氯化氢干燥水分分析的准确性分析

梁 正，李小娜，张 波，贺永斌

（陕西北元化工集团有限公司化工分公司，陕西 榆林 719319）

氯化氢气体经浓硫酸干燥后，氯化氢含水指标达到工艺规定的范围后，送往下游工序。如果干燥氯化氢含水分析不准确，会使压缩机叶轮损坏，造成设备故障，同时加快氯化氢送气长输管线腐蚀，造成氯化氢气体泄漏，严重时造成环境污染，而且使浓硫酸消耗增加。本文通过采用无水氯化钙重量法和五氧化二磷重量法测定，与便携式微量水分析仪测定进行实验对比，阐述各种分析方法的优缺点，并结合实际运行情况得出了可行的分析方法。

1 手工测定氯化氢含水分析方法介绍[1]

1.1 五氧化二磷分析法

1.1.1 原理

经浓硫酸干燥后的氯化氢内含有少量硫酸，硫酸易与氯化钙反应导致结果有偏差，而五氧化二磷是一种吸水性较强且不与硫酸反应的干燥剂，所以氯化氢气体通过五氧化二磷的剩余浓度低至零，可用作气体中微量水分的测定。

1.1.2 试剂和溶液

（1）五氧化二磷；

（2）20%氢氧化钠溶液：量取32%的NaOH600mL及300 mL蒸馏水均匀混合即可；

（3）润滑油、有机硅油或其他润滑剂。

1.1.3 仪器和设备

U型干燥管Ø15×100 mm，内装五氧化二磷，放在木盒内，微量流量计；吸收瓶2个，分别为水吸收瓶和20%碱吸收瓶；分析装置。

1.1.4 测定步骤

（1）将2个U型干燥管洗净，并烘干后装入五氧化二磷，装管时要求五氧化二磷填装高度不超过1 cm进行间隔填装，再将磨口塞涂上润滑油，塞好，放干燥器中备用。

（2）新装的五氧化二磷，需将预测的氯化氢气体以0.5～1.0 L/min的流量通过干燥管，通气时间20～30 min，待流量稳定后，用氨水检查接口是否漏气。再通以干燥氮气5～10 min排出管内多余氯化氢气体，将U型管放于干燥器中冷却待用。

（3）将已知质量的吸收瓶和饱和后的干燥管、吸收瓶组装，将预测的氯化氢气体以0.5～1.0 L/min的流量通过干燥管，通气时间1.5～2.0 h，吸收的质量控制在100 g左右。

（4）五氧化二磷通过处理后，再通以干燥氮气5～10 min，排出管内多余氯化氢气体，将U型管放于干燥器中冷却15 min（干燥时U型管拷克必须关闭）称重，称准至0.000 1 g。

1.1.5 计算

氯化氢气体含水=[（m2－m1）/（m4－m3）]×106式中：m1—吸收前干燥管的质量，g；

m2—吸收后干燥管的质量，g；

m3—吸收前吸收瓶（水吸收瓶加20%碱吸收瓶）的质量，g；

m4—吸收后吸收瓶（水吸收瓶加20%碱吸收瓶）的质量，g。

1.1.6 五氧化二磷分析法的缺点

（1）U型管在使用一定周期后，内部脱脂棉变色被腐蚀或气体压力过大时会将其吹出，导致分析结果偏小。

（2）称重时不统一，有的分析人员一次性称量2只U型管，有的分2次称量，导致称量结果存在一定误差。

（3）重量法分析受环境影响较大，取样环境湿度大于60%时，水分析不能正常进行，导致分析时间延误，不能及时指导生产运行。

（4）取样吸收质量不能小于100 g，按分析流量取样时间为1小时30分析左右，期间分析人员必须在现场监控，防止吸收液过饱和，氯化氢气体泄漏引起环境污染事故，分析需要时间长且造成人力资源的浪费。

（5）五氧化二磷U型管使用五六次后管口脱脂棉变黑，气量太大会将其吹出，需要更换。

（6）取样口取样前用滤纸清理周围异物，使用专用乳胶管连接，取样前排气5～10 min；不排气或不清理取样口会使分析结果偏大。

1.2 无水氯化钙分析法

1.2.1 原理

无水氯化钙是吸水性较强干燥剂，但是与极少氯化氢气体中的硫酸反应，氯化氢气体通过氯化钙的剩余浓度低至零，可用作气体中水分的测定。

1.2.2 试剂和溶液

（1）无水氯化钙；

（2）20%氢氧化钠溶液：量取32%的NaOH600mL及300 mL蒸馏水混匀即可；

（3）润滑油、有机硅油或其他润滑剂。

1.2.3 仪器和设备

U型干燥管Ø15×100 mm，内装无水氯化钙，放在木盒内；微量流量计；吸收瓶2个，分别为水吸收瓶和20%碱吸收瓶；分析装置。

1.2.4 测定步骤

（1）将2个U型干燥管洗净，并烘干后装入无水氯化钙，再将磨口塞涂上润滑油，两端密封好，放干燥器中备用。

（2）将已知质量的吸收瓶和饱和后的干燥管、吸收瓶组装，将预测的氯化氢气体以80～100 mL/min的流量通过干燥管，通气时间为40～60 min，吸收质量控制在 40～60 g。

