硫分析儀

我們(men) 常說的硫分析儀(yi) 實際包括硫化氫分析儀(yi) 和總硫分析儀(yi) 。

硫化氫分析儀(yi) 是分析氣體(ti) 中硫化氫含量的儀(yi) 器，根據測量原理的不同，硫化氫分析儀(yi) 有如下幾種類型。

①醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀(yi) 。它具有可靠，價(jia) 格適中的優(you) 點，廣泛用於(yu) 硫化氫含量分析，是國標GB/T18605-2001規定的天然氣中硫化氫含量測定方法。

②紫外吸收法硫化氫分析儀(yi) 。它可同時測量硫化氫和二氧化硫的含量，常用於(yu) 硫磺回收裝置，測量硫化氫和二氧化硫的比值。用於(yu) 酸性氣體(ti) 和空氣的進料配比。由於(yu) 價(jia) 格較貴，一般不用於(yu) 單獨測量硫化氫的含量。

氣相色譜法硫化氫分析儀(yi) 。采用TCD檢測器可測量常量硫化氫，采用FPD檢測器可測量為(wei) 了硫化氫，常用於(yu) 包括硫化氫在內(nei) 的原料氣體(ti) 的全組分分析。由於(yu) 價(jia) 格昂貴，一般不用於(yu) 單獨測量硫化氫。

電化學法硫化氫檢測儀(yi) 。它測量精度不高，價(jia) 格較低，一般用於(yu) 有毒氣體(ti) 監測報警係統，不能作為(wei) 在線分析儀(yi) 器使用。

總硫分析儀(yi) ——是用來分析樣品中無機硫和有機硫總含量的儀(yi) 器。

根據測量原理的不同，總有下述幾種類型：

①醋酸鉛紙帶法總；

②化學發光法總；

③微庫侖(lun) 滴定法總；

④氣相色譜法總。

⑤紫外熒光法總

前三種方法隻能測得總硫含量，氣相色譜法可測得各種硫化物的含量。微庫侖(lun) 滴定法總、化學發光法總常用於(yu) 實驗室分析中。隨著紫外熒光法總、氣相色譜法總的推廣，醋酸鉛紙帶法總已應用正在逐步減少。

10.1醋酸鉛紙帶法硫化氫和總

測量原理

   當恒定流量的氣體(ti) 樣品從(cong) 浸有醋酸鉛的紙帶上麵流過時，樣氣中的硫化氫與(yu) 醋酸鉛發生化學反應生成硫化鉛褐色斑點，反應式如下：

   H₂S+PbA_C2一PbS+2HA_C

   反應速率即紙帶顏色變暗的速率與(yu) 樣氣中H₂S濃度成正比，利用光電檢測係統測得紙帶顏色變暗的平均速率，即可得知樣氣中的H₂S的含量。

   H₂S分析儀(yi) 每隔一段時間移動紙帶，以便進行連續分析，新鮮紙帶暴露在樣氣中的這段時間叫做測量分析周期時間(一般為(wei) 3min左右)。

   下圖是醋酸鉛紙帶法H₂S分析儀(yi) 在一個(ge) 測量分析周期時間(cycle time)內(nei) 光電檢測係統輸出信號的波形，其分析過程如下。

A—B段——電機運轉並驅動紙帶進紙1／4英寸。

B—C段——采樣延遲時間(sampledelay)，一般為(wei) l40s。在這段時間，參加反應的紙帶開始慢慢變黑，反應曲線呈現輕微的非線性關(guan) 係。分析儀(yi) 測得紙帶變暗過程呈非線性關(guan) 係，認為(wei) 測量結果不夠，因此元需更新顯示結果和分析儀(yi) 輸出。但此時的測量結果卻可以用於(yu) 地預測樣氣濃度是否超過報警限。每隔4s，分析儀(yi) 計算出該時間段的平均變化率和對應的硫化氫含量。如果含量超過報警限，分析儀(yi) 將產(chan) 生報警。產(chan) 生報警時，分析儀(yi) 將隻顯示測量到的高實時數據。分析儀(yi) 將一直處於(yu) 預報警分析狀態，直到硫化氫含量低於(yu) 報警限。

C—D段——采樣時間(sampleinterval)，30s。紙帶變黑速率在tl到t2時間段內(nei) 呈現出線性關(guan) 係。分析儀(yi) 計算出線性開始時刻tl處的紙帶黑度讀數，30s後再計算出時刻t2處的黑度讀數。係統軟件用此兩(liang) 點的數據計算出紙帶變黑的速率並換算成硫化氫的濃度。          

