高浓度氧气含量的分析方法

涂 青，刘宏光

（云天化国际红磷分公司质量控制部，云南开远 661600）

高浓度氧气含量的分析方法

涂 青，刘宏光

（云天化国际红磷分公司质量控制部，云南开远 661600）

研究了一种高浓度氧气含量的分析方法。采用QF1904型奥氏气体分析仪器，利用气体被化学试剂选择性吸收的性质，根据吸收前后混合气体体积变化，测定出氧气含量。该方法简便、快速。

氧含量；高浓度；制氧装置

2013年，云南云天化国际化工有限公司红磷分公司对合成氨分厂原料路线进行调整，针对云南煤灰熔点低、活性低的特点，采用增氧制气，提高空气中的氧含量。在高温条件下，增氧空气和过热蒸汽交替进行气化反应。VPSA制氧装置在线分析主要采用电化学氧分析仪器和磁力氧分析仪器进行在线仪表监控。若在线监控出现问题，会使操作带来一定的限制，故需引入新的分析方法。经过研究，采用QF1904型奥氏气体分析仪器，利用气体被化学试剂选择性吸收的性质，根据吸收前后混合气体体积变化，测定出VPSA制氧装置中高浓度氧气的含量。此分析方法不仅能满足VPSA制氧装置开停车分析需求，还能进行在线仪表的数据对比，分析结果可靠、仪器操作简单、快速、准确。

1 实验部分

1.1 测定原理

用焦性没食子酸钾吸收氧气，用半水煤气做载气，然后加入试样气体，混合气体中CO2、O2能被化学试剂选择性吸收，根据吸收前后混合气体体积变化，可计算出氧含量。

氢氧化钾吸收二氧化碳的方程式：

焦性没食子酸钾（简称焦钾）吸收氧的方程式：

1.2 试剂与仪器

氢氧化钾溶液，300 g／L，AR；焦性没食子酸钾溶液，称取430 g焦性没食子酸于1 000 mL烧杯中，加入500 mL热水，搅拌、冷却，稀释到1 000 mL，混匀。使用时将此溶液与300 g／L的氢氧化钾溶液按1＋1比例混合，即为焦性没食子酸钾溶液；液体石蜡，CP；

QF1904型奥氏气体分析仪器。

1.3 试验过程

1.3.1 检查仪器的气密性

减压检查方法：于量气管中吸取约10 mL空气，使量气管与梳形管相通，而梳形管与大气隔绝。将水准瓶置于最低处，保持3 min，如果量气管内液面保持稳定，并且各吸收瓶的液面也稳定，表明仪器的气密性好。若液面上升或下降，则表示仪器存在漏点，处理后再次试漏，直到合格液面保持稳定为止。

加压检查方法：于量气管中吸取约80 mL空气，将水准瓶置于奥氏仪上部尽量高处，使管内形成压力，保持3 min，如果量气管内的液面保持稳定，表示气密性好。

1.3.2 分析操作

操作水准瓶，先用试样气置换梳形管后再用量气管吸取载气置换仪器3次后，用量气管准确量取80.0 mL载气体后继续量取试样气体20.0 mL，使其混合体积达到100 mL，打开氢氧化钾溶液吸收瓶，操作水准瓶，使气体试样在吸收瓶与量气管间往返吸收多次（约7～8次），直至读数恒定，记下读数V1。

打开第一瓶焦钾溶液吸收瓶活塞，将吸收二氧化碳后之余气压入，操作水准瓶，使气体试样在吸收瓶与量气管间往返吸收多次（约7～8次），然后在打开第二瓶焦钾溶液吸收瓶活塞，将吸收后的余气压入，同上述操作，直至读数恒定，记下读数V2。

1.4 计算

氧气的含量采用下式计算。式中：V1为混合气第一次吸收二氧化碳的体积，mL；V2为混合气吸收氧后的体积，mL；φ载气为载气氧含量，%（使用载气中无氧含量此处直接为零）。

1.5 注意事项

①吸收顺序不能颠倒。吸收应完全，读数应恒定；当吸收剂的吸收效率下降时，应及时更换。②整套仪器不得漏气；仪器各部分应保持清洁，定期清洗。③读数时水准瓶与量气管液面必须保持一致。读数时统一按从下往上（数值增加）的方式计数。

2 结果与讨论

量气管采用规格为100 mL的球形量气管，由带刻度75 mL的直管加不带刻度体积为25 mL的球管组成。用焦性没食子酸吸收时，当氧含量达到92%左右，吸收体积超过75 mL，直接在球管内，由于球管内无刻度线，导致无法读数，分析测定失败，如果只取50 mL试样其结果相同。

