消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理装置及方法与流程

本发明涉及一种以紫外荧光法原理实现的硫元素分析仪的前置处理装置及方法，能够消除样品中高浓度氮元素对硫元素含量的分析结果。
背景技术：
：当前石化行业产品的硫元素分析的方法有很多，其主要的有：gb/t380-1977(2004)《石油产品硫含量测定法(燃灯法)》、gb/t387-1990《深色石油产品硫含量测定法(管式炉法)》、gb/t388-1964《石油产品硫含量测定法(氧弹法)》、sh/t0689-2000《轻质烃及发动机燃料和其他油品的总硫含量测定法(紫外荧光法)》、gb/t11140-2008《石油产品硫含量的测定单波长色散x射线荧光光谱法》、sh/t17040-2008《石油产品硫含量测定法(能量色散x射线荧光光谱法)》等等。紫外荧光法硫元素分析方法在众多的测量规范和标准方法中，是唯一的仲裁方法；与之对应的国际标准是：《astmd5453-09轻质烃类、点燃式发动机燃料、柴油发动机燃料和发动机润滑油中总硫含量测定法(紫外荧光法)》。目前，紫外荧光法硫元素分析仪对于上述样品中高含量(氮元素质量分数大于0.3％)氮元素对低含量硫元素所带来的分析影响均无有效消除和抑制处理方法和专门的装置。上述样品中除了含有待分析的硫元素以外还含有大量的氮元素，在紫外荧光法硫元素分析仪中的样品均采用高温裂解的方式将样品中的硫元素进行催化氧化，从而生成待测的含有二氧化硫(so2)样品气。但在此过程中样品中的氮元素也在同样的条件下被催化氧化为氮氧化物(主要是一氧化氮(no)和二氧化氮(no2))，其中一氧化氮在紫外荧光检测器中也会在紫外光线的照射下被激发，再次回到稳定态时会发出荧光，这部分光(干扰信号)与硫元素所形成的荧光(有用信号)一起最终到达光电转换器形成总的电信号被输出。这样就严重的影响了硫元素分析的最终结果，测量值会大幅偏高。如果采用复杂的样品化学前处理方式的话，一方面操作要求高，过程复杂；另一方面在对样品处理的同时也会对待测的硫元素产生影响和损失，最终也不能得到准确的测量结果。技术实现要素：本发明提供一种消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理装置及方法，解决上述技术问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理装置，其特征是包括：臭氧发生器；三通反应管，其第一入口与所述臭氧发生器的出口相连，其第二入口连接有样品气进口管路，用于接入经过高温催化氧化后的样品气，三通反应管的出口则连接样品气出口管路，用于将样品气送入硫元素检测装置。所述的消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理装置，其中：所述臭氧发生器的入口连接的氧气进口管路上设有限流管。所述的消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理装置，其中：所述氧气进口管路连接至氧气钢瓶。所述的消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理装置，其中：所述样品气进口管路连接在硫元素分析仪的高温裂解及干燥处理设备的下游，所述样品气出口管路连接在所述硫元素分析仪的硫元素检测设备的上游。本发明还提供一种消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理方法，其特征在于：将经过高温催化氧化后的样品气与臭氧发生反应，然后对经过反应的样品气进行硫元素检测。所述的消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理方法，其中：所述经过高温催化氧化后的样品气是在硫元素分析仪的高温裂解及干燥处理环节所产生的，所述硫元素检测步骤是在所述硫元素分析仪的硫元素检测环节中进行。本发明将通过元素分析仪生成的样品气(含no气体分子)通过与o3(臭氧)在常温下的反应，全部转化为不会在紫外线照射下产生荧光的no2(+n2)等成分，从而消除氮元素对硫元素信号的影响，同时也对硫元素的性状不产生影响。本发明连接好管路和电路，无需操作和控制，打开电源就可以使用，结构紧凑、管路清晰，所使用的元器件简单、性能可靠、使用寿命长。另外本装置兼容性很好，能够连接不同类型的硫元素分析仪。附图说明图1是本发明提供的消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理装置的结构原理图。