D—E段——分析儀(yi) 將紙帶卷動進紙，新的一個(ge) 測量分析周期重新開始。

醋酸鉛紙帶法光電檢測係統輸出信號的波形圖

醋酸鉛紙帶法硫化氫儀(yi) 器的結構組成

樣品處理係統

通常由過濾器、減壓閥、流量計、增濕器組成。過濾器采用旁通過濾器，其作用是除塵並加快樣氣流動以減小分析滯後。減壓閥出口壓力一般設定在15psi(g)[1．05bar(g)]。樣氣流量通過帶針閥的轉子流量計來控製，樣氣流量通常為(wei) 100mL／min。增濕器的作用是使樣氣通過醋酸溶液加濕，以便與(yu) 醋酸鉛紙帶反應。增濕器的結構一般是一個(ge) 鼓泡器，將樣氣通入醋酸溶液中鼓泡而出，也有采用滲透管結構的，醋酸溶液滲透入管內(nei) 對樣氣加濕。醋酸溶液是將50mL冰醋酸(CH₃COOH)加入蒸餾水中製成lL的溶液(5％冰醋酸溶液)。   

醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀(yi) 係統組成簡圖（galvanic902型）

走紙係統

由紙帶密封盒、醋酸鉛紙帶、導紙輪、卷紙馬達和壓紙器等組成。紙帶事先用5％醋酸鉛溶液浸泡，並在無HzS條件下幹燥。HzS分析儀(yi) 每隔一段時間移動紙帶，以便進行連續分析。

光電檢測係統

 由樣氣室和光電檢測器組成。樣氣室的結構見下圖，樣氣經過孔隙板上的孔隙與(yu) 紙帶接觸。

醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀(yi) 樣氣室側(ce) 視圖

光電檢測器采用一個(ge) 紅色發光二極管作為(wei) 光源來照射紙帶，光探頭是一個(ge) 矽光敏二極管，可將紙帶的明暗程度轉化成電信號，此電信號經過傳(chuan) 感器放大電路放大成0～25m號。

數據處理係統

 由微處理器、數字顯示器、打印機等組成。

10.2紫外吸收法硫化氫、二氧化

紫外線氣體(ti) 分析儀(yi) 的原理

紫外線氣體(ti) 分析儀(yi) 是紫外一可見分光光度計中的一種，其分析方法屬於(yu) 紫外吸收光譜法，工作原理基於(yu) 朗伯一比耳定律。

朗伯一比耳定律——在公式中，是入射光強度，透射光強度，為(wei) 物質在特定波長下的吸收係數。當光源、波長和樣品池厚度確定後，它們(men) 就成了常數。這時透過樣品的光強度僅(jin) 與(yu) 樣品中待測組分的濃度有關(guan) 。紫外線氣體(ti) 分析儀(yi) 就是根據這一原理工作的。

紫外線氣體(ti) 分析儀(yi) 的主要類型及其工作原理

分光束式分析儀(yi) ——其原理結構如圖所示。

分光束式紫外線氣體(ti) 分析儀(yi) 結構原理圖

當被測氣體(ti) 通過測量室時，光源發射的紫外光照射在被測氣體(ti) 上，其中某一波長的光被氣體(ti) 吸收，光束被半透明半反鏡分成兩(liang) 路，每一路通過一個(ge) 單色器（光柵濾光器）到達檢測器。測量通道上的單色器（光柵濾光器）隻讓被測氣體(ti) 吸收波長的光通過，參比通道上的單色器（光柵濾光器）隻讓未被氣體(ti) 吸收的某一波長的光通過，測量對數放大器的輸出值與(yu) 參比對數放大器的輸出值之差與(yu) 被測氣體(ti) 的濃度成正比。

切光濾光式分析儀(yi) ——其原理結構如圖所示。由電機轉動帶動切光片交替切光，切光皮上安裝有兩(liang) 個(ge) 光柵濾光器，其中一個(ge) 光柵濾光器隻讓被測氣體(ti) 組分吸收波長通過，而另一個(ge) 光柵濾光器隻讓未被氣體(ti) 吸收的某一波長的光通過。前者作為(wei) 測量光路，後者作為(wei) 參比光路。檢測器接收交替變化的光波信號並將其轉變為(wei) 交變的電信號，此交變電信號的振幅與(yu) 被測氣體(ti) 組分的濃度成正比。

