专利名称：一种合成氨触媒还原水汽浓度测定方法
技术领域：
本发明涉及一种水汽浓度的测定方法，特别是涉及合成氨用触媒还原过程中合成循环气水汽浓度的测定方法。
背景技术：
合成氨生产用的触媒主要成分是Fe3O4，进行合成氨生产之前，要对触媒进行升温还原，使其逐步转化成Fe，反应如下
在进行触媒升温还原时，要控制合成循环气中的水汽浓度不超过1.0g/Nm3。
触媒还原质量的好坏关乎合成氨系统生产稳定地大局，而合成氨触媒还原过程中水汽浓度的测定是控制升温还原的依据，因此，准确测定合成循环气中水汽浓度就成了问题的关键。
合成氨触媒还原过程中水汽浓度的传统测定方法是碱石棉吸收称量法，其原理是让样气通过装有碱石棉的U形管，对水分进行吸收，根据通过气体的体积和增重算出水汽浓度。但是在实践中发现，这种方法的检测结果与实际相差甚远，测定结果偏低，在出水高峰期(NH3含量增高)时，甚至会出现负值，给工艺控制带来盲目性，不能正确指导工艺控制，影响了触媒的控温还原，进而影响了触媒活性的发挥和合成氨生产的稳定大局。
三、技术内容
本发明的目的是提供一种准确度高，误差小的合成氨触媒还原水汽浓度测定方法。
本发明是利用合成循环气中的水汽能够定量地与电石反应生成乙炔气的原理进行测定的。
具体的测定方法是将采集的合成循环气样气定量地通过装有电石的反应器，使样气中的水汽与电石反应生成乙炔气和Ca(OH)2，根据通气前后反应器增加的质量和通过的气体量，以下述公式计算出样气中的水汽浓度(g/Nm3)
CH2O＝3.6×(m2-m1)×(1-NH3％)×T×p0/[(p-pw)×V×T0]
式中
3.6——换算系数；
m2-m1——通气前后反应器增加的质量，g；
V——通气体积，m3；
T——测量系统温度，K；
T0——标准状态下的温度，K；
p——测量系统压力，Pa；
pw——T温度下水的饱和蒸汽压，Pa；
p0——标准大气压，Pa；
NH3％——样气中NH3的体积百分含量。
本发明测定方法的准确度与水汽是否与电石完全反应转化为乙炔气即水汽的转化率有关，而水汽的转化率与电石的粒度有直接关系。实验结果显示，当电石的粒度为1～2mm时，水汽的转化率最高。结果见表1
表1 不同粒度电石的水汽转化率试验结果
通过电石的样气流速应控制在200～300mL/min之间。
经电石转化后的样气，需经除氨处理后，再进行流量测量，具体是将样气通过50％的H2SO4溶液中除氨。
碱石棉吸收称量法，吸收水分属于物理吸附，样气中的水分在通过碱石棉吸收管时存在有两个平衡，一是碱石棉的吸附平衡，一是与样气中氨的化学平衡。随着触媒升温还原过程的进行，系统中不断产生氨，使氨含量不断升高，水分与氨的化学吸附越来越强，严重时碱石棉不仅不吸收水分，而且已吸附的水分还可能被带出，造成测量出现负值。与碱石棉吸收称量法相比较，电石转化重量法通过电石与水汽的化学反应，使水汽完全转化，测量准确度高，误差小。
本发明采用称重法测量样气中的水汽浓度，测量不受样气中其它组分的干扰，方法经济简单，准确度高，易于推广。
经电石转化石的样气还可以通过采用气相色谱法测定样气中乙炔气浓度来换算为水汽浓度。但是当合成循环中甲烷气浓度大于9％时，甲烷色谱峰将会掩盖乙炔色谱峰，不宜采用色谱法，而此时由于重量法测量不受样气中其它组分的干扰，仍然适用，因此适用范围宽，可以弥补色谱法的不足。
四
图1是本发明样气中水汽吸收转化测量装置示意图。
五具体实施例方式
实施例1
