尿素系統(tǒng)氣體組分的測定

尿素系統(tǒng)氣體組分的測定

在富產(chǎn)能裝置的壓迫吸收器、中壓吸收器的出口以及出口到釋放裝置的過程中，氨和二氧化碳含量相當高，這是導致高尿量氨含量增加的主要原因。隨著節(jié)能減排工作的不斷推進,從穩(wěn)定生產(chǎn)、降低能耗和系統(tǒng)平衡的角度考慮,需要對以上各設備取樣點排放氣的組分進行準確測定。但由于3個設備所處位置及工況條件不同,取樣點位置狹小,給采樣工作帶來了很大困難,且樣品帶液,含有大量氨,易結晶,采用常規(guī)取樣方法和取樣工具不能滿足測定工作需要,無論是在采取樣品的代表性、還是取樣安全方面均有挑戰(zhàn),如何利用有限的設備采集到有代表性的樣品成為研究的重點。1采樣方案的確定1.1樣品點位置和位置常壓吸收器進口、中壓吸收器出口、放空筒出口采樣點均為臨時采樣點,且位于尿素裝置區(qū)內,由于位置和工藝介質狀況不同,具有如下特點。1)常壓吸收器進口。正壓,采樣點位于管廊上,出口溫度40～50℃,現(xiàn)場氨味重,樣品易結晶。2)中壓吸收器。正壓,采樣點位置在七樓框架,立足點少,現(xiàn)場氨味重,樣品易結晶。3)放空筒。采樣點處有小平臺,出口為負壓,管道加蒸汽,采樣有帶水現(xiàn)象。由以上特點可以看出,2個正壓采樣點所處位置不好,空間小,采樣裝置無法平穩(wěn)放置,采樣難度較大,采樣過程中應采取必要的安全防護措施。另外,在采樣過程中,要伴有蒸汽,防止氣體中的尿液因結晶而堵塞管道造成危險和影響采樣。1.2采樣點樣的設計根據(jù)工藝流程確定排放氣中的組分及各組分大致含量,采用合適的方法將樣品從采樣點導出,經(jīng)硫酸吸收管后,樣品中的氨和水被吸收,用球膽采取剩余的氣體。為減少分析誤差,采集的樣品量要大。但在氣體體積的計量上采用一般的球膽無法滿足要求,對此采用濕式流量計進行計量或定制專用球膽和量氣管進行計量。對于常壓吸收器進口和中壓吸收器出口為正壓的采樣點,用橡膠管從取樣口引出,依次連接硫酸吸收管、濕式流量計和采樣球膽,進行采樣。對于放空筒出口為負壓的采樣點,用橡膠管從取樣口引出,依次連接硫酸吸收管、真空泵和計量體積用的球膽,進行采樣。由于采樣點和樣品的特殊性,采樣過程出現(xiàn)了因氣流過大導致濺液、氣體帶液結晶導致吸收管和連接管堵管等現(xiàn)象,由于常規(guī)吸收管體積較小,要想保證采樣量,氨和水蒸氣又能吸收完全,所加入的硫酸溶液的量就會超過2/3,且進氣端易因結晶堵塞而無法進氣,吸收過程也易因硫酸噴出發(fā)生危險。針對這種情況對吸收管進行了改造,在大吸收管的旁邊串一只小的吸收管,大吸收管中加入(1+3)硫酸溶液(1體積濃硫酸和3體積蒸餾水的混合液),小吸收管加入濃硫酸,根據(jù)吸收液反應情況和氣流大小,不斷調節(jié)控制好流速,以保持管路暢通、吸收液不濺出。這樣做一方面因雙重吸收能保證吸收完全,另外,當進氣管發(fā)生堵塞時,小管中的濃硫酸還起到溶解晶體的作用。在取樣點能站穩(wěn)、取樣設備放置平穩(wěn)的情況下,盡量縮短取樣管的長度以防止尿液凝結;常壓吸收器帶液嚴重,取樣過程中一定要伴有蒸汽吹掃。1.3蒸汽吹掃特制玻璃吸收管(圖1),真空泵(負壓吸收用),采樣球膽50L,溫度計0～100℃,量氣管2000mL,大氣壓測量裝置,濕式流量計,燒杯(裝冷卻水用)2000mL,現(xiàn)場蒸汽吹掃裝置。采樣裝置連接如圖2、圖3所示。1.4硫酸溶液吸收、氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、國內氨、三由于樣品的特殊性,無法直接測量到采樣體積的多少,只能通過間接的方式換算而得。樣品中的氨和少量水分直接被硫酸溶液吸收,因此,采樣前應準確稱量加入硫酸溶液后吸收管的質量,根據(jù)吸收前后的增重計算氨和水蒸氣質量,通過甲醛滴定法確定氨的量,計算并換算出氨、水蒸氣標準狀態(tài)下的體積;氨、水蒸氣吸收后的樣品體積用采樣球膽收集后用量氣管直接量取,二者加和后作為采樣的總體積(如用濕式流量計計量要加上之后做分析用的采樣取膽中的樣品體積)。