王秀芳 , 韓艷芬

(安陽(yáng)化學(xué)工業(yè)集團(tuán) , 河南 安陽(yáng) 455000)

二氧化硫氣體是由經(jīng)過(guò)溶融、凈化后的液體硫黃在焚硫爐中與純氧或空氣中的氧反應(yīng)生成的,高溫二氧化硫氣體經(jīng)凈化、冷卻等工序得到合格的液體二氧化硫產(chǎn)品。工藝對(duì)二氧化硫氣體中的微量水分含量要求非常嚴(yán)格,必須控制在0.5 g/m3以下,否則水分會(huì)和二氧化硫及少量殘留的三氧化硫反應(yīng),生成亞硫酸或硫酸,嚴(yán)重腐蝕設(shè)備和管道,造成系統(tǒng)泄漏停車,甚至發(fā)生爆炸事故。氣體中水分含量升高也會(huì)影響其下游產(chǎn)品焦亞硫酸鈉和保險(xiǎn)粉的產(chǎn)品質(zhì)量。

1 二氧化硫氣體工藝流程

固體硫黃經(jīng)過(guò)蒸汽盤管加溫熔化、澄清、高效過(guò)濾后變成合格的液體硫黃,由硫黃泵送入焚硫爐,氧氣或空氣通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)入焚硫爐中部,在焚硫爐內(nèi)液體硫黃與氧氣充分燃燒,反應(yīng)得到二氧化硫氣體,液硫汽化吸收大量的反應(yīng)熱量使反應(yīng)溫度控制在1 000 ℃左右,由于硫黃過(guò)量,氧氣幾乎全部反應(yīng)。二氧化硫氣體分別經(jīng)過(guò)第一廢熱鍋爐、第二廢熱鍋爐兩級(jí)冷卻回收熱量并副產(chǎn)蒸汽,硫黃蒸氣被冷凝為液體回流至焚硫爐和液硫儲(chǔ)槽,冷卻后的二氧化硫氣體和少量未被攔截下來(lái)的硫黃蒸氣進(jìn)入除硫凈化工序,采用三氧化硫除硫(三氧化硫由汽化的二氧化硫與氧氣經(jīng)過(guò)五氧化二釩催化制得),硫黃蒸氣與三氧化硫反應(yīng)得到二氧化硫氣體,除硫徹底,保證了二氧化硫氣體得到高度凈化,除硫凈化后的氣體經(jīng)過(guò)濃硫酸酸洗脫除二氧化硫氣體中微量的水分進(jìn)入二氧化硫冷凝器,采用氟利昂冰機(jī)降溫冷凝得到液體二氧化硫產(chǎn)品。

2 二氧化硫氣體水分分析方法

采用重量分析法來(lái)測(cè)定二氧化硫氣體中水分。含有微量水分的二氧化硫氣體,通過(guò)裝有五氧化二磷吸收劑(或氯化鈣、硅膠等)的U形干燥管,吸收掉其中的水分,根據(jù)吸收水分后干燥管的增重和通過(guò)的氣體體積,計(jì)算出氣體中微量水分的含量。