切光濾光式氣體(ti) 分析儀(yi) 結構原理圖

雙光路濾光式分析儀(yi) ——其原理結構如圖所示。光源發出的紫外光經透鏡變成平行光，再通過光柵濾光器濾波後，隻讓被測氣體(ti) 組分吸收波長的光和參比波長的光通過，接著由半透明半反射鏡將光束分成兩(liang) 路。其中一路穿過測量室，另一路經反射鏡反射後穿過參比室。兩(liang) 路光分別通過測量室和參比室，再經過各自的光柵濾光器濾波後照射到光電管上，並轉換為(wei) 電信號。測量電信號和參比電信號同時、分別進入各自的對數放大器，兩(liang) 個(ge) 放大器輸出的電信號差值與(yu) 被測氣體(ti) 的濃度成正比。

雙光路濾光式氣體(ti) 分析儀(yi) 結構原理圖

分光式（光纖式）分析儀(yi) ——分光式（光纖式）紫外線氣體(ti) 分析儀(yi) 采用光電二極管矩陣式接收器（PDA）作為(wei) 測量原件，其工作原理見圖。它有兩(liang) 種工作方式：一種是采用光纖傳(chuan) 輸信號，測量室可以遠離光源和檢測器；另一種是光源直接照射在測量室上，不采用光纖。光源采用氘燈或脈衝(chong) 式氙燈，放出的紫外-可見光區域很寬。用透鏡或光纖射向測量室。在測量室內(nei) 被測氣體(ti) 吸收了一部分波長的光，從(cong) 測量室出來的光經聚焦後直接或者通過光纖照射在全息光柵上，然後被反射到線性的發光二極管矩陣檢測器，檢測器的輸出信號與(yu) 被測氣體(ti) 的濃度有一定的關(guan) 係。

分光式（光纖式）氣體(ti) 分析儀(yi) 結構原理圖

10.3紫外線吸收法氣體(ti) 分析儀(yi) 的應用

紫外線吸收法氣體(ti) 分析儀(yi) 主要用在克勞斯硫回收裝置中，在克勞斯硫回收裝置中，主要成分為(wei) 硫化氫的酸性原料氣首先在燃燒爐內(nei) 與(yu) 空氣混合一起燃燒，部分硫化氫轉化為(wei) 二氧化硫。然後，硫化氫和二氧化硫進入反應室，在催化劑作用下進行催化轉化反應，生成的單質硫經過冷凝和氣液分離後固化為(wei) 成品，尾氣去後續處理裝置。

根據工藝的反應機理，反應後的尾氣中硫化氫與(yu) 二氧化硫的比值達到2：1時，裝置的硫磺回收率高，廢氣的排放濃度低，對環境汙染少。硫化氫與(yu) 二氧化硫的含量取決(jue) 於(yu) 燃燒反應，主要受助燃空氣的影響，所以要控製尾氣中的硫化氫與(yu) 二氧化硫的比值，就必須重點控製燃燒空氣的流量。這樣就形成了一個(ge) 酸性氣/空氣配比控製係統。在這個(ge) 係統中，由紫外線分析儀(yi) 執行硫化氫與(yu) 二氧化硫的濃度測量，輸出信號通過DCS與(yu) 其他工藝參數組態，實現燃燒空氣流量的控製。因此，在硫磺回收裝置中，為(wei) 了提高經濟效益和降低環境汙染，紫外線氣體(ti) 分析儀(yi) 具有重要的作用。

10.4 Ametek 880-NSLH₂S／S0₂比值分析儀(yi)

Ametek(阿美特克)公司西方研究分析儀(yi) 器是紫外吸收法硫化氫／二氧化硫比值分析儀(yi) 的傳(chuan) 統生產(chan) 廠家，以前生產(chan) 的4620型H₂S／SO₂比值分析儀(yi) 、900係列空氣定值分析儀(yi) 在克勞斯硫磺回收裝置中使用較多，由於(yu) 樣品處理係統複雜，故障率較高。該公司新推出的880-NSL型H₂S／SO₂比值分析儀(yi) 可直接安裝在取樣管道上，取消了樣品傳(chuan) 輸環節，消除了樣品傳(chuan) 輸管路的堵塞問題。

880-NSL的係統構成和工作原理

   880-NSL比值分析儀(yi) 由正壓通風的電氣箱、加熱的樣氣箱和檢測器箱三個(ge) 主要部分組成。一個(ge) 大口徑密封的不鏽鋼管作為(wei) 光路基座，它的一部分在樣氣箱內(nei) ，一部分在檢測器箱內(nei) 並與(yu) 樣氣箱連通，檢測器箱與(yu) 樣氣箱之間由石英玻璃窗在管內(nei) 隔離。

