氯化氫干燥水分分析的準確性分析

梁 正，李小娜，張 波，賀永斌

（陜西北元化工集團有限公司化工分公司，陜西 榆林 719319）

氯化氫氣體經濃硫酸干燥后，氯化氫含水指標達到工藝規定的范圍后，送往下游工序。如果干燥氯化氫含水分析不準確，會使壓縮機葉輪損壞，造成設備故障，同時加快氯化氫送氣長輸管線腐蝕，造成氯化氫氣體泄漏，嚴重時造成環境污染，而且使濃硫酸消耗增加。本文通過采用無水氯化鈣重量法和五氧化二磷重量法測定，與便攜式微量水分析儀測定進行實驗對比，闡述各種分析方法的優缺點，并結合實際運行情況得出了可行的分析方法。

1 手工測定氯化氫含水分析方法介紹[1]

1.1 五氧化二磷分析法

1.1.1 原理

經濃硫酸干燥后的氯化氫內含有少量硫酸，硫酸易與氯化鈣反應導致結果有偏差，而五氧化二磷是一種吸水性較強且不與硫酸反應的干燥劑，所以氯化氫氣體通過五氧化二磷的剩余濃度低至零，可用作氣體中微量水分的測定。

1.1.2 試劑和溶液

（1）五氧化二磷；

（2）20%氫氧化鈉溶液：量取32%的NaOH600mL及300 mL蒸餾水均勻混合即可；

（3）潤滑油、有機硅油或其他潤滑劑。

1.1.3 儀器和設備

U型干燥管?15×100 mm，內裝五氧化二磷，放在木盒內，微量流量計；吸收瓶2個，分別為水吸收瓶和20%堿吸收瓶；分析裝置。

1.1.4 測定步驟

（1）將2個U型干燥管洗凈，并烘干后裝入五氧化二磷，裝管時要求五氧化二磷填裝高度不超過1 cm進行間隔填裝，再將磨口塞涂上潤滑油，塞好，放干燥器中備用。

（2）新裝的五氧化二磷，需將預測的氯化氫氣體以0.5～1.0 L/min的流量通過干燥管，通氣時間20～30 min，待流量穩定后，用氨水檢查接口是否漏氣。再通以干燥氮氣5～10 min排出管內多余氯化氫氣體，將U型管放于干燥器中冷卻待用。

（3）將已知質量的吸收瓶和飽和后的干燥管、吸收瓶組裝，將預測的氯化氫氣體以0.5～1.0 L/min的流量通過干燥管，通氣時間1.5～2.0 h，吸收的質量控制在100 g左右。

（4）五氧化二磷通過處理后，再通以干燥氮氣5～10 min，排出管內多余氯化氫氣體，將U型管放于干燥器中冷卻15 min（干燥時U型管拷克必須關閉）稱重，稱準至0.000 1 g。

1.1.5 計算

氯化氫氣體含水=[（m2－m1）/（m4－m3）]×106式中：m1—吸收前干燥管的質量，g；

m2—吸收后干燥管的質量，g；

m3—吸收前吸收瓶（水吸收瓶加20%堿吸收瓶）的質量，g；

m4—吸收后吸收瓶（水吸收瓶加20%堿吸收瓶）的質量，g。

1.1.6 五氧化二磷分析法的缺點

（1）U型管在使用一定周期后，內部脫脂棉變色被腐蝕或氣體壓力過大時會將其吹出，導致分析結果偏小。

（2）稱重時不統一，有的分析人員一次性稱量2只U型管，有的分2次稱量，導致稱量結果存在一定誤差。

（3）重量法分析受環境影響較大，取樣環境濕度大于60%時，水分析不能正常進行，導致分析時間延誤，不能及時指導生產運行。

（4）取樣吸收質量不能小于100 g，按分析流量取樣時間為1小時30分析左右，期間分析人員必須在現場監控，防止吸收液過飽和，氯化氫氣體泄漏引起環境污染事故，分析需要時間長且造成人力資源的浪費。

（5）五氧化二磷U型管使用五六次后管口脫脂棉變黑，氣量太大會將其吹出，需要更換。

（6）取樣口取樣前用濾紙清理周圍異物，使用專用乳膠管連接，取樣前排氣5～10 min；不排氣或不清理取樣口會使分析結果偏大。

1.2 無水氯化鈣分析法

1.2.1 原理

無水氯化鈣是吸水性較強干燥劑，但是與極少氯化氫氣體中的硫酸反應，氯化氫氣體通過氯化鈣的剩余濃度低至零，可用作氣體中水分的測定。

1.2.2 試劑和溶液

（1）無水氯化鈣；

（2）20%氫氧化鈉溶液：量取32%的NaOH600mL及300 mL蒸餾水混勻即可；

（3）潤滑油、有機硅油或其他潤滑劑。

1.2.3 儀器和設備

U型干燥管?15×100 mm，內裝無水氯化鈣，放在木盒內；微量流量計；吸收瓶2個，分別為水吸收瓶和20%堿吸收瓶；分析裝置。

1.2.4 測定步驟

（1）將2個U型干燥管洗凈，并烘干后裝入無水氯化鈣，再將磨口塞涂上潤滑油，兩端密封好，放干燥器中備用。

（2）將已知質量的吸收瓶和飽和后的干燥管、吸收瓶組裝，將預測的氯化氫氣體以80～100 mL/min的流量通過干燥管，通氣時間為40～60 min，吸收質量控制在 40～60 g。

