H2S0.970.921.161.090.880.891.451.581.531.521.521.511.121.24SO20.320.350.290.351.161.170.350.

9、340.350.340.350.340.300.31H2S+SO21.291.271.451.442.042.061.81.921.881.861.871.851.421.55日期4/244/244/274/275/225/225/275/276/16/16/56/56/126/12比值1.31.40.80.81.81.92.12.62.12.42.32.21.52.5H2S0.890.940.880.840.520.570.771.030.770.840.850.840.770.88SO20.670.671.061.120.290.300.360.400.370.350.370.390.52

10、0.35H2S+SO21.561.611.941.960.810.871.131.431.141.191.231.231.291.23日期6/186/186/266/267/97/97/157/157/297/29比值2.42.31.91.42.02.01.72.01.91.8H2S0.980.980.620.700.770.740.630.690.490.48SO20.410.420.320.500.390.370.370.340.260.27H2S+SO21.391.400.941.201.161.111.001.030.750.75从数据上看可以得出三个结果1、 我们将H2S浓度、SO2

11、浓度及比值按时间序列为x轴置于同一图表上(图二)，可以看到随时间的变化，H2S浓度和SO2浓度变化呈相反变化，即H2S浓度增加时，SO2浓度减少，SO2浓度增加时，H2S浓度减少。反之亦同，这符合克劳斯反应规律。因为在克劳斯(claus)制反应中，SO2是由H2S部份燃烧产生的，通过加入的空气量的多少可以控制SO2的产生比例，在原料气浓度一定和生产工艺稳定条件下，SO2生成量的增长必然带来H2S剩余量的减少，反之亦然。故在克劳斯(claus)制硫反应中改变配风量的大小时，我们经常可以看到 H2S浓度增长SO2浓度减少，和SO2浓度增长H2S浓度减少 的现象。但这也不是绝对，如原料气浓度变化或工

12、艺条件变化也可能看到非此类变化 。图二 运行数据对比图2、 我们将H2S浓度与SO2浓度之和为Y轴，将H2S/SO2的比值作为X轴，画于图三中。我们看到当比值为1.9左右时，H2S+SO2总量呈最小值，反之偏离1.9时H2S+SO2总量呈增大的趋势。这也符合克劳斯(claus)制硫反应的理想摩尔比的条件，即H2S/SO2摩尔配比维持在2：1时，硫的转化率最高，剩余H2S和SO2量最小。反之则有增大的趋势 但在实际生产中由于时间跨度大，操作条件的变化使数据与理想曲线相吻合。如在短期内改变配风量来取得数据，则数据曲线与理论曲线更吻合。图三 比值与剩硫关系图3、从图二中可以看到，分析仪刚投运时H2S

13、/SO2的比值变化比较大，工艺生产人员在运行一段时间，掌握一定规律后，分析仪运行趋稳，H2S/SO2的比值向2值收窄。在图2数据曲线上可以看到，序号16(4月22日)后H2S/SO2的比值控制在13之间。四、结论对于克劳斯(claus)制硫的尾气分析，由于取样和仪器二个原因，不论是比色分析或气相色谱分析均比较困难，因而很难以离线分析的数据来比对在线紫外光度吸收法分析仪的准确性。因而从在线分析仪自身数据，按克劳斯制硫反应的基本原理来分析仪的工作状态，可以是一个比较方便的有效办法。目前国内克劳斯装置尾气H2S/SO2分析仪均为国外产品。扬子石化芳烃厂在中国石化支持下，首次采用南化研究院的UV-II

14、型尾气H2S/SO2分析仪进行成功偿试。使我们对紫外光度吸收法分析仪有了进一步的理解，对在克劳斯装置上推广紫外光度吸收法分析仪有积极意义。参考文献：1、 周广浩，王俊涛 硫磺回收装置酸性气配风控制方案探讨 石油化工环境保护2005年28(2)，36-382、 佟新宇 硫磺装置硫比值分析仪的在线分析及应用控制 自动化仪表2009年30(1)23-273、 茅骐 成分分析仪在硫磺回收装置上的选用 硫磷设计与粉体工程 2004年 (1) 44-464、 张彩霞，李恒树 炼油厂硫磺回收装置过程气全分析 辽宁化工2004年33(4)246-2485、 王树青 工业过程控制工程 M化学工业出版社6、 RSSaltzman Photometric Analzer Systems for Monitoring Low Levels of Hydrogen Sulfide J ISA Transactions Vo