儀器:具塞具支U形干燥管;銳孔流量計(jì);電子天平;干燥器。試劑:五氧化二磷,分析純;玻璃纖維;氯化鈣或硅膠;亞硫酸鈉,分析純;濃硫酸,分析純。

2.1 測(cè)定準(zhǔn)備

①中性玻璃纖維的制備:取玻璃纖維若干放入燒杯中,加濃鹽酸浸泡24 h,然后用蒸餾水洗滌、浸泡,反復(fù)洗滌至中性后,在105 ℃溫度下烘干2 h后備用。②五氧化二磷干燥管的制備:將上述干燥潔凈的中性玻璃纖維截成長(zhǎng)約5 mm的短絲,先鋪一層在燒杯底部,再加入粉狀五氧化二磷和玻璃纖維,同時(shí)用玻璃棒攪拌混合均勻。然后用小勺將其迅速裝入潔凈干燥的具塞具支U形干燥管中,擦凈管口和支管,裝上旋塞封口,兩端封口處各裝入1 cm左右的中性玻璃纖維。③五氧化二磷干燥管使用前的處理:干燥管使用前需要置換出裝填的五氧化二磷試劑及玻璃纖維空隙間的空氣,使測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確。處理步驟如下:500 mL三角瓶中盛有分析純亞硫酸鈉,瓶口膠塞上安裝一個(gè)250 mL的分液漏斗和一根排氣導(dǎo)管,濃硫酸通過(guò)分液漏斗控制慢慢滴入三角瓶中,亞硫酸鈉與濃硫酸發(fā)生反應(yīng),生產(chǎn)的二氧化硫氣體從瓶口膠塞導(dǎo)管處慢慢溢出,連接需要預(yù)處理的五氧化二磷干燥管,通入自制干燥二氧化硫氣體約5 min,然后放入干燥器內(nèi),備用。

反應(yīng)原理:

Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2(g)+H2O

2.2 測(cè)定步驟

①將提前預(yù)處理好的U形干燥管稱量好,準(zhǔn)確至0.000 2 g。②用膠管連接生產(chǎn)系統(tǒng)二氧化硫分離器出口取樣管線,膠管另一端連接三通。三通一端連接放空膠管(遠(yuǎn)離取樣點(diǎn)及取樣人員),放空膠管上加一螺旋夾方便調(diào)節(jié)吸收流量,放空的二氧化硫氣體由堿液進(jìn)行吸收;三通另一端連接氣體凈化裝置,防止顆粒物進(jìn)入后續(xù)吸收裝置。凈化裝置后連接銳孔流量計(jì),記錄取樣體積,流量計(jì)后分別連接3～5個(gè)(可根據(jù)水分高低決定個(gè)數(shù))準(zhǔn)備好已稱量的五氧化二磷干燥管。測(cè)量時(shí)打開(kāi)各干燥管旋塞,用三通上的螺旋夾調(diào)節(jié)至合適的流量,根據(jù)水分含量的高低吸收數(shù)十分鐘,注意仔細(xì)觀察干燥管中五氧化二磷的變化,以便及時(shí)更換干燥管,采樣結(jié)束,關(guān)上各旋塞,將干燥管取下,放入干燥器,20～30 min后準(zhǔn)確稱量。

2.3 分析計(jì)算

式中:W,各五氧化二磷干燥管吸收二氧化硫氣體后增重量之和,g;V,通過(guò)銳孔流量計(jì)的二氧化硫氣體體積,L。

表1 二氧化硫氣體水分分析記錄

3 結(jié)論

因二氧化硫具有強(qiáng)刺激性,取樣時(shí)一定要注意風(fēng)向,三通處調(diào)節(jié)流量的膠管排放氣和干燥管吸收后的尾氣要用堿液進(jìn)行吸收,避免造成人員中毒和環(huán)境污染。開(kāi)車初期因二氧化硫氣體水分較高,建議吸收用的第一個(gè)干燥管裝填硅膠,一是因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)硅膠變色很直觀地觀察出二氧化硫氣體水分是否偏高,便于工藝及時(shí)調(diào)整;二是如果第一個(gè)是五氧化二磷干燥管,因水分含量較高,導(dǎo)致五氧化二磷吸水后較粘不易后續(xù)處理;如果開(kāi)車后期水分含量較低,不建議使用硅膠干燥管。吸收用的最后一個(gè)干燥管增重量非常小方可結(jié)束取樣,否則表示二氧化硫氣體水分吸收不完全,測(cè)定作廢重來(lái)。自制二氧化硫氣體時(shí)一定要控制好硫酸滴定的速度。因五氧化二磷吸濕性非常強(qiáng),在裝填五氧化二磷干燥管時(shí)動(dòng)作一定要快,保證裝填環(huán)境濕度盡可能較小。因干燥管吸收水分后會(huì)發(fā)熱,故需要放置在干燥器中20～30 min冷卻后再進(jìn)行稱量。此方法分析效率高、分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、分析成本低,并且適用于所有具有腐蝕性的氣體水分的測(cè)定。