人工燃气组分中氢气和甲烷的测定方法

专利名称：人工燃气组分中氢气和甲烷的测定方法
技术领域：
本发明属于化学化工领域，其主要是对燃气中主要成份氢气和甲
背景技术：
在一些焦化厂、化肥厂、煤气厂、生物质能制气及大型沼气的生 产与输送的应用过程中，需要对燃气质量及气体组分组成进行分析和测定，以了解可燃气体的各种组分的组成，尤其是C0、 C02、 C0+H2、 02、 H2和CH4含量的多少，对生产过程及工艺指标控制，安全生产 与供气都是非常重要的，可以根据C0、 H2、 H4和CnHm可燃气体的组 分多少来计算出燃气热值，满足城市煤气质量要求有着重要的意义。 在实际检验分析工作中通常采用的实验方法是化学分析方法原理的 一种气体分析仪，对气体中二氧化碳、不饱和烃、氧气、 一氧化碳、 氢气、甲垸和氮气测定。按现有实验方法"人工燃气主组分的化学分 析方法"国家标准代码GB/T 12205-1990，近期通过计算机网络检 索由国家权威的网站了解到"GB/T 12205-1990"分析方法已列入废 止国家标准目录中。从国家标准最新公告2008年第14期了解到，由 GB/T 10410-2008 "人工煤气和液化石油气常量组分气相色谱分析 法"替代原GB/T 10410.1-1989,GB/T 10410.3-1989和GB/T13612-2006 ，但是对GB/T 12205-1990 "人工燃气主组分的化学分 析方法"只作出废止一词说明，没有指出废止原因，替代方法为GB/T 10410-2008《人工煤气和液化石油气常量组分气相色谱分析法》。目 前很多的煤气厂、化肥厂、焦化厂、炼油厂、沼气制造生产过程中， 一些中、小企业的检验部门及化验室仍采用现有国家标准方法即GB/T 12205-1990的测定方法，尚不了解该方法的废止时间和原因，利用 分析方法和实验仪器对生产过程及产品进行分析检验与控制方法。
对GB/T 12205-199分析方法的了解和掌握的情况，实际工作需 要与长期使用该方法和仪器的经验，认为该测定方法存在着很大的人 为测量误差、方法误差和测量误差，尤其是对氢气和甲烷混合气体爆 炸实验时，采用家氧用高频火花发生器点火，使CH4和H2发生爆炸 反应，通过爆炸反应后的体积变化计算甲烷及氢气存在着严重的偏 差，实验过程中常常发生氢气和甲烷爆炸反应完成后测量总体积超出 100%，而惰性气体氮气的体积减差法为零或负值，此外氢气和甲烷的 两次或多次的实验结果重复性较差，不能满足现有方法标准精密度允 许绝对误范围要求。按最新国家标准公告《人工煤气和液化石油气 常量组分气相色谱分析法》GB/T 10410-2008 于2009年4月1日 开始实施以仅替代GB/T 10410. 1-1989， GB/T 10410. 3-1989和GB/T 13612-2006之方法，人工煤气的气相色谱分析法尽管是一种较先进 分析方法，具有较高的测量精度和分析多组分之特点，不仅可以对人 工燃气二氧化碳、氧气、 一氧化碳、氢气、甲烷、氮气分析测定，同 时对不饱和烃类的烯烃CnH2n、炔烃CnH2n-2、芳香烃和烷烃类CnHn+2同系列及同分异构体都能进行全面分析测量。但是一台可以满足上述 实验方法要求普通型号气相色谱仪的价格不菲， 一般要几十万元甚至 上百万元，而且要求较高的操作水平与技能才能满足工作的需求，并 且测定的周期，气相色谱仪柱子填充相当繁杂，采用外标法需要配制 相应标准气体等，实验的运行和维护的成本费用较高，因此对一些中、 小企业来讲不仅是一次的设备投入费用较大，而且又需要专门技术人 员，企业不能承受如此高的成本，对"人工煤气组分气相色谱分析法" 推广与应用遇到许多的问题和困难；其它的一些仪器分析方法如电导 法、库伦法、热导气体分析法、红外线气体法等等属于理化实验仪器， 适应于单组分气体分析是在线分析测量，红外线分析仪工作原理是 当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯一比尔(Lambert-Beer)吸收定律，即某些气体对 红外光进行有选择性吸收，其吸收强度变化取决于被测气体的浓度。 