气氨快速测定法研究

唐 雪

（四川泸天化股份有限公司，四川泸州 646000）

合成氨工艺中，每次原始开车过程中都要用气氨对氨冷系统进行置换，工艺要求气氨含量达到90%（v/v）以上为合格。气氨分析比较经典的方法是吸收滴定法，方法准确度高，但分析步骤繁琐分析时间长，不适合工艺开车过程中的快速分析要求。本文主要探讨用1+3硫酸作吸收剂，现场用快速吸收法分析气氨含量。

1 实验部分

1.1 方法原理

用1+3硫酸吸收气氨，根据吸收前后气体体积之差，直接在快速吸收管上读出其体积分数。

1.2 仪器与试剂

（1）快速吸收管：吸收管体积100mL，其中90～100mL处刻度为0.1mL，允许误差0.02mL，0～90mL 处刻度为2.0mL（刻度根据实际工作需要可定制，因氨含量指标是90%，故90～100mL 处刻度为0.1mL）。

（2）1+3硫酸溶液110mL。

1.3 测定步骤

先检查确认快速吸收管（见图1）各部件完整、无损、无漏气，方可取样分析。将两通旋塞A、B 开启，用橡皮管将旋塞B 处的玻璃管与取样阀连接，用样品气充分置换测定仪及连接管道（置换用气应大于被置换容器容积的10倍）。先关闭旋塞A，再关闭旋塞B，取下橡皮管。迅速旋转旋塞A 数次，使容器内的压力与大气压相平衡，确保体积的一致性。向滴液漏斗D 中加入110mL 1+3硫酸溶液。缓缓开通旋塞A，使1+3硫酸溶液流入吸收器C 至不再流入，表明吸收完毕，关闭旋塞A，读取吸收器中液面所指的刻度，即为气氨的体积分数。

图1 快速吸收管

1.4 结果计算

以体积分数（%）表示的气氨（以NH3计）含量，按下式计算：

式中：V为吸收后吸收器C液面所指刻度，mL。

1.5 注意事项

（1）各旋塞不得漏气。

（2）1+3硫酸溶液应滴加甲基红指示剂防止过量吸收。

（3）气氨纯度低于90%的气样只能粗步判定结果。

（4）置换吸收器C 置换体积要够，确保置换彻底。

（5）配制和更换使用1+3硫酸溶液时应佩带手套防止酸烧伤皮肤。

（6）废酸液应中和后排放。

2 方法对比

2.1 吸收滴定法简介

2.1.1 方法原理

根据酸碱中和原理，使含氨气体连续通过已知浓度、一定体积的硫酸标准溶液，用甲基红作指示剂，过量硫酸用氢氧化钠标准溶液滴定，根据氨与硫酸标准溶液反应消耗体积和残余气体体积，计算气体中氨含量。

2.1.2 操作步骤

用移液管准确移取一定体积硫酸标准溶液于250mL 吸收瓶中，加甲基红指示剂2滴及蒸馏水，使液面达1/2高度；把吸收瓶进口与样气管相接，吸收瓶出口与流量计入口管相接；使样气缓慢通过吸收瓶，当残气体积达到1.0L 时即停止通气，记录样气温度和大气压力。吸收瓶中剩余硫酸用氢氧化钠标液滴定至终点。

2.1.3 结果计算

2.1.4 氨 %=C1V1-C2V2×22.08V0f+C1V1-C2V2×22.08×100

式中：

V1为移取硫酸标液体积，mL

C1为硫酸标液的摩尔浓度，mol/L

V2为氢氧化钠标液消耗体积，mL

C2为氢氧化钠标液的摩尔浓度，mol/L

V0为残余气体体积，ml

22.08为标准状态下，1mmol 氨气气体体积，mL

f为气体换算为标准状态下的体积校正系数，f=p×T0p0×T

p为大气压，MPa

T为气体温度，K

p0为标准大气压，MPa

T0为绝对温度，K

2.2 方法讨论与对比

（1）方法原理：吸收滴定法和快速吸收法都是利用氨与硫酸定量反应。吸收滴定法增加了氢氧化钠与硫酸的返滴定，并且涉及标准状态气体体积转换计算，吸收滴定法较快速吸收法复杂。

（2）分析步骤：吸收滴定法需要现场吸收操作，并用流量计测残余体积，由于氨含量高，残余体积小，吸收时间较长，一般都需要30min 左右，而且剩余硫酸还要用氢氧化钠标液进行返滴定。而快速吸收法只需在现场进行少量样气吸收，吸收时间短，现场就能出结果，整个过程仅3min 左右。

（3）结果计算：吸收滴定法计算涉及返滴定、标准状态气体转换等，计算过程比较复杂，而快速吸收法现场直读分析结果，方便快速。

（4）两种方法实际对比

利用合成车间开车的机会对吸收滴定法和快速吸收法进行比对，同一阶段不同分析方法分别测定3次，测试了三个阶段，数据见表1。

表1 3个阶段测试结果

经过计算快速吸收法三个阶段的标准偏差分别为S1=0.020，S2=0.017，S3=0.010，表明方法精密度很好。再用F检验法计算两种分析方法在三个阶段的F 值，查表均得到F值＜F（0.05，2，2），说明两种分析所得到的结果无显著性差异。而两种方法的分析时间却有很大差异，快速吸收法明显效率更高，更实用于合成氨装置开车过程中氨冷冻系统的气氨置换分析。

3 结语

作为合成氨装置的过程分析，一般都要求快速准确地报出分析结果。通过快速吸收法方法的建立以及与经典的吸收滴定法进行对比，快速吸收法测定气氨含量明显能达到快速准确的要求，值得推广。