工業硫磺固體產品中水分含量的測定研究

唐純潔，梁 鋒，何 斌，陳正華

（1.中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院，四川成都 610213；2.中石化南京化工研究院有限公司，江蘇南京 210048）

工業硫磺是用途廣泛的重要化工原料，常溫下呈固態，主要來源于天然氣凈化、石油煉制、煤化工等行業。未來幾年，我國每年對硫磺的需求量仍將持續達到千萬噸。硫磺產品技術參數的分析測定十分重要，其中水分含量的測定是重要的技術參數之一。

1 國標硫磺中水分含量測定存在問題

目前，工業硫磺固體產品中水分質量分數的測定依據GB/T 2449.1—2014《工業硫磺 第1部分：固體產品》中的恒溫干燥法。GB/T 2449.2—2015《工業硫磺 第2部分：液體產品》中液體硫磺水分測定方法和固體硫磺的水分測定方法一致。該方法人工操作步驟繁多，其過程較為緩慢，操作費時費力，包括稱量瓶恒重時間，試樣一般需測試時間為30 h左右。在生產過程中，需要及時地根據硫磺中的水分含量調整生產工藝的參數；在貿易糾紛中，需要快速準確的測定硫磺中水分含量。現行國標中水分質量分數測定方法已經不能滿足需求。為了適應生產工藝、環保和經濟發展的需要，提高標準的科學合理性、先進性和時效性，對國家標準中測定方法進行研究和改進十分必要。

2 紅外干燥法

目前，紅外干燥法已經在食品、醫療、化工等行業中得到應用[1]。其原理是紅外加熱單元和水分蒸發通道快速干燥試樣，在干燥過程中，水分儀持續測量并即時顯示試樣丟失的水分。干燥程序完成后，最終測定的水分含量值被鎖定顯示。和恒溫干燥法相比，紅外加熱可以最短時間內達到最大加熱功率，在高溫下試樣快速被干燥，其檢測結果與恒溫干燥法具有良好的一致性，具有可替代性，且檢測效率遠遠高于恒溫干燥法。將紅外干燥法用于工業硫磺中水分含量的測定，可有效縮短測定時間[2]，一般試樣只需幾分鐘即可完成測定。

恒溫干燥法和紅外干燥法的比較見表1。

表1 恒溫干燥法和紅外干燥法的比較

3 紅外干燥法試驗條件的選擇

3.1 主要原料和儀器

工業硫磺試樣：來自天然氣凈化所生產的18個工業硫磺試樣。

稱量瓶：70 mm×35 mm。

恒溫干燥箱：可控制溫度（80±2）℃。

鹵素水分測定儀：HC103型（精確至0.001 g）和HX204型（精確至0.000 1 g），可控制溫度（80±1）℃。

3.2 方法原理

通過鹵素燈加熱方式，使試樣在設定的溫度下均勻而快速地失去水分，試樣減少的質量即為失去水的質量。稱取5~10 g試樣，記錄稱樣量m1，精確至0.001 g，使試樣均勻平鋪在試樣盤上。設置加熱時間，記錄失重后稱樣量m2，精確至0.001 g。

水的質量分數，按下面公式計算：

式中：w——水分的質量分數，%；

m1——干燥前試樣的質量數值，g；

m2——干燥后試樣的質量數值，g。

3.3 試驗條件的選擇

包括試樣量，加熱時間和加熱溫度的選擇。

GB/T 2449.1—2014采用恒溫干燥法的加熱溫度為80 ℃，因此該方法也采用與國標相同的加熱溫度80 ℃。

稱樣量選擇3，5，7，10 g，加熱時間分別為1，2，3 min，測量結果見表2。

表2 不同試驗條件下工業硫磺水分含量的測定結果

續表2

從表2可以看出：取3 g的試樣量，選擇不同的加熱時間，測量結果明顯低于試樣量為5 g和10 g的測量結果。可能是由于試樣量太少，不能均勻的平鋪在試樣盤中，對測量結果產生影響。

5 g和10 g的試樣稱樣量，加熱時間1 min的分析數據比加熱時間2 min和3 min的分析數據偏低，加熱時間2 min和3 min的數據較為穩定。

因此試驗條件選擇如下：試樣加熱溫度為80 ℃，試樣量5~10 g，精確到0.000 1g，加熱時間為2 ~3 min。

3.3.1 重復性試驗

用HC103型鹵素水分測定儀，試樣稱樣量為10 g，加熱時間為3 min，取7個試樣分別平行測定7次，計算平均值、標準偏差（SD）和相對標準偏差（RSD），分析數據見表3。

表3 紅外干燥法測定工業硫磺水分質量含量精密度試驗結果

從表3精密度試驗結果可以看出：得出的最大允許差不大于0.008%。而GB/T 2449.1—2014采用恒溫干燥法測定水分質量分數小于0.10%的硫磺，平行測定結果的絕對差值不大于0.05%，精密度有了很大改觀。以上7個試樣測定結果，最大相對標準偏差為10.6%。

3.3.2 方法比對

稱取10 g試樣，用HC103型鹵素水份測定儀測定硫磺中水分含量，與現行標準GB/T 2449.1—2014中的恒溫干燥法比對，比對數據見表4。

從表4可以看出：18個試樣比對試驗，2種方法測定結果的最大差值為0.007%，說明使用HC103型鹵素水份測定儀，用紅外干燥法與現行的國家標準GB/T 2449.1—2014采用恒溫干燥法測量工業硫磺中的水含量的測量結果是一致的。

表4 方法比對數據

4 結論

1）采用鹵素水分測定儀用紅外干燥法測定工業硫磺中水分質量分數，分析條件如下：設置溫度于（80±1）℃，試樣量選擇5~10 g，試樣稱樣量精確至0.001 g，加熱時間2~3 min。

2）通過比對試驗，該方法最大絕對偏差0.007%，能實現對工業硫磺中水分含量的準確測定。

3）該方法測量水分質量分數小于0.1%的硫磺，平行測定結果的最大差值不大于0.008 2%，而恒溫干燥法對水分質量分數小于0.10%的硫磺平行測定結果的絕對差值不大于0.05%，精密度有了很大改觀。

4）該方法測定結果與恒溫干燥法結果基本一致，大大縮短了測量時間，操作簡便。

因此，建議修訂GB/T 2449.1—2014中5.3水分質量分數測定部分，增加采用紅外干燥法測定。