（3）无水氯化钙通过处理后，再通以干燥氮气3～5 min排出管内多余氯化氢气体，将U型管放于干燥器中冷却30 min称重，称准至0.000 1 g。

1.2.5 计算

氯化氢气体含水=[（m2－m1）/（m4-m3）]×106式中：m1—吸收前干燥管的质量，g；

m2—吸收后干燥管的质量，g；

m3—吸收前吸收瓶（水吸收瓶加20%碱吸收瓶）的质量，g；

m4—吸收后吸收瓶（水吸收瓶加20%碱吸收瓶）的质量，g。

1.2.6 无水氯化钙分析法缺点

（1）U型管在使用一定周期后，内部脱脂棉变色，被腐蚀或气体压力过大时会将其吹出，导致分析结果偏小。

（2）称重时不统一，有的分析人员一次性称量2只U型管，有的分2次称量，导致称量结果存在一定称量误差。

（3）重量法分析受环境影响较大，取样环境湿度大于60%时，水份分析不能正常进行，导致分析时间延误，不能及时指导生产运行。

（4）取样吸收质量不能小于100 g，按分析流量取样时间在1小时左右，期间分析人员必须在现场守候，防止吸收液过饱和，氯化氢气体泄漏引起环境污染事故，在中控人员短缺的情况下也是一种人力浪费。

（5）无水氯化钙取样时间少于1小时吸收质量低于100 g，结果偏大。

（6）取样口取样前用滤纸清理周围异物，使用专用乳胶管连接，取样前排气5～10 min；不排气或不清理取样口会使分析结果偏大。

2 仪器分析法（便携式微量水分析仪）

2.1 工作原理

五氧化二磷传感器利用电解水分子为氢气与氧气原理，此传感器由1个玻璃材质的圆柱和2根并行的电极组成。根据具体应用来选择电极材质（通常有铂或铑金属丝制成），并在2根电极之间涂有很薄的一层磷酸，在两电极之间出现的电流，使酸中的水分解为氢气和氧气。此过程的最终产物是五氧化二磷。五氧化二磷是高吸收湿性物质，因此从样气中吸收水分，通过连续的电解过程，最终在样气的水分含量与电解后的水分之间建立平衡。电极电流与样气中水分含量成正比例，信号经过仪器内部信号放大器处理，然后显示并数据读出。

2.2 测定步骤

（1）做好电极的再生准备，使探头通电干燥显示数据为“0”，滴加磷酸使酸均匀分布，玻璃棒周围有气泡，说明电极再生完成。

（2）使用干燥的氮气吹扫仪器管路，显示数据为 150×10-6左右。

（3）因为干燥的氯化氢温度大于50℃，分析时进样口乳胶管的长度不应低于3 m。

（4）取样前排气15 min，连接好仪器，做好废气吸收工作，开始取样。

（5）取样时间控制在40 min左右，数据稳定后停止取样。

（6）根据氯化氢分析量计算水份含量，氯化氢气体含水=仪器显示数据×水分子量/氯化氢分子量。

3 手工与仪器分析数据对比及分析

3.1 实验对比数据

选取系统运行较为稳定的时间段，实验时间为2017年3月15日至2017年3月30日，氯化钙重量法、五氧化二磷重量及便携式微量水分析仪分析数据见表1。

3.2 实验数据分析总结

通过大量实验对比，可以看出微量水分析仪最大值为 120.15×10-6，最小值 103.29×10-6，平均值115.49×10-6，波动值 7.93×10-6；五氧化二磷分析法最大值为 148.69×10-6，最小值 117.51×10-6，平均值136.88×10-6，波动值 24.39×10-6；无水氯化钙分析法最大值为 146.32×10-6，最小值 102.19×10-6，平均值119.65×10-6，波动值 21.71×10-6。由于微量水分析仪平均值稳定，波动范围小，最终确定分析干燥氯化氢含水方法为仪器法，因为仪器分析方法主要有以下优点。

表1 实验数据

（1）仪器法不需要吸收药剂，只需要50 mL左右的废碱就可以够取样分析，减少了分析药剂和U型管的材料消耗。由于干燥的氯化氢中含有硫酸气，U型管在使用四五次后脱脂棉变色老化，需要重新填充，填充后的U型管还需要在现场通气30 min，此时U型管内的药剂分布均匀，此过程需要2人配合用时6 h左右，增加分析人员的工作量。

（2）仪器法对取样环境温度和湿度要求不高，阴雨天取样不受环境影响，携带方便。

（3）取样时间为30～50 min，相对于重量法时间上缩短了50min左右，节约时间及人力资源。

（4）分析结果波动范围小，数据直接读取计算，减少了分析过程中的人为操作误差。

（5）仪器法密封性好，连接好后不存在漏气现象，可以杜绝取样引起报警仪报警现象，安全性高。

通过以上说明在分析干燥后的氯化氢气体含水时最适宜的分析方法应选用仪器法，即便携式微量水分析仪。

参考文献：

［1］张 宇.陕西北元化工集团有限公司化工分公司.氯碱分厂中控分析操作规程.2016.