附图标记说明：1-硫元素分析仪；2-样品气进口管路；3-三通反应管；4-臭氧发生器；5-限流管；6氧气进口管路；7-氧气钢瓶；8-样品气出口管路。具体实施方式如图1所示，本发明提供一种消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理装置，其包括：氧气进口管路6，用于供应氧气；在本实施例中，是用氧气钢瓶7供应氧气；限流管5，其一端与所述氧气进口管路6相连；臭氧发生器4，其入口与所述限流管5的另一端相连，用于将氧气转化为臭氧；三通反应管3，其第一入口与所述臭氧发生器4的出口相连，第二入口连接有样品气进口管路2，三通反应管3的出口则连接样品气出口管路8；其中，所述样品气进口管路2用于接入经过高温催化氧化后的样品气；现有的硫元素分析仪1都设有高温催化氧化装置，因此可以直接从硫元素分析仪1中接入所述样品气进口管路2；所述样品气出口管路8则接回到硫元素分析仪1，进行硫元素检测步骤。因此，本发明还提供一种消除高含量氮元素影响的硫元素分析辅助处理方法，是将经过高温催化氧化后的样品气与臭氧发生反应，然后对经过反应的样品气进行硫元素检测。较佳的实施例中，所述经过高温催化氧化后的样品气是在硫元素分析仪1的高温裂解及干燥处理环节所产生的，所述硫元素检测步骤是在所述硫元素分析仪1的硫元素检测环节中进行。本发明的工作原理是，将本发明添加在硫元素分析仪1高温裂解及干燥处理环节(设备)和硫元素检测环节(设备)之间，使得由第一入口进入三通反应管3的臭氧能够与由第二入口进入三通反应管3的样品气发生反应，消除氮元素的影响，再将反应后的样品气由三通反应管3的出口进入硫元素检测环节。其中，本发明消除氮元素影响的基本原理如下：r-n+o2→no+no2+n2o+co2+h2o(1)no+o3→no2(+n2)+o2(2)反应式(1)为样品中高含量的氮化合物在高温裂解管中与氧气反应后所生成的各种物质。如果没有本发明，这些气体(除水外，有除水装置去除样品中水分)会随着载气直接进入紫外荧光硫元素检测器中，其中no气体分子在检测器的紫外光源的照射下被激发，被激发的no气体分子回到稳定态时会发出荧光，被硫元素检测器中的光电转换器接收到，形成非常大的干扰信号，这就是高浓度氮元素样品干扰硫元素检测的基本过程。本发明通过反应式(2)的原理，将通过元素分析仪生成的样品气(含no气体分子)通过与o3(臭氧)在常温下的反应，全部转化为不会在紫外线照射下产生荧光的no2(+n2)等成分，从而消除氮元素对硫元素信号的影响，同时也对硫元素的性状不产生影响，最终达到本发明的目的。其中，所述三通反应管3中的压力基本由硫元素分析仪1的样品气管路(载气)决定(一般都在0.1-0.3mpa之间)，载气流量一般不超过600ml/min，本设备采用的臭氧流量为20-30ml/min左右。本发明的实际使用效果如下表所示：样品(ppm)检测结果(ppm)备注s55.01无本发明装置s109.98无本发明装置s54.97有本发明装置s109.95有本发明装置n50012.1无本发明装置n5000.02有本发明装置s5+n50016.8无本发明装置s10+n50021.9无本发明装置s5+n5005.11有本发明装置s10+n50010.2有本发明装置说明：①s5：浓度是5mg/l的硫元素标准样品②s10：浓度是10mg/l的硫元素标准样品③n500：浓度是500mg/l的氮元素标准样品④标准样品均为石油化工科学研究院生产相比之下，本发明具有如下优点：本发明采用纯氧(钢瓶氧气，纯度要求99.99％)作为臭氧的制备气源，电晕方式产生臭氧，使得制备的臭氧浓度很高，且制备速度完全满足样品气流动速度，能够保证臭氧与样品中的氮氧化物完全反应，从而使得样品在紫外荧光检测器中的氮氧化物荧光干扰降到最低，这种技术方案相对现有技术更直接、更彻底、更简单；而且不会带来样品损失和二次污染。本发明装置在结构实现上也采用了简单直接、成本低廉、运行可靠的方式。为保证臭氧发生器4所产生的臭氧流速与浓度均满足样品气流与氮氧化物的反映速度相匹配，在氧气入口处采用限流管5的方式对流入臭氧发生器4的流量进行调定。另外，为了避免样品的损失(so2气体在特定的条件下容易与金属发生反应或被其吸附)，管路(含接头等)在材质上均选择惰性非金属(peek、聚四氟乙烯、石英等)，最大限度的降低由于本装置的引入而带来的测试数据的误差。综上所述，本发明连接好管路和电路，无需操作和控制，打开电源就可以使用，结构紧凑、管路清晰，所使用的元器件简单、性能可靠、使用寿命长。另外本装置兼容性很好，能够连接不同类型的硫元素分析仪1。当前第1页12