相对气体分析仪红外线气体分析仪的优点是精度和灵敏度高、测量范 围宽、响应速度快、良好的选择性、稳定性和可靠性好、不能对多组 分气体同时测量、尤其不能分析对称结构无极性双原子分子及单原子 分子气体，对各种人工燃气类别多元混合气体不适用。现有的分析方法即国标GB/T 12205-1990方法的原理是根据待分析气体的组分的特性，利用燃气与不同的化学试剂接触时气体中某一 组分被化学吸收液吸收，当吸收固定后该气体不在逸出，根据吸收前 后气体体积减縮差求得出气体的含量，主要组分分析是用直接吸收法 测定二氧化碳(C02)不饱和烃(CnHm)、氧(02)、 一氧化碳(C0)，氢气和烷烃气体(以CH4表示)，氢气和甲垸的燃烧方法无论是采用 缓慢燃烧，还是爆炸燃烧法对氢气和甲烷的测量，由于其分析方法和 实验步骤存在严重的体积误差、温度测量误差和人为的误差，在氢气 和甲烷的混合气体在燃烧反应的过程中，甲烷和氢气的重复测量是其 测量体积总是存在着偏差。其甲烷和氢气的含量则是根据其燃烧反应 的化学方程式及前后体积的变化，推导出计算公式求得氢气和甲烷的 多少，最后用取样的总体积数减去吸收的二氧化碳、不饱和烃、氧气、 一氧化碳、氢气、甲烷气体含量剩余的气体为氮气。但是实际应用该 方法测量过程中氢气和甲烷的混合气体的燃烧时，测定出的实验结果 经常出现很大的偏差，两次燃烧实验结果的重复性不好，操作异常时 会发生测量后的体积数超出100%，导致了整个分析实验过程失败， 给正常的检验分析工作，带来了不正常的实验数据，对指导生产系统 工艺指标造成了不利的影响及不可靠的非正常的因素。

发明内容
本发明的目的是即减少成本可以满足现有的中小规模的化工、煤 气等企业燃气质量检测分析要求，又可以达到测量精度和测量可重复 性的人工燃气组分中氢气和甲垸的测定方法。本发明的方法步骤是a、 取已经吸收了C02、 02、 CnHm、 Co的混合气体和02，其中 包含H2、 CH4和N2的混合气体与02的比例为1 : 3 4;b、 首先将02置于燃烧瓶中，将燃烧瓶内部温度升至18(TC，保持 10 15秒，然后在保持此温度的基础上放入含有H2、 CH4和N2的燃气混合气，对其中H2进行吸收；
C、将燃烧瓶中的温度升至650°C，对其中CH4进行吸收；
d、最后降低燃烧瓶内温度至常温状态，吸收产生的C02和量取
燃烧后体积。
本发明在燃烧瓶中吸收H2和CH4气体时分成两步进行，并且每 步至少反复吸收4 5次。
本发明所指的燃烧瓶包括燃烧室、燃烧室连接的液位平衡器、燃 烧室上有气体进出口和旋塞、燃烧室底端是燃烧室密封底座，在燃烧 室的外部是冷却水套，冷却水套底端与燃烧室密封底座固定，气体进 出口和旋塞置于冷却水套上部，在冷却水套上端是冷却水密封口，安
装有冷却水进口和冷却水出口 ，在冷却水套上有冷却水测温热电阻；
铂金丝保护管和燃烧室测温热电阻穿过密封底座置于燃烧室内部，在 铂金丝保护管内部有铂金加热丝。
