尿素系统气体组分的测定

尿素系统气体组分的测定

在富产能装置的压迫吸收器、中压吸收器的出口以及出口到释放装置的过程中，氨和二氧化碳含量相当高，这是导致高尿量氨含量增加的主要原因。随着节能减排工作的不断推进,从稳定生产、降低能耗和系统平衡的角度考虑,需要对以上各设备取样点排放气的组分进行准确测定。但由于3个设备所处位置及工况条件不同,取样点位置狭小,给采样工作带来了很大困难,且样品带液,含有大量氨,易结晶,采用常规取样方法和取样工具不能满足测定工作需要,无论是在采取样品的代表性、还是取样安全方面均有挑战,如何利用有限的设备采集到有代表性的样品成为研究的重点。1采样方案的确定1.1样品点位置和位置常压吸收器进口、中压吸收器出口、放空筒出口采样点均为临时采样点,且位于尿素装置区内,由于位置和工艺介质状况不同,具有如下特点。1)常压吸收器进口。正压,采样点位于管廊上,出口温度40～50℃,现场氨味重,样品易结晶。2)中压吸收器。正压,采样点位置在七楼框架,立足点少,现场氨味重,样品易结晶。3)放空筒。采样点处有小平台,出口为负压,管道加蒸汽,采样有带水现象。由以上特点可以看出,2个正压采样点所处位置不好,空间小,采样装置无法平稳放置,采样难度较大,采样过程中应采取必要的安全防护措施。另外,在采样过程中,要伴有蒸汽,防止气体中的尿液因结晶而堵塞管道造成危险和影响采样。1.2采样点样的设计根据工艺流程确定排放气中的组分及各组分大致含量,采用合适的方法将样品从采样点导出,经硫酸吸收管后,样品中的氨和水被吸收,用球胆采取剩余的气体。为减少分析误差,采集的样品量要大。但在气体体积的计量上采用一般的球胆无法满足要求,对此采用湿式流量计进行计量或定制专用球胆和量气管进行计量。对于常压吸收器进口和中压吸收器出口为正压的采样点,用橡胶管从取样口引出,依次连接硫酸吸收管、湿式流量计和采样球胆,进行采样。对于放空筒出口为负压的采样点,用橡胶管从取样口引出,依次连接硫酸吸收管、真空泵和计量体积用的球胆,进行采样。由于采样点和样品的特殊性,采样过程出现了因气流过大导致溅液、气体带液结晶导致吸收管和连接管堵管等现象,由于常规吸收管体积较小,要想保证采样量,氨和水蒸气又能吸收完全,所加入的硫酸溶液的量就会超过2/3,且进气端易因结晶堵塞而无法进气,吸收过程也易因硫酸喷出发生危险。针对这种情况对吸收管进行了改造,在大吸收管的旁边串一只小的吸收管,大吸收管中加入(1+3)硫酸溶液(1体积浓硫酸和3体积蒸馏水的混合液),小吸收管加入浓硫酸,根据吸收液反应情况和气流大小,不断调节控制好流速,以保持管路畅通、吸收液不溅出。这样做一方面因双重吸收能保证吸收完全,另外,当进气管发生堵塞时,小管中的浓硫酸还起到溶解晶体的作用。在取样点能站稳、取样设备放置平稳的情况下,尽量缩短取样管的长度以防止尿液凝结;常压吸收器带液严重,取样过程中一定要伴有蒸汽吹扫。1.3蒸汽吹扫特制玻璃吸收管(图1),真空泵(负压吸收用),采样球胆50L,温度计0～100℃,量气管2000mL,大气压测量装置,湿式流量计,烧杯(装冷却水用)2000mL,现场蒸汽吹扫装置。采样装置连接如图2、图3所示。1.4硫酸溶液吸收、氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、国内氨、三由于样品的特殊性,无法直接测量到采样体积的多少,只能通过间接的方式换算而得。样品中的氨和少量水分直接被硫酸溶液吸收,因此,采样前应准确称量加入硫酸溶液后吸收管的质量,根据吸收前后的增重计算氨和水蒸气质量,通过甲醛滴定法确定氨的量,计算并换算出氨、水蒸气标准状态下的体积;氨、水蒸气吸收后的样品体积用采样球胆收集后用量气管直接量取,二者加和后作为采样的总体积(如用湿式流量计计量要加上之后做分析用的采样取胆中的样品体积)。