Способ анализа серосодержащих газов

 

Использование: хроматографические методы анализа газов, содержащих сернистые соединения, контроль состава газовых потоков на предприятиях химической, нефтехимической и других отраслей промышленности, а также при проведении научных исследований. Сущность изобретения: при пропускании газа в качестве сорбента силикагеля используют крупнопористый силикагель марки АСКГ, отмытый от примесей оксидов металлов соляной кислоты до содержания H₂SO₄ 1-20 мас.%, с последующим высушиванием и прокаливанием. 3 табл.

Изобретение относится к хроматографическим методам анализа газов, содержащих сернистые соединения, и может быть использовано для контроля состава газовых потоков на предприятиях химической, нефтехимической, газовой, металлургической и других отраслей промышленности, а также при проведении научных исследований.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является метод хроматографического определения диоксида и серооксида углерода, сероводорода, сероуглерода и диоксида серы с использованием в качестве сорбента силикагеля. Анализ осуществляют при пропускании газов через хроматографическую колонку, заполненную силикагелем, с помощью газа-носителя. При этом хорошее разделение достигается при концентрациях СО₂, СОS и Н₂S одного порядка. Если же в пробе содержится больше серооксида углерода, чем сероводорода, то эти пики накладываются друг на друга.

До получения пиков одинаковой величины необходимо предварительное насыщение колонки кислыми газами (Н₂S и SО₂).

Таким образом, недостатками способа являются недостаточно высокая чувствительность и сложного анализа.

Цель изобретения состоит в повышении чувствительности и упрощении анализа.

Поставленная цель достигается тем, что поверхность силикагеля предварительно обрабатывать концентрированной соляной кислотой с последующим промыванием дистиллированной водой, после чего обрабатывают серной кислотой, количество которой составляет 1-20% от массы силикагеля, высушивают силикагель при 120^оС и прокаливают при 350^оС, причем в качестве силикагеля используют крупнопористый силикагель марки АСКГ с размером частиц 0,25-0,5 мм.

При исследовании сорбционных свойств силикагеля марки АСГК по отношению к некоторым сернистым соединениям установлено, что такие компоненты серосодержащих газов, как сероводород и диоксид серы при температурах до 100^оС поглощаются силикагелем и прочно удерживаются на нем. Для полного их удаления с поверхности силикагеля последний необходимо нагреть до 200-250^оС в токе азота или другого инертного газа.

При поглощении сероводорода и диоксида серы имеет место физическая и химическая адсорбция, причем труднее удаляется с поверхности хемосорбированным часть кислых газов. Присутствие в силикагеле примесей оксидов металлов также может приводить к хемосорбции кислых газов с образованием поверхностных сульфидов и сульфитов, в результате чего десорбция становится возможной только после высокотемпературного разложения последних.

Удаление примесей оксидов металлов достигается путем обработки силикагеля концентрированной соляной кислотой. Для этого исходный силикагель измельчали, отделяли фракцию 0,25-0,5 мм и помещали в стеклянную колонку. Соляную кислоту подавали в колонку из капельной воронки со скоростью 1,2-1,5 мл/мин. Для полной очистки от примесей оксидов металлов расход кислоты должен составлять 150-200 мл на 100 г силикагеля. После обработки соляной кислотой силикагель промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции, после чего обрабатывали разными количествами серной кислоты, высушивали при 110-120^оС и прокаливали при 350^оС. В качестве газа-носителя использовали водород, подаваемый из генератора водорода СГС-2 со скоростью 25 см³/мин. Температуру колонки поддерживали равной 70^оС.

Обработка силикагеля серной кислоты приводит к уменьшению числа сильных основных центров на его поверхности, тогда как число слабых основных центров меняется незначительно. Это приводит к уменьшению времени удерживания кислых серосодержащих газов, а также к уменьшению ширины пиков и их большей симметричности в результате повышения степени однородности поверхности сорбента.

Из табл. 1 видно, что нанесение серной кислоты на силикагель АСКГ существенно повышает чувствительность анализа. При нанесении 15 мас. H₂SO₄ достигается максимальная чувствительность 3 ^. 10^-3 об. что в 4 раза превосходит чувствительность анализа, описанного в прототипе.

В качестве характеристики чувствительности выбрана чувствительность определения диоксида серы, пик которого имеет наибольшую ширину и характеризуется наибольшим размытием. За полное время анализа принято время окончания выхода пика диоксида серы.

Данные табл. 2 характеризуют изменение высоты пиков сероводорода и диоксида серы при последовательном вводе в хроматографическую колонку проб газовых смесей, содержащих по 2 об. сероводорода и диоксида серы в воздухе.

Результаты, представленные в табл. 2, показывают, что для получения пиков одинаковой высоты при использовании исходного силикагеля и сорбентов с небольшим (до 10 мас.) содержанием серной кислоты, необходимо перед проведением анализа осуществлять ввод нескольких (до 10) проб анализируемого газа. Сорбенты с высоким (15-20 мас.) содержанием Н₂SO₄ не требуют предварительного насыщения и правильный результат анализа может быть получен после первого же ввода пробы.

Данные табл. 3 свидетельствуют о том, что результаты анализа могут существенно зависеть от величины интервала времени между вводами проб. При использовании в качестве сорбента силикагеля, не обработанного серной кислотой, время между вводами проб не должно превышать 20 мин. Иначе при каждом последующем анализе высота пика будет уменьшаться и все более отличаться от истинной.

В этом случае для получения правильных результатов необходимо перед каждым анализом насыщать колонку дополучения пиков одинаковой высоты.

Даже небольшие добавки Н₂SO₄ позволяют увеличить продолжительность интервалов между вводами проб без снижения надежности анализа.

При содержании серной кислоты 15 мас. и более свойства сорбента не изменяются даже при длительных (выше 34) перерывах между анализами, а получение правильных результатов достигается при первом же вводе пробы без предварительного кондиционирования хроматографической колонной.

Таким образом, путем нанесения серной кислоты на отмытый от примесей оксидов металлов силикагель марки АСГК удается получить сорбент для осуществления хроматографического анализа серосодержащих газов, отличающийся от известных лучшим качеством разделения компонентов газовой смеси, более высокой чувствительностью определения и не требующий предварительного кондиционирования хроматографической колонки анализируемыми газами.

Формула изобретения

СПОСОБ АНАЛИЗА СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ, включающий пропускание их с помощью газа-носителя через хроматографическую колонку, заполненную силикагелем, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения анализа, поверхность силикагеля предварительно обрабатывают концентрированной соляной кислотой с последующим промыванием дистиллированной водой, после чего обрабатывают серной кислотой, количество которой составляет 1 20% от массы силикагеля, высушивают силикагель при 120^o и прокаливают при 350^o, в качестве силикагеля используют крупнопористый силикагель с размером частиц 0,25 0,5 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2