本发明提出了一种新的人工燃气主组分测量方法，它与现有的测 量方法相比较，具有较突出的实用性之特点，可以满足现有的中小规 模的化工、煤气等企业燃气质量检测分析要求，主要是利用现代的先 进的科技方法及先进的测温技术，实现了对氢气和甲烷燃烧实验过程 的温度确定和实时的监孔与测量，通过发明的方法实际开发，并收集 了大量实验数据进一步验证了本发明分析方法的测定精度和准确度， 完全满足本发明的测定方法目的要求。


附图是本发明燃烧瓶结构示意图。
具体实施例方式
本发明的人工燃气主组分测定方法，其原理是根据现有"人工燃 气主组分的化学分析方法"的原理，利用化学吸收方法首先吸收混合 气体中的二氧化碳、不饱和烃、氧气和一氧化碳，其主要的反应方程 式如下
首先用33。/。的氢氧化钾溶液吸收C02:
C02 + 2K0H 二 K2C03 + H20 用焦性没食子酸(又名邻苯三酚)的碱溶液吸收氧 C6H3 (0H) 3 + 3K0H — C6H3 (0K) 3 + 3H20 4C6H3 (OK) 3 + 02 — 2C12H4 (OK) 3+ 2H20 用饱和溴水吸收不饱和烃(CnHm): C2H4+ Br2 — C2H4Br2
用氨性氯化亚铜吸收一氧化碳
Cu 2 C 1 2 + 2C0 = Cu 2 Cl 22C0 Cu 2 C 1 2 '2C0 + 4 NH4 +2H20 — 2 NH4C 1 + CU 2 '2C00NH4 本发明在吸收完上述的C02、 02、 CnHm、 Co后进行，其具体步 骤是
a、 取已经吸收了C02、 02、 CnHm、 Co的混合气体和02，其中 包含H2、 CH4和N2的混合气体与02的比例为1 : 3 4;
b、 首先将02置于燃烧瓶中，将燃烧瓶内部温度升至18(TC,保持 10 15秒，然后在保持此温度的基础上放入含有H2、 CH4和N2的燃 气混合气，对其中H2进行吸收；2H2 + 02 = 2H20 释放热量2. 624kj/mol
c、 将燃烧瓶中的温度升至65(TC，对其中CH4进行吸收； CH4 + 202 = C02 + 2H20释放热量9. 464kj/mol
d、 最后降低燃烧瓶内温度至常温状态，吸收产生的C02和量取 燃烧后体积。
本发明为了使H2和CH4气体吸收的更加充分彻底，在燃烧瓶中 吸收H2和CH4气体时分成两步进行，并且每步至少反复吸收4 5
本发明所涉及的燃烧瓶，包括燃烧室12 、燃烧室12连接的液 位平衡器8、燃烧室12上有气体进出口 10和旋塞9、燃烧室12底端 是燃烧室密封底座13，在燃烧室12的外部是冷却水套11，冷却水套 11底端与燃烧室密封底座13固定，气体进出口 10和旋塞9置于冷 却水套ll上部，在冷却水套11上端是冷却水密封口6，安装有冷却 水进口 1和冷却水出口 2，在冷却水套11上有冷却水测温热电阻3; 铂金丝保护管7和燃烧室测温热电阻5穿过密封底座13置于燃烧室 12内部，在铂金丝保护管7内部有铂金加热丝4。
本发明主要对现有国家标准GB/T 12205-1990分析方法，人工 燃气主组分测定中氢气和甲烷的燃烧方法的研发，以保证氢气和甲烷 混合气体在缓慢燃烧的过程中测量结果的重复性满足根据标准方法 要求，提出的氢气和甲烷分为两步的燃烧实验，严格的控制燃烧过程 的温度和氧气使用量，消除可能产生的副反应，旨在重新认可一种新 的人工燃气主组分分析方法。现有实验方法测量人工燃气的二氧化碳、不饱和烃、氧气、 一氧化碳、氢气、甲烷和氮气，利用不同化学 试剂与气体中某一组分被直接吸收液吸收原理二氧化碳、不饱和烃、 氧气、 一氧化碳的吸收和测量精度是能够满足现有方法要求。氢气和 甲垸的燃烧实验采用缓慢燃烧法，消除现有分析方法和实验步骤存在 测量体积误差、温度误差和人为误差，使氢气和甲烷的燃烧反应后， 测量甲烷和氢气的重复性的偏差降低。目前化学分析方法对于氢气与 甲烷没有一种适合的吸收剂，只能采用缓慢燃烧法或爆炸燃烧法。本 发明提出了对量取助燃氧气在燃烧室内一定要先进行充分的预热，当