2气体组分分析通过对工艺情况的了解,明确了排放气组分的构成。气体中主要由氨、水蒸气、二氧化碳、氧气、氮气、氢气及其他惰性气体组成,根据各组分的含量范围,借鉴日常工作中的分析方法,制定分析方案如下。2.1标准曲线及指示剂奥氏气体分析仪,气相色谱仪,其他化验室常用分析仪器,浓硫酸(试剂纯),(1+3)硫酸溶液,NaOH标准滴定溶液,0.1%甲基红指示剂,1%酚酞指示剂,30%KOH溶液,中性甲醛溶液。2.2分析2.2.1样品的制备和用量测量先在大吸收管中加入一定量的(1+3)硫酸溶液和5滴甲基红指示剂,在小吸收管中加入浓硫酸(约为管体积的一半),盖上胶塞置于5kg天平上称重,记录数据G1。打开取样阀,调好流量,连通取样口和大吸收管,开始通气。样品中氨首先和(1+3)硫酸溶液反应,生成(NH4)2SO4,水分则被小吸收管中的浓硫酸吸收,剩余的CO2和惰性气体进入球胆,当取到15～20g样品时,停止取样。旋转旋塞使取样管和小吸收管相通,用浓H2SO4赶出玻璃管中气样。把吸收管取下称重得G2,样品质量G=G2-G1。将称重后样品全部倒入500mL的容量瓶中,用蒸馏水稀释至满刻度,从中吸取5mL试样置于250mL的锥形瓶中,加一滴甲基红指示剂,用0.1mol/L的NaOH溶液中和到橙色,再加入20mL中性甲醛溶液和8滴酚酞指示剂,用0.5mol/L的NaOH溶液滴定至粉红色,30s内不退色为终点。反应式:2NH3+H2SO4=(NH4)2SO42(NH4)2SO4+6HCNO=2H2SO4+(CH2)6N4+6H2OH2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2OωH2O—水蒸气的质量百分含量,%;VH2O—标准状态下,水蒸气的体积,mL;V—消耗氢氧化钠标准溶液体积,mL;2.2.2co体积百分含量的测定取定量体积的样品气V定,使用奥氏气体分析仪,用30%KOH溶液反复吸收后,根据气体体积减少量V1,计算出样品气中的CO2体积百分含量。2.2.3在样品中，o2、t2和b2气体成分的含量分析取一定体积的样品气,采用气相色谱法,以外标法定量,对样品中O2、N2及H2含量进行分析。2.2.4气体体积测量,ve,co球胆中气体体积使用大的量气管进行测量,体积为V球,再根据测定时温度、压力计算出标准状态下气体的体积V0。式中:V球—用量气管测得的气体的体积,mL;V0—换算成标准状态下的体积,mL;t—测量时的温度,℃;P—测量时的气压,×133.3Pa;V0,CO2—标准状态下CO2占有的体积,mL。以此类推计算气相色谱测量出的氧气、氮气、氢气在标准状态下的体积V0,O2、V0,N2、V0,H2。2.2.5氨气体积百分含量样品气体总体积V∑=VNH3+VH2O+V0,则氨气体积百分含量。以此类推计算样品气体中水蒸气、二氧化碳、氧气、氮气、氢气等组分的体积百分含量φH2O、φCO2、φO2、φN2、φH2。3空筒出口排放气中组分的测定方法确定了以上采样和分析方案后,多次对尿素装置常压吸收器进口、中压吸收器出口、放空筒出口排放气中组分进行了采样分析,通过在不同条件下的测定,表1数据基本与工况相吻合,能够对生产、对能耗平衡起到一定的指导意义。2011年大修后,利用此方法配合尿素车间对常压吸收器的节能改造效果进行了验收分析,分析数据如表2所示。4吸收瓶的性能检查自尿素系统放空混合气分析方法建立后,通过多次的运行摸索,认为应在以下方面予以注意。1)使用前检查吸收瓶连接装置和球胆的气密性。2)取样过程控制好流速,过慢易堵,过快硫酸溅出易发生危险并致采样失败,并要保持管路畅通。3)取样中观察吸收管中进气量及颜色的变化,如颜色变黄应停止取样。4)取样时大吸收管要放入冷水中降温,有些取样点要使用蒸汽吹扫,防止尿液凝结。5尿素生产过程中的物料平衡通过反复多次的实验确立了测定尿素排放气中组