（3）無水氯化鈣通過處理后，再通以干燥氮氣3～5 min排出管內多余氯化氫氣體，將U型管放于干燥器中冷卻30 min稱重，稱準至0.000 1 g。

1.2.5 計算

氯化氫氣體含水=[（m2－m1）/（m4-m3）]×106式中：m1—吸收前干燥管的質量，g；

m2—吸收后干燥管的質量，g；

m3—吸收前吸收瓶（水吸收瓶加20%堿吸收瓶）的質量，g；

m4—吸收后吸收瓶（水吸收瓶加20%堿吸收瓶）的質量，g。

1.2.6 無水氯化鈣分析法缺點

（1）U型管在使用一定周期后，內部脫脂棉變色，被腐蝕或氣體壓力過大時會將其吹出，導致分析結果偏小。

（2）稱重時不統一，有的分析人員一次性稱量2只U型管，有的分2次稱量，導致稱量結果存在一定稱量誤差。

（3）重量法分析受環境影響較大，取樣環境濕度大于60%時，水份分析不能正常進行，導致分析時間延誤，不能及時指導生產運行。

（4）取樣吸收質量不能小于100 g，按分析流量取樣時間在1小時左右，期間分析人員必須在現場守候，防止吸收液過飽和，氯化氫氣體泄漏引起環境污染事故，在中控人員短缺的情況下也是一種人力浪費。

（5）無水氯化鈣取樣時間少于1小時吸收質量低于100 g，結果偏大。

（6）取樣口取樣前用濾紙清理周圍異物，使用專用乳膠管連接，取樣前排氣5～10 min；不排氣或不清理取樣口會使分析結果偏大。

2 儀器分析法（便攜式微量水分析儀）

2.1 工作原理

五氧化二磷傳感器利用電解水分子為氫氣與氧氣原理，此傳感器由1個玻璃材質的圓柱和2根并行的電極組成。根據具體應用來選擇電極材質（通常有鉑或銠金屬絲制成），并在2根電極之間涂有很薄的一層磷酸，在兩電極之間出現的電流，使酸中的水分解為氫氣和氧氣。此過程的最終產物是五氧化二磷。五氧化二磷是高吸收濕性物質，因此從樣氣中吸收水分，通過連續的電解過程，最終在樣氣的水分含量與電解后的水分之間建立平衡。電極電流與樣氣中水分含量成正比例，信號經過儀器內部信號放大器處理，然后顯示并數據讀出。

2.2 測定步驟

（1）做好電極的再生準備，使探頭通電干燥顯示數據為“0”，滴加磷酸使酸均勻分布，玻璃棒周圍有氣泡，說明電極再生完成。

（2）使用干燥的氮氣吹掃儀器管路，顯示數據為 150×10-6左右。

（3）因為干燥的氯化氫溫度大于50℃，分析時進樣口乳膠管的長度不應低于3 m。

（4）取樣前排氣15 min，連接好儀器，做好廢氣吸收工作，開始取樣。

（5）取樣時間控制在40 min左右，數據穩定后停止取樣。

（6）根據氯化氫分析量計算水份含量，氯化氫氣體含水=儀器顯示數據×水分子量/氯化氫分子量。

3 手工與儀器分析數據對比及分析

3.1 實驗對比數據

選取系統運行較為穩定的時間段，實驗時間為2017年3月15日至2017年3月30日，氯化鈣重量法、五氧化二磷重量及便攜式微量水分析儀分析數據見表1。

3.2 實驗數據分析總結

通過大量實驗對比，可以看出微量水分析儀最大值為 120.15×10-6，最小值 103.29×10-6，平均值115.49×10-6，波動值 7.93×10-6；五氧化二磷分析法最大值為 148.69×10-6，最小值 117.51×10-6，平均值136.88×10-6，波動值 24.39×10-6；無水氯化鈣分析法最大值為 146.32×10-6，最小值 102.19×10-6，平均值119.65×10-6，波動值 21.71×10-6。由于微量水分析儀平均值穩定，波動范圍小，最終確定分析干燥氯化氫含水方法為儀器法，因為儀器分析方法主要有以下優點。

表1 實驗數據

（1）儀器法不需要吸收藥劑，只需要50 mL左右的廢堿就可以夠取樣分析，減少了分析藥劑和U型管的材料消耗。由于干燥的氯化氫中含有硫酸氣，U型管在使用四五次后脫脂棉變色老化，需要重新填充，填充后的U型管還需要在現場通氣30 min，此時U型管內的藥劑分布均勻，此過程需要2人配合用時6 h左右，增加分析人員的工作量。

（2）儀器法對取樣環境溫度和濕度要求不高，陰雨天取樣不受環境影響，攜帶方便。

（3）取樣時間為30～50 min，相對于重量法時間上縮短了50min左右，節約時間及人力資源。

（4）分析結果波動范圍小，數據直接讀取計算，減少了分析過程中的人為操作誤差。

（5）儀器法密封性好，連接好后不存在漏氣現象，可以杜絕取樣引起報警儀報警現象，安全性高。

通過以上說明在分析干燥后的氯化氫氣體含水時最適宜的分析方法應選用儀器法，即便攜式微量水分析儀。

參考文獻：

［1］張 宇.陜西北元化工集團有限公司化工分公司.氯堿分廠中控分析操作規程.2016.