温度达到180°C±5. 0并恒定10-15秒钟，将剩余的气体量取一定的 体积数，第一次燃烧反应是2H2 + 02 二 2H20反应过程，反复 吸收4-5次，氢气全部与氧生产了水；继续给铂金丝升温使燃烧室温 度其达到65(TC士5.0时为第二次甲垸和氧气燃烧反应CH4 + 202 =C02 + 2H20必须保证燃烧温度的控制和氧含量的充足，否则会 发生其他副反应；(l)氧气不足，温度较高大于85(TC时CH4 = C + 2H2
(2)不完全燃烧时CH4 + 202 = C +2H20 ，同时在燃烧过 程中氢气和甲垸与氧气会释放出的大量的热量，使燃烧后的气体温度 升高体积膨胀。因此燃烧瓶外部结构进行了重新的设计，增加了一个 循环水套，由设置循环水箱给水来迅速为燃烧放出热量降温，使其恢 复至初始实验温度条件。
为了实现上述发明目的实现对现有实验方法改进，保证氢气和与 甲烷的体积含量测量准确度，本发明的测定方法包包括了气体分析仪器燃烧瓶部分，实验仪器是由一组吸收二氧化碳、不饱和烃、氧气和 一氧化碳的吸收瓶，燃烧瓶及横梁、量气管、水准瓶组成。燃烧瓶是 本发明的测定方法的技术发明核心，它包含了一个加热燃烧的铂金
丝，燃烧室温度测量Pt-100热电阻、冷却循环水温度测量Pt-100热
电阻，铂金加热丝温度控制可调变压器，测量温度二次仪表构成。所 述燃烧室温度测量热电阻和铂金加热丝由燃烧瓶的下部安装到燃烧 瓶的内部，循环水系统的温度的测量在燃烧瓶外部和上部为独立的控 制单元，由温度测量热电阻对燃烧室燃烧温度和燃烧反应后气体温度 实时进行监视与测量，燃烧实验结束后打开循环水给水系统，使燃烧 后气体温度迅速的下降至实验初始状态，铂金加热丝的温度控制部 分，燃烧室及循环水的温度控制由独立的控制开关和二次温度表组 成。以上彻底解决氢气和甲垸混合气体燃烧过程中因不完全燃烧或燃 烧温度不确定，燃烧时间短，燃烧放出的热量使吸收体积膨胀是产生 测量误差和人为误差，消除了靠操作人员观察铂金点火丝颜色来估测 加热温度的经验方法，采用循环水外套利用外部的恒温循环水迅速降 低燃烧气体放出热量，使燃烧后产生的气体温度与实验初始温度相 同，从而消除了温度变化体积膨胀，点燃燃烧温度不同是产生的不完 全燃烧，消除了分析方法的误差。
本发明吸收的次序须按照上述的顺序进行，使干扰的气体先被 吸收除去。对于甲烷和其他挥发性的饱和碳氢化合物和氢气，没有适 当的吸收剂可将它们吸收，因此只能使用燃烧法了。氢气与氧点燃燃 烧反应①全部生成物是水，甲烷与氧气的燃烧化学反应式②燃烧后成二氧化碳和水，本发明确认的两次燃烧温度分别为180.0°C±5.0 和650。C土5.0;其反应为放热反应，分别放出2.624kj/mol和 9.464kj/mol的热量；燃烧中气体体积的变化，生产的C02的体积和 燃烧时所用的02的体积都与原气体的体积之间由一定的比例关系。 通过反应②其反应前后体积变化及生成二氧化碳体积，可以得出甲烷 燃烧用氧量是甲烷体积二倍，其燃烧后产生同体积的二氧化碳，因此 反应前体积和反应生成二氧化碳的体积数相同，通过二氧化碳的含量 来换算甲烷含量，而氢气与氧气反应后生成水蒸气冷凝成水，其体积 假设为零，可以推导出氢气含量的计算公式。比较本发明的氢气和甲 垸燃烧测定方法与现有的方法，氢气与氧气的燃烧反应温度条件及甲 烷与氧气燃烧反应的温度条件下，对燃烧温度进行了监视和测量，结 果表明其燃烧温度不同对分析测量的结果影响较大，其中甲烷的误差 来源是由爆炸后剩余燃气经碱溶液吸收后求得，爆炸后的水蒸气未经 完全冷却，经过碱溶液体积縮减导致甲烷含量升高；其次甲烷燃烧后 生成的二氧化碳经氢氧化钾溶液吸收后体积縮减量折成甲烷致使结