2氣體組分分析通過對工藝情況的了解,明確了排放氣組分的構成。氣體中主要由氨、水蒸氣、二氧化碳、氧氣、氮氣、氫氣及其他惰性氣體組成,根據(jù)各組分的含量范圍,借鑒日常工作中的分析方法,制定分析方案如下。2.1標準曲線及指示劑奧氏氣體分析儀,氣相色譜儀,其他化驗室常用分析儀器,濃硫酸(試劑純),(1+3)硫酸溶液,NaOH標準滴定溶液,0.1%甲基紅指示劑,1%酚酞指示劑,30%KOH溶液,中性甲醛溶液。2.2分析2.2.1樣品的制備和用量測量先在大吸收管中加入一定量的(1+3)硫酸溶液和5滴甲基紅指示劑,在小吸收管中加入濃硫酸(約為管體積的一半),蓋上膠塞置于5kg天平上稱重,記錄數(shù)據(jù)G1。打開取樣閥,調好流量,連通取樣口和大吸收管,開始通氣。樣品中氨首先和(1+3)硫酸溶液反應,生成(NH4)2SO4,水分則被小吸收管中的濃硫酸吸收,剩余的CO2和惰性氣體進入球膽,當取到15～20g樣品時,停止取樣。旋轉旋塞使取樣管和小吸收管相通,用濃H2SO4趕出玻璃管中氣樣。把吸收管取下稱重得G2,樣品質量G=G2-G1。將稱重后樣品全部倒入500mL的容量瓶中,用蒸餾水稀釋至滿刻度,從中吸取5mL試樣置于250mL的錐形瓶中,加一滴甲基紅指示劑,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滴酚酞指示劑,用0.5mol/L的NaOH溶液滴定至粉紅色,30s內不退色為終點。反應式:2NH3+H2SO4=(NH4)2SO42(NH4)2SO4+6HCNO=2H2SO4+(CH2)6N4+6H2OH2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2OωH2O—水蒸氣的質量百分含量,%;VH2O—標準狀態(tài)下,水蒸氣的體積,mL;V—消耗氫氧化鈉標準溶液體積,mL;2.2.2co體積百分含量的測定取定量體積的樣品氣V定,使用奧氏氣體分析儀,用30%KOH溶液反復吸收后,根據(jù)氣體體積減少量V1,計算出樣品氣中的CO2體積百分含量。2.2.3在樣品中，o2、t2和b2氣體成分的含量分析取一定體積的樣品氣,采用氣相色譜法,以外標法定量,對樣品中O2、N2及H2含量進行分析。2.2.4氣體體積測量,ve,co球膽中氣體體積使用大的量氣管進行測量,體積為V球,再根據(jù)測定時溫度、壓力計算出標準狀態(tài)下氣體的體積V0。式中:V球—用量氣管測得的氣體的體積,mL;V0—換算成標準狀態(tài)下的體積,mL;t—測量時的溫度,℃;P—測量時的氣壓,×133.3Pa;V0,CO2—標準狀態(tài)下CO2占有的體積,mL。以此類推計算氣相色譜測量出的氧氣、氮氣、氫氣在標準狀態(tài)下的體積V0,O2、V0,N2、V0,H2。2.2.5氨氣體積百分含量樣品氣體總體積V∑=VNH3+VH2O+V0,則氨氣體積百分含量。以此類推計算樣品氣體中水蒸氣、二氧化碳、氧氣、氮氣、氫氣等組分的體積百分含量φH2O、φCO2、φO2、φN2、φH2。3空筒出口排放氣中組分的測定方法確定了以上采樣和分析方案后,多次對尿素裝置常壓吸收器進口、中壓吸收器出口、放空筒出口排放氣中組分進行了采樣分析,通過在不同條件下的測定,表1數(shù)據(jù)基本與工況相吻合,能夠對生產(chǎn)、對能耗平衡起到一定的指導意義。2011年大修后,利用此方法配合尿素車間對常壓吸收器的節(jié)能改造效果進行了驗收分析,分析數(shù)據(jù)如表2所示。4吸收瓶的性能檢查自尿素系統(tǒng)放空混合氣分析方法建立后,通過多次的運行摸索,認為應在以下方面予以注意。1)使用前檢查吸收瓶連接裝置和球膽的氣密性。2)取樣過程控制好流速,過慢易堵,過快硫酸濺出易發(fā)生危險并致采樣失敗,并要保持管路暢通。3)取樣中觀察吸收管中進氣量及顏色的變化,如顏色變黃應停止取樣。4)取樣時大吸收管要放入冷水中降溫,有些取樣點要使用蒸汽吹掃,防止尿液凝結。5尿素生產(chǎn)過程中的物料平衡通過反復多次的實驗確立了測定尿素排放氣中組