880-NSL分析儀(yi) 的心髒部分是一個(ge) 多波長、無散射的紫外分光光譜儀(yi) ，其原理結構圖如下;

880-NSL型紫外分光光譜儀(yi) 的原理結構圖

它測量四路互不幹涉的紫外光吸收率，其中三路分別測量硫化氫、二氧化硫和硫蒸氣的濃度，第四路波長作為(wei) 參比基準，以補償(chang) 和修正由於(yu) 石英窗不幹淨、光強變化和其他幹擾對測量精度的影響。在880-NSL中，一束由氙燈發出的紫外閃爍光能通過樣氣室後再進入檢測器。儀(yi) 器完成一係列計算，包括把測量吸收率轉換成H₂S和SO₂的濃度，H₂S和SO₂的測量值由背景硫蒸氣吸收率、樣氣溫度和樣氣壓力所修正。

   該儀(yi) 器光電檢測器中有四個(ge) 矽光電二極管，每個(ge) 二極管前都有特定波長的濾光片。在測量周期內(nei) ，各光電二極管檢測到的紫外光能量轉換成一個(ge) 成比例的電流信號，隨即被累積成各自的總電流。然後，每個(ge) 電流信號再轉換成電壓信號，輸入到對數放大器，並修正分析器通道的零位偏移。放大後的模擬信號(-5～5VDC)與(yu) 在光電管測量波長的吸收率數值成比例。後，每個(ge) 原始吸收率數據都從(cong) 檢測器板送到控製器主板進行處理。四個(ge) 信號中的三個(ge) 是232nm、280nm、254nm的測量信號，分別對應H₂S、S0₂、硫蒸氣的特征吸收波長，另一個(ge) 是400nm的參比信號。

   在硫磺回收工藝流程的尾氣中，氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、氬和水是不吸收紫外線的，隻有羰基硫(COS)、二硫化碳(CS₂)和硫蒸氣是影響測量的潛在幹擾因素。CS₂在280nm波長時，吸收係數是SO₂的1／200，在232nm波長時，吸收係數是H₂S的1／l00。因此，CS₂的幹擾可不考慮。COS在280nm時沒有吸收，但在232nm波長處吸收係數為(wei) H2S的一半。所以樣品中的COS會(hui) 給H₂S的測量結果帶來正的偏差。如果工藝操作正常，樣品中的COS含量不會(hui) 超過0.05％，對測量結果影響不大。

   硫蒸氣對H₂S的幹擾是對SO₂幹擾的2倍。當尾氣中H₂S／SO₂比值等於(yu) 2：1時，硫蒸氣對比值的幹擾可以忽略。但在實際的裝置運行中，通常比值會(hui) 偏離2：1，硫蒸氣的存在會(hui) 對測量結果造成影響。在880-NSL尾氣分析儀(yi) 中，專(zhuan) 門設置了測量硫蒸氣的光路，從(cong) 而解決(jue) 了硫蒸氣的幹擾問題。

880-NSL中的取樣和樣品處理

尾氣中的硫磺呈霧狀存在，一旦進入分析器，將汙染樣品室，甚至堵塞測量管路。所以要采取措施，包括把取樣點設在工藝管道頂部，取樣閥盡量靠近取樣點，取樣管路和閥門采用蒸汽加熱保溫，閥後要設置除霧器等。

儀(yi) 器直接插在工藝管道上。正常采樣測量時，在儀(yi) 表空氣驅動的抽吸器作用下，樣氣經進樣閥、除霧器到測量室，然後從(cong) 抽吸器經樣品返回閥返回工藝管道。當儀(yi) 器調零、校驗或進行自動吹掃時，三通電磁閥SVl切斷到抽吸器的動力氣源，吹掃空氣在進入測量室前分成兩(liang) 路：一路經除霧器、樣品進口閥反吹進樣管路；另一路吹掃測量室、抽吸器和樣品返回閥，此時儀(yi) 器樣品通路沒有進樣。除霧器的原理是利用冷的儀(yi) 表空氣對除霧器局部降溫(冷卻到129℃)，使飽和硫蒸氣冷凝成液態硫，在重力作用下自動返回工藝管道，然後再將樣品升溫至143～160℃，這樣，送入後續的測量室等部件時就不會(hui) 產(chan) 生硫的冷凝現象，確保後麵的樣品管路通暢。

反吹介質有空氣和蒸汽兩(liang) 種。在一般情況下由空氣反吹，反吹是自動進行的。當氣樣中有氨氣存在時，會(hui) 和二氧化碳反應生成銨鹽，銨鹽會(hui) 堵塞反吹回路，再用空氣反吹不起作用，隻能采用蒸汽反吹，蒸汽的水解作用可以清除氨鹽。