果偏高。氢气测量结果偏高或低原因是甲烷的裂解和不完全燃烧产生 的积炭和氢气引起的误差，由于爆炸燃烧时取氧气量少产生了不完全 燃烧，现有爆炸法高频火花瞬间的温度过高产生了一些副反应。为了 减少和消除上述的测量误差，本发明对现有的测量方法原理和仪器装 置之燃烧瓶发明设计，克服了燃烧瓶爆炸区域小，氧气取样量少混合 不均匀问题，燃烧室内温度采用温度传感器对实验过程进行实时的监 视与测量，以保证燃烧点燃的最佳温度条件；同时在燃烧瓶外层设计了循环水降系统，保证满足燃烧温度条件和燃烧后气体温度迅速下降 还原到初始温度状态，减少燃烧时放出热量使气体温度升高产生的误
本发明分析方法具有较好的重复性和方法更精确，其分析方法适 用与各种人工燃气的组分分析，采用气体分析仪作为一种经典化学式 手动分析仪器，具有结构简单、价格便宜、维修容易等。
燃烧瓶结构设计与改进，在燃烧瓶上口设计安装了一支PT-100
温度传感器和循环水降温水出入口 ，与混合气体燃烧瓶采用橡胶塞连
接和密封，用以测量燃烧室温度和冷却循环水接口；扩大燃烧室容积
保证在燃烧室内氧气充分预热和与混合气完全充分燃烧，燃烧室的温 度测量传感器从燃烧瓶下部铂金丝燃烧管连接口处，将传感器插入燃 烧室内，燃烧时产生的大量热量通过冷却循环水使其迅速的降至原实 验温度，利用一个两点循环的测温表实时监视燃烧室和循环水的温
度。燃烧瓶是由样气进/出口、旋塞、浮子、钼金丝、PTl-100和PT2-100 温度传感器、冷却循环水夹套、胶塞密封口和温度控器部分组成。铂 金点燃丝为蛇形环状金属丝，其直径为0.3毫米铂金制成，有效宽度 12毫米，采用耐高温的石英玻璃管从燃烧瓶下部插入燃烧瓶；温度 传感器为两只PT-100热电阻，测量温度范围在0—45(TC，热电阻直 径为3.0毫米，有效长度160/45毫米， 一支测量燃烧室温度其测温 点在铂金丝上端约1毫米处，燃烧瓶下部有密封胶塞孔热电阻及铂金 丝导线从下部引出；燃烧瓶外层为循环水夹套并设一支PT-100温度 传感器测量循环水温度，在燃烧瓶上部引出冷却水出入口，入口与设在仪器上端的一个水槽连接，出口排入下水或回收再利用，
按照实验要点和操作步骤要求，首先准确的取一定量的氧气于混 合气体燃烧瓶中，接通电源铂金丝变红开始预热，两只PT-IOO温度 传感器即测定燃烧室温度和冷却水温度，当温度升至设定温度时必须 将氧气预热3分钟，在将分析样气缓慢的打入混合气体燃烧瓶内，第
一次氢气燃烧，继续升温至第二设定温度28(TC时则甲垸及垸烃化合 物开始燃烧，反复吸收3-5次，关闭电源后继续反复吸收3-5次，这 时打开循环水系统使之迅速降低燃烧室的温度，当温度表显示的二点 循环温度相近时方可以读数。
燃烧瓶是由样气进/出口①、旋塞和浮子②、冷却水出入口③、 燃烧瓶外水夹套④、铂金点燃丝⑤、PT 1-100温度传感器⑥、PT2-100 温度传感器⑦、⑧、密封胶塞(D、⑩组成；其中铂金点火丝⑤和PT 1-100温度传感器⑥导线从燃烧瓶下部引出通过胶塞密封(D，铂金点 燃丝为蛇形环状金属丝，其直径为0.3毫米铂金制成，打开有效宽度 10毫米，材质采用耐高温的石英玻璃管，防止温度的急剧变化发生 炸裂，PT 1-100热电阻，测量温度范围在0—450°C，热电阻直径为 3.0毫米，有效长度为160毫米，为防腐不锈钢制作，防止燃烧瓶内 部硫酸溶液对其腐蚀，其测温点在铂金丝侧端约1毫米处；燃烧瓶外 部燃烧区域粘贴一层防爆膜⑧，可以有效的预防爆炸意外发生，燃烧 瓶最外层为循环水夹套④在燃烧瓶的上口用一个胶塞密封，分别的用打孔器钻3个小孔其中两个作为冷却循环水进出口③，迸水插入水套 的下部，出口与胶塞平行，出口孔径大于进水孔径，进水在仪器是上 部设置一个水槽，其水温度与实验室温度一致，实验前可以将水提前 储存一定水温与室温相近，另外口插入PT2-100温度传感器测定循环 水的温度，通过循环水使其迅速降低气体燃烧过程中放出大量热量， 保证燃烧后气体温度和产生的水蒸气快速冷凝至室温。因为气体的温