合成循环气样气的水汽吸收转化测量如图1所示，从合成塔出口采集的样气通过稳压阀(1)通入反应管(2)中，反应管(2)中装有过量的电石，电石粒度1-2mm，反应管(2)连接除氨装置(3)和湿式流量计(4)，最后样气由集气管收集。除氨装置(3)中装有50％的H2SO4溶液。
测量时，先称量反应管(2)的质量m1，调节湿式流量计(4)，使样气以250mL/min的稳定流速连续通过反应管(2)，30分钟后，将样气通过放空阀放定，称量反应管(2)的质量m2，并记录30分钟通过反应管(2)的样气体积V，以下述公式计算样气中的水汽浓度(g/Nm3)
CH2O＝3.6×(m2-m1)×(1-NH3％)×T×p0/[(p-pw)×V×T0]
式中
3.6——换算系数；
m2-m1——通气前后反应器增加的质量，g；
V——通气体积，m3；
T——测量系统温度，K；
T0——标准状态下的温度，K；
p——测量系统压力，Pa；
pw——T温度下水的饱和蒸汽压，Pa；
P0——标准大气压，Pa；
NH3％——样气中NH3的体积百分含量。
实施例2
采用实施例1分析方法对合成氨触媒还原过程进行水汽浓度测定和监控。合成塔内共装入14.6吨触媒进行升温还原，理论计算还原过程出水量应为4307公斤，实际升温还原过程中的排水量为4086公斤。根据实施例1分析方法检测水汽浓度，计算出合成氨触媒还原过程出水量为4004公斤，测定回收率达到98％，证明实施例1测定方法准确可靠，同时在工艺控制中又能随时显示出水趋势，指导工艺控制，具有较强的实用性。
权利要求
1、一种合成氨触媒还原水汽浓度测定方法，其特征是将采集的合成循环气样气定量地通过装有电石的反应器，使样气中的水汽与电石反应生成乙炔气和Ca(OH)2，根据通气前后反应器增加的质量和通过的气体量，以下述公式计算出样气中的水汽浓度(g/Nm3)
CH2O＝3.6×(m2-m1)×(1-NH3％)×T×p0/[(p-pw)×V×T0]
式中
3.6——换算系数；
m2-m1——通气前后反应器增加的质量，g；
V——通气体积，m3；
T——测量系统温度，K；
T0——标准状态下的温度，K；
p——测量系统压力，Pa；
pw——T温度下水的饱和蒸汽压，Pa；
p0——标准大气压，Pa；
NH3％——样气中NH3的体积百分含量。
2、根据权利要求1所述的水汽浓度测定方法，其特征是所述的电石粒度为1～2mm。
3、根据权利要求1所述的水汽浓度测定方法，其特征是样气通过电石的流速应控制在200～300mL/min。
4、根据权利要求1所述的水汽浓度测定方法，其特征是经电石转化后的样气经除氨处理后，再测定流量。
5、根据权利要求4所述的水汽浓度测定方法，其特征是将样气通过50％的H2SO4溶液中除氨。
全文摘要
一种合成氨触媒还原水汽浓度测定方法，是将采集的合成循环气样气通过电石，使样气中水汽与电石反应，生成乙炔气和Ca(OH)2，根据通气前后反应器增加的质量和通过的气体量，计算样气中的水汽浓度，从而对合成氨触媒的升温还原进行监控。本发明确立的电石转化重量法测量水汽浓度分析方法，测量准确度高，检测方法简单，不受样气中其它物质的干扰，具有较强的实用性。
文档编号G01N5/02GK1396443SQ0210490
公开日2003年2月12日 申请日期2002年3月7日 优先权日2002年3月7日
发明者朱林才, 黄苏河, 段润娥, 张爱民, 荆菊平, 张香桃, 张向英 申请人:山西焦化集团有限公司