氣氨快速測定法研究

唐 雪

（四川瀘天化股份有限公司，四川瀘州 646000）

合成氨工藝中，每次原始開車過程中都要用氣氨對氨冷系統進行置換，工藝要求氣氨含量達到90%（v/v）以上為合格。氣氨分析比較經典的方法是吸收滴定法，方法準確度高，但分析步驟繁瑣分析時間長，不適合工藝開車過程中的快速分析要求。本文主要探討用1+3硫酸作吸收劑，現場用快速吸收法分析氣氨含量。

1 實驗部分

1.1 方法原理

用1+3硫酸吸收氣氨，根據吸收前后氣體體積之差，直接在快速吸收管上讀出其體積分數。

1.2 儀器與試劑

（1）快速吸收管：吸收管體積100mL，其中90～100mL處刻度為0.1mL，允許誤差0.02mL，0～90mL 處刻度為2.0mL（刻度根據實際工作需要可定制，因氨含量指標是90%，故90～100mL 處刻度為0.1mL）。

（2）1+3硫酸溶液110mL。

1.3 測定步驟

先檢查確認快速吸收管（見圖1）各部件完整、無損、無漏氣，方可取樣分析。將兩通旋塞A、B 開啟，用橡皮管將旋塞B 處的玻璃管與取樣閥連接，用樣品氣充分置換測定儀及連接管道（置換用氣應大于被置換容器容積的10倍）。先關閉旋塞A，再關閉旋塞B，取下橡皮管。迅速旋轉旋塞A 數次，使容器內的壓力與大氣壓相平衡，確保體積的一致性。向滴液漏斗D 中加入110mL 1+3硫酸溶液。緩緩開通旋塞A，使1+3硫酸溶液流入吸收器C 至不再流入，表明吸收完畢，關閉旋塞A，讀取吸收器中液面所指的刻度，即為氣氨的體積分數。

圖1 快速吸收管

1.4 結果計算

以體積分數（%）表示的氣氨（以NH3計）含量，按下式計算：

式中：V為吸收后吸收器C液面所指刻度，mL。

1.5 注意事項

（1）各旋塞不得漏氣。

（2）1+3硫酸溶液應滴加甲基紅指示劑防止過量吸收。

（3）氣氨純度低于90%的氣樣只能粗步判定結果。

（4）置換吸收器C 置換體積要夠，確保置換徹底。

（5）配制和更換使用1+3硫酸溶液時應佩帶手套防止酸燒傷皮膚。

（6）廢酸液應中和后排放。

2 方法對比

2.1 吸收滴定法簡介

2.1.1 方法原理

根據酸堿中和原理，使含氨氣體連續通過已知濃度、一定體積的硫酸標準溶液，用甲基紅作指示劑，過量硫酸用氫氧化鈉標準溶液滴定，根據氨與硫酸標準溶液反應消耗體積和殘余氣體體積，計算氣體中氨含量。

2.1.2 操作步驟

用移液管準確移取一定體積硫酸標準溶液于250mL 吸收瓶中，加甲基紅指示劑2滴及蒸餾水，使液面達1/2高度；把吸收瓶進口與樣氣管相接，吸收瓶出口與流量計入口管相接；使樣氣緩慢通過吸收瓶，當殘氣體積達到1.0L 時即停止通氣，記錄樣氣溫度和大氣壓力。吸收瓶中剩余硫酸用氫氧化鈉標液滴定至終點。

2.1.3 結果計算

2.1.4 氨 %=C1V1-C2V2×22.08V0f+C1V1-C2V2×22.08×100

式中：

V1為移取硫酸標液體積，mL

C1為硫酸標液的摩爾濃度，mol/L

V2為氫氧化鈉標液消耗體積，mL

C2為氫氧化鈉標液的摩爾濃度，mol/L

V0為殘余氣體體積，ml

22.08為標準狀態下，1mmol 氨氣氣體體積，mL

f為氣體換算為標準狀態下的體積校正系數，f=p×T0p0×T

p為大氣壓，MPa

T為氣體溫度，K

p0為標準大氣壓，MPa

T0為絕對溫度，K

2.2 方法討論與對比

（1）方法原理：吸收滴定法和快速吸收法都是利用氨與硫酸定量反應。吸收滴定法增加了氫氧化鈉與硫酸的返滴定，并且涉及標準狀態氣體體積轉換計算，吸收滴定法較快速吸收法復雜。

（2）分析步驟：吸收滴定法需要現場吸收操作，并用流量計測殘余體積，由于氨含量高，殘余體積小，吸收時間較長，一般都需要30min 左右，而且剩余硫酸還要用氫氧化鈉標液進行返滴定。而快速吸收法只需在現場進行少量樣氣吸收，吸收時間短，現場就能出結果，整個過程僅3min 左右。

（3）結果計算：吸收滴定法計算涉及返滴定、標準狀態氣體轉換等，計算過程比較復雜，而快速吸收法現場直讀分析結果，方便快速。

（4）兩種方法實際對比

利用合成車間開車的機會對吸收滴定法和快速吸收法進行比對，同一階段不同分析方法分別測定3次，測試了三個階段，數據見表1。

表1 3個階段測試結果

經過計算快速吸收法三個階段的標準偏差分別為S1=0.020，S2=0.017，S3=0.010，表明方法精密度很好。再用F檢驗法計算兩種分析方法在三個階段的F 值，查表均得到F值＜F（0.05，2，2），說明兩種分析所得到的結果無顯著性差異。而兩種方法的分析時間卻有很大差異，快速吸收法明顯效率更高，更實用于合成氨裝置開車過程中氨冷凍系統的氣氨置換分析。

3 結語

作為合成氨裝置的過程分析，一般都要求快速準確地報出分析結果。通過快速吸收法方法的建立以及與經典的吸收滴定法進行對比，快速吸收法測定氣氨含量明顯能達到快速準確的要求，值得推廣。