度每变化1. (TC气体的体积改变土O. 35%，采用循环冷却水保证了将 燃烧室和燃烧后的气体温度迅速下降，并使其始终处于常温状态。混 合气体燃烧瓶样气进/出口①与气体分析仪横梁相连接，由旋塞和浮 子②与仪器水准瓶和量气管控制其液位的高度。实验过程中首先打开 旋塞②将量取一定量的氧气送人燃烧瓶中，关闭旋塞后接通加热电源 后铂金丝开始由暗变红，这时燃烧室的温度开始升温当达到145. (TC ±5. 0时恒定2-3分钟时要求充分预热，然后将一定量的待分析气体 缓慢的送人燃烧瓶中，同时在燃烧瓶内会产生爆炸，反复吸收3-4次， 继续给铂金丝加大电流，使燃烧室温度升至28(TC士5.0时，反复的 吸收3-5次，注意一定不能将硫酸溶液淹没铂金丝，反复吸收2-3关 闭电源，同时打开冷却循环水，缓慢的吸收3-5次可以将硫酸溶液高 度缓慢的提升直至旋塞和浮子下端，当测量到两点温度与室温接近时 量取其体积并读数；同理将剩余的待分析试样取一定的体积量，进行重复实验，两次平行实验的实验结果"重复性"必须满足氢气1.0%，
甲烷2. 0%要求证明实验任务结束。
根据本发明的气体燃烧瓶与现有实验仪器组合成一台气体分析 仪器，
实验方案以我厂焦炉煤气作为样气，测定其煤气中氢气和甲烷含
量(l)准确量取25-30毫升的氧气打入燃烧瓶中，(2)开始给铂金丝通 电使氧气充分预热，当燃烧室温度在28(TC时，从15%硫酸吸收瓶量 取IO毫升左右试样缓慢送入燃烧瓶内，反复燃烧吸收6-7次，(3)继 续升温至80(TC反复燃烧吸收6-7次，关闭电源继续反复吸收4-5次， 同时打开冷却水系统使燃烧气迅速降温至室温条件，(4)将燃烧反应后 的气体送入氢氧化钾溶液中吸收除去二氧化碳，并记录上述实验过程 的取样数值和每次的读数，然后根据计算公式计算氢气和甲烷的含
实验方案(-)纯氢气的含量测定
实验目的验证气体燃烧瓶对已知氢气气体含量测量。 实验过程取一定量的氢气(纯度99. 9%)存入7#硫酸吸收瓶内对 其含量测定，(l)准确量取25-30毫升的氧打入燃烧瓶中，(2)接通电源 开始给铂金丝通电使氧气充分预热，当燃烧室温度大约145t:时恒定 2分钟，从15%硫酸吸收瓶量取一定量的氢气对仪器的横梁系统置换 2次，准确的量取10毫升左右氢气缓慢送入燃烧瓶内，开始会有强 烈的爆炸反应2-3次，迅速的反复吸收5-6次，(3)将温度仪的上限温 度设定为15(TC，由于爆炸燃烧放出的热量温度不断的上升钼金丝源则自动关闭，继续反复吸收3-4次，同时打开冷却水系统使燃烧室 温度迅速降温至室温条件，(4)当燃烧室的温度与冷却水的温度相近 时，将燃烧反应后气体送入量气管内测量其燃烧后的体积，并记录上 述实验过程的每次量取气体体积数值和准确读数数值，并根据反应原 理和计算公式计算氢气含量。
实验方案(二)测定天然气中甲烷含量
实验目的以天然气(甲烷含量95.0%以上)利用混合气体燃烧 瓶，测量甲垸及烷烃化合物的含量，由于天然气中不含有氢气，因此 可以检验烷烃化合物的含量，并通过燃烧实验验证烷烃化合物的燃烧