880-NSL型H₂S／S0₂比值分析儀(yi) 氣路圖

880-NSL的特點

   ①具有四路單獨的矽光電二極管檢測係統，可同時測量H₂S、SO₂、硫蒸氣和參比氣，檢測器中配有高精度濾光器，可使四路獨立測量。

   ②光源采用壽命氙燈，使用壽命超過5年。

   ③采用了小容量氣室，響應速度快(T₉₀<10s)，有利於(yu) 閉環控製，同時也減少硫和氨的汙染

④儀(yi) 器配有校準濾光鏡，儀(yi) 器校準不需要標準氣。   

⑤無可移動和傳(chuan) 動部件，日常維護工作量小。

   ⑥分析儀(yi) 直接安裝在工藝管道上，沒有樣氣傳(chuan) 輸管線，避免了傳(chuan) 輸管線堵塞帶來的麻煩和維護工作量。

   ⑦分析儀(yi) 中裝有除霧器，可以除掉樣氣中夾帶的硫霧，同時降低硫蒸氣的壓力，以避免氣樣中硫磺冷凝並呈液態析出。

   ⑧配備有完善的反吹係統，可有效防止管路堵塞，減輕樣品對光學係統的汙染。

880-NSL型H₂S／SO₂比值分析儀(yi) 的係統構成

880_一NSL的主要性能指標

   測量範圍：H₂S0～2％(可調)；S0₂ 0～1％(可調)   測量精度：±2％FS

   靈敏度：±0.5％FS   線性誤差：±0.6％FS   重複性誤差：±1％FS   響應時間：測量90％小於(yu) 3s，係統90％小於(yu) 10～15s    ．

   樣氣流量：2 L／min

   環境溫度：-20～50℃

   公用設施：供電(120／230±10％)VAC，47～63Hz，功耗720W

儀(yi) 表空氣490～700kPa   蒸汽385～420kPa

880-NSL的啟動和校準

儀(yi) 器啟動步驟如下：

①接通儀(yi) 表空氣並調整其壓力；

②用空氣吹掃電氣箱；

③接通電源；

④開啟樣品人口閥與(yu) 樣品返回閥；

⑤依次進行特殊吹掃、吹掃調零和樣品吹掃；

⑥調整抽吸器空氣閥，保持適當壓力差以提供足夠樣品流量，進入跟蹤樣品周期；

⑦恒溫約lh後，儀(yi) 器正常工作，輸出實時測量結果。

儀(yi) 器的校準有兩(liang) 項內(nei) 容：零位與(yu) 量程。

在校準零位時，以一種非吸收物質(通常為(wei) 儀(yi) 表空氣)吹掃樣品池，並測量每個(ge) 通道的偏移值，然後儲(chu) 存在存儲(chu) 器內(nei) ，直到下次校零前均用此數來校正每個(ge) 光電管的零吸收率。量程校準時，樣品池仍在校零狀態，將校準濾光片插入光路，測量和顯示吸收率的數值，並調整到標準值。

880-NSL使用維護注意事項

   ①因接觸樣品的管道和閥門都是采用夾套保溫的，所以要保持蒸汽的暢通。要經常檢查蒸汽壓力與(yu) 溫度是否符合規定，保證樣品氣體(ti) 的溫度不低於(yu) 129℃，否則會(hui) 引起硫蒸氣冷凝而堵塞工藝管道，中斷係統工作。

   ②進入噴射器的儀(yi) 表空氣要保持暢通，並具有足夠壓力，以便產(chan) 生足夠的真空度，保證樣品正常循環。

   ③樣品室的石英窗、光路上的濾光片、光電管等元件要保證吹掃空氣質量，從(cong) 而保持光學表麵清潔，並驅除其他光路上的吸光物質。

   ④在裝置正常操作時，樣品係統中存在致命濃度的H₂S和其他混合氣體(ti) ，因此維修前必須用零位氣體(ti) 吹掃樣品管後與(yu) 工藝流程隔離。必要時使用呼吸器。

   ⑤因紫外線對眼睛有害，應避免直接注視穿過光源燈末端窗口發出的光線，必要時戴上防護眼鏡。

   ⑥如果維修時要接觸電子電路板，不要讓其遭受靜電放電。

   ⑦電子線路板或靜電敏感部位，儲(chu) 存租運輸時應放在靜電屏蔽的包裝箱內(nei) 。 

⑧接觸光源燈及透光窗時，不要觸摸光學表麵，以免手指上的油吸收紫外線。