如果量气管采用规格为100 mL的直管量气管，当氧含量超过92%时，量气管只剩下8 mL左右的量程，由于量程太短，吸收无法恒定，如继续操作，溶液容易冲入梳形管导致分析失败。

试验发现，所取混合气体体积必须满足100 mL才能进行分析测定，于是采取用不会被吸收液吸收的气体作为载气进行试验。

2.1 载气选择

以低变气为载气，取样80.0 mL，然后继续取标气20.0 mL，进行试验，低变气二氧化碳高于25%其吸收容积超过75 mL，无法读数。

分别以半水煤气、循环氢气、脱碳气为载气，取样80.0 mL，然后继续取标气20.0 mL，进行氧气含量的测定，结果见表1、表2、表3。

表1 以半水煤气为载气时φ（O2）的分析结果Table 1 Analysis results of φ（O2）with the semi－water gas as the carrier gas

表2 以循环氢气为载气时φ（O2）的分析结果Table 2 Analysis results of φ（O2）with circulating hydrogen as the carrier gas

表3 以脱碳气为载气时φ（O2）的分析结果Table 3 Analysis results of φ（O2）with decarbonization gas as the carrier gas

从表1～表3看出，用半水煤气、循环氢气、脱碳气做载气分析，分析结果接近氧标气的真实值。

用氮气做载气取样取样80.0 mL，然后继续取标气20.0 mL，进行氧气含量的测定，结果见表4。

从表4看出：用氮气做载气分析氧标气，分析结果与氧标气的真实值有一定的误差。

用氮气和半水煤气做载气分析试样，结果与在线监测结果对比，数据见表5。

从表5看出，用煤气做载气分析试样的数据与在线仪表数据比较接近，用氮气做载气分析试样的数据与在线仪表数据有一定的误差。

综上所述，用低二氧化碳含量或无二氧化碳的气体（半水煤气、循环氢、脱碳气等）做载气，分析结果与标气结果及实际试样结果相接近，误差小。但使用含氧的气体做载气必须先测出气体中具体氧含量的值，在最后计算中减去气体中氧含量的值，才是实际测得值。实际工作可直接采用流动半水煤气进行分析，减少取样误差，其次在无流动气体时可采用球胆取样分析。

2.2 仪器改良

试验过程中发现焦性没食子酸钾吸收氧时恒定次数太多、吸收时间太长、结果偏低，溶液容易失效，针对此原因进行改良，试验结果见表6。

从表6看出，使用1瓶焦性没食子酸钾分析样气使用时间长，用时10 min；使用3瓶焦性没食子酸钾和4瓶焦性没食子酸钾分析样气使用时间相同，都是5 min；而使用2瓶焦性没食子酸钾需要6 min，从节约试剂和分析用时来看。选择使用2瓶焦性没食子酸钾已经可以解决恒定次数太多、吸收时间太长、结果偏低等不利条件，能够满足分析要求。现把QF1904型奥氏气体分析仪器进行改良，只需3个填充式吸收瓶，一个填充式吸收瓶装氢氧化钾、另二个填充式吸收瓶装焦性没食子酸钾、其它吸收瓶暂不需安装即可。

表6 增加溶液瓶数与分析用时对比Table 6 Comparison of increasing the number of bottles and used analysis time

3 结论

此方法可用在VPSA制氧装置中高浓度氧气氧含量的测定，方法分析简便，用时短，成本低，能及时提供分析结果，满足VPSA制氧装置的要求，便于合成氨VPSA制氧装置开停车检修和仪器校表。

［1］ 中国氮肥工业协会.小氮肥生产控制分析规程［M］.北京：化学工业出版社，1993：316－320.

Analysis of High Concentrations of Oxygen Content

TU Qing，LIU Hong－guang

（Yuntianhua International Red Phosphorus Branch Quality Control Department，Kaiyuan 661600，China）

On polypropylene production unit，the main factors affecting the polymerization of propylene were analyzed.Increasing the efficiency of the polymerization reaction of raw materials by reducing the impurity content，selecting suitable catalyst，modifiers，and the added ratio of triethylaluminum as well as selecting a suitable reaction temperature，reaction pressure and other measures etc was proposed.The method is simple and fast.

oxygen content；high concentration；oxygen plant

O659

A

1004-275X（2014）06-0052-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.06.013

收稿：2014-05-27

涂青（1979-），女，广东梅县人，主要从事分析技术工作。