温度条件。(l)准确量取30-40毫升氧气打入燃烧瓶中，(2)开始通电 使氧气分预热，当燃烧室温度达到80(TC时，量取10毫升左右试样 缓慢送入燃烧瓶，反复燃烧吸收6-7次，关闭电源继续反复吸收4-5 次，打开冷却水系统降温，(4)将燃烧反应后的气体送入氢氧化钾吸 收瓶中吸收除去二氧化碳，根据计算公式计算可以计算出甲烷的含 量。通过上述方案(-)和(二)的对比实验其实验结果的重复性和重现性基 本符合实验方法精度要求。
实验方案(三)以焦炉煤气作为样气测定其煤气中氢气和甲烷含量 (l)准确量取25-30毫升的氧气打入燃烧瓶中，(2)开始给铂金丝通电使 氧气充分预热，当燃烧室温度在28(TC时，从15%硫酸吸收瓶量取 10毫升左右试样缓慢送入燃烧瓶内，反复燃烧吸收6-7次，(3)继续 升温至80(TC反复燃烧吸收6-7次，关闭电源继续反复吸收4-5次， 同时打开冷却水系统使燃烧气迅速降温至室温条件，(4)将燃烧反应后的气体送入氢氧化钾溶液中吸收除去二氧化碳，并记录上述实验过程 的取样数值和每次的读数，然后根据计算公式计算氢气和甲烷的含
同理采用氢气和甲烷分离的实验装置，用氧化铜燃烧吸收方吸
收气体中的氢气即化学方法方程式H2 + Cu0 二 Cu + H20将剩余
的气体利用燃烧瓶测定煤气中甲垸a)量取3-4倍于试样的气打入燃
烧瓶中，(2)开始给铂金丝通电使氧气充分预热，当燃烧室温度在650 "C时，从15%硫酸吸收瓶量取10毫升左右试样缓慢送入燃烧瓶内， 反复燃烧吸收6-7次，继续升温至80(TC反复2-3次，关闭电源继续 反复吸收4-5次，同时打开冷却水系统使燃烧气迅速降温至室温条 件，(4)将燃烧反应后的气体送入氢氧化钾溶液中吸收除去二氧化碳， 并记录上述实验过程的取样数值和每次的读数，然后根据计算二氧化 碳的量换算出甲烷含量。
综上所述，本发明气体分析方法中的燃烧瓶，目的是解决现有实 验方法在燃烧过程中存在的人为误差和仪器误差，消除二元气体混合 爆炸燃烧过程中重复性差及爆炸燃烧时可能发生超出爆炸极限等不 安全因素，减少实验仪器的系统误差和操作误差，改进的燃烧瓶在实 际工作应用中受到了较好的效果，满足了对不同燃气组分检测要求。 气体分析仪作为一种经典的化学式手动分析仪器，具有结构简单、价 格便宜、维修容易等优点，该仪器一直在实验室里广泛应用着，常用 于C02、 02、 CO、 H2、烃类等的含量测定。其原理是利用溶液吸收法 来测定CO、 C02和02， CH4和H2用爆炸燃烧法测定，剩余气体为N2。由于通过计算机检索索和技术査新，在实验室内利用混合气体燃烧瓶 对实验方法的重复性与再现性进行了大量的实验和数据统计分析，验 证性的评价现行测定方法的精度是否符合要求，通过多次用此方法对 同一试样和不同试样进行大量的实验分析，计算出了实验室之间对不 同气体的对比的重复性和再现性，其测定数据表明该实验的精度符合 现有测定方法的精度要求，本发明的混合气体燃烧瓶可以满足现有实 验方法和仪器精度要求。该发明混合气体燃烧瓶具有设计结构合理， 实验方法简单方便，克服了原燃烧瓶爆炸区域狭小氧气混合不均匀， 燃烧室燃烧温度采用PT-100温度传感器对燃烧实验过程进行实时的 监视与测量，保证燃烧点燃最佳温度条件，在燃烧瓶燃烧室外层设计 了循环冷却水系统和增加了一层安全防爆膜，可以保证满足实验过程 燃烧温度条件和燃烧后气体温度迅速下降还原到初始温度状态，有效 防止气体与氧混合比例超爆炸极限上限时爆炸伤人事故，消除了玻璃 仪器易爆炸四裂的安全隐患及不安全因素，同时减少爆炸燃烧时产生 的热量使气体温度升高产生的体积误差。按照上述发明内容制定了实 施技术方案，第一解决混合气缓慢燃烧时燃烧时温度监视与测量问 题，保证取氧量和氧气的充分预热温度和时间，控制氧气不足时气体 混合不均匀可能产生不完全燃烧或超爆炸极限；第二设计新型的燃烧
瓶增加一套循环冷却水系统，保证满足实验过程燃烧温度条件和燃烧 后气体温度迅速恒定，减少爆炸燃烧时产生的热量使气体温度升高产
生的体积误使测量误差；第三在燃烧室的外层增加了一层安全防爆 膜，有效防止气体混合时达到爆炸极限上下限发生爆炸伤人事故。保证实验结果准确合理测量重复性满足精度要求，同时縮短检验分析时 间，降低了实验人员的工作强度和安全系数。按照上述发明内容制定 了实施技术方案，第一解决混合气缓慢燃烧时燃烧时温度监视与测量 问题，保证取氧量和氧气的充分预热温度和时间，控制氧气不足时气 体混合不均匀可能产生不完全燃烧或超爆炸极限；第二设计新型的燃 烧瓶增加一套循环冷却水系统，保证满足实验过程燃烧温度条件和燃 烧后气体温度迅速恒定，减少爆炸燃烧时产生的热量使气体温度升高 产生的体积误使测量误差；第三在燃烧室的外层增加了一层安全防爆 膜，有效防止气体混合时达到爆炸极限上下限发生爆炸伤人事故。保 证实验结果准确合理测量重复性满足精度要求，同时縮短检验分析时 间，降低了实验人员的工作强度和安全系数。
权利要求
1、一种人工燃气组分中氢气和甲烷的测定方法，其特征在于a、取已经吸收了CO2、O2、CnHm、Co的混合气体和O2，其中包含H2、CH4和N2的混合气体与O2的比例为1∶3～4；b、首先将O2置于燃烧瓶中，将燃烧瓶内部温度升至180℃，保持10～15秒，然后在保持此温度的基础上放入含有H2、CH4和N2的燃气混合气，对其中H2进行吸收；c、将燃烧瓶中的温度升至650℃，对其中CH4进行吸收；d、最后降低燃烧瓶内温度至常温状态，吸收产生的CO2和量取燃烧后体积。
2、 根据权利要求1所述的人工燃气组分中氢气和甲垸的测定方 法，其特征在于在燃烧瓶中吸收H2和CH4气体时分成两步进行， 并且每步至少反复吸收4 5次。
3、 根据权利要求1中所述的燃烧瓶，包括燃烧室(12)、燃烧 室(12)连接的液位平衡器(8)、燃烧室(12)上有气体进出口 (10) 和旋塞(9)、燃烧室(12)底端是燃烧室密封底座(13)，其特征在 于在燃烧室(12)的外部是冷却水套(11)，冷却水套(11)底端 与燃烧室密封底座(13)固定，气体进出口 (10)和旋塞(9)置于 冷却水套(11)上部，在冷却水套(11)上端是冷却水密封口 (6)， 安装有冷却水进口 (1)和冷却水出口 (2)，在冷却水套(11)上有 冷却水测温热电阻(3);铂金丝保护管(7)和燃烧室测温热电阻(5) 穿过密封底座(13)置于燃烧室(12)内部，在铂金丝保护管(7)内部有铂金加热丝(4)。
全文摘要
一种人工燃气组分中氢气和甲烷的测定方法，属于化学化工领域。本发明的目的是既减少成本可以满足现有的中小规模的化工、煤气等企业燃气质量检测分析要求，又可以达到测量精度和测量可重复性的人工燃气组分中氢气和甲烷的测定方法。本发明取已经吸收了CO₂、O₂、CnHm、Co的混合气体和O₂；将O₂置于燃烧瓶中，将燃烧瓶内部温度升至180℃吸收H₂；再燃烧瓶中的温度升至650℃，对其中CH₄进行吸收；最后降低燃烧瓶内温度至常温状态，吸收产生的CO₂和量取燃烧后体积。本发明提出了一种新的人工燃气主组分测量方法，它与现有的测量方法相比较，具有较突出的实用性之特点，可以满足现有的中小规模的化工、煤气等企业燃气质量检测分析要求。
文档编号G01N7/00GK101520393SQ20091006672
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者煦 韩 申请人:煦 韩