книги из ГПНТБ / Тарасов А.И. Газы нефтепереработки и методы их анализа

Краны и соединительные гребенки. Для соединения поглоти­

ной гребенки выполняют отростки кранов поглотительных пипе­ ток. Краны эти имеют или трехходовой, или серповидный про­ ход в пробке под углом 120°.

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ, РАБОТАЮЩИЕ ПО ПРИНЦИПУ АБСОРБЦИИ

ИСОЖЖЕНИЯ

Воснову конструкции аппаратов с целью количественного определения содержания основных компонентов газовой смеси положены принципы абсорбции и сожжения. Методика анализа

70

на этих аппаратах состоит в последовательном поглощении составных компонентов газовой смеси соответствующими поглоти­ телями. Количество каждого компонента определяется по раз­ ности объемов до и после абсорбции. Непоглощающиеся компо­ ненты, горючая часть газовой смеси определяются методом сож­ жения их над раскаленной платиновой спиралью с добавлением кислорода или воздуха или над нагретой окисью меди, которая, легко восстанавливаясь, отдает свой кислород.

Аппарат Гемпеля (рис. 19, а) состоит из бюретки и поглоти­ тельной пипетки. Бюретка (рис. 19, б) смонтирована из двух трубок 1 и 2, каждая из которых укреплена в тяжелых желез-

га — аппарат Гемпеля; 6 — бюретка Гемпеля; в — пипетка Гемпеля.

ных подставках. Трубки имеют внизу отростки 3 и 4, на которые насажена резиновая трубка 5. Измерительная трубка 1 разде­ лена на 100 мл. Деления нанесены с таким расчетом, чтобы можно было отсчитывать миллиметры и их десятые доли. Нумерация идет с одной стороны шкалы снизу вверх от 0 до 100, с другой — от 100 до 0, что очень удобно при отсчете объема газа. Трубка 2, уравнительная или напорная, не имеет никаких делений.

Пипетка Гемпеля (рис. 19, в) состоит из двух стеклянных ша­ ров 1 п 2, которые сообщаются изогнутой трубкой 3. Емкость шара 1 равна —100 мл, шара 2 150 мл. К шару 2 сверху припа­ яна изогнутая капиллярная трубка 4, к концу которой прп по­ мощи каучуковой трубки присоединяется измерительная трубка 1 газовой бюретки. Поглотительная пипетка укреплена на желез­ ном или деревянном штативе.

При анализе газа на аппарате Гемпеля поглощаемые состав­ ные компоненты газовой смеси последовательно удаляются впу-

71

сканием газа в ряд газовых поглотительных пипеток, заполнен­ ных соответствующими реактивами. Таким образом, в комплект аппарата Гемпеля входит такое число пипеток, которое должно быть во всяком случае равно числу поглощаемых составных ча­ стей в газовой смеси.

Приборы Бунте и Франке еще проще; каждый из них состоит только из бюретки, которая служит одновременно и поглотитель­ ным сосудом.

Прибор Орса (рис. 20) состоит из газовой бюретки 1 емкостью 100 мл, трех поглотительных пипеток 2, соединительной гребенки

поглотительных пипеток 4—6, соединительной гребенки 11, на­ порной или уравнительной склянки 3, груши 14 и пробирки, заполненной ватой (фильтр), 15. Объем газовой бюретки 100 мл. Цилиндрическая часть бюретки 1 разделена по высоте на 50 рав­ ных по объему частей с ценой деления 0,2 мл. С левой стороны шкала имеет нумерацию снизу вверх от 0 до 50, а с правой от

50 до 100.

Измерительная бюретка 1 помещается в стеклянный цилиндр 2, заполненный водой для обеспечения постоянных температуры и объема газа в измерительной бюретке. Через краны 8—10 по­ глотительные пипетки соединены с гребенкой газоанализатора 11. С правой стороны к гребенке присоединена измерительная бюретка, с левой — трехходовой кран 12, при помощи которого трубка 13, предназначенная для отбора пробы газа, может соеди­ няться с измерительной бюреткой 1 или с резиновой грушей 14, предназначенной для просасывания газа. К трубке 13 присо­ единен фильтр 15, служащий для о ч и с т к и газа от механических

примесей.

Задние сосуды .поглотительных пипеток также соединены между собой гребенкой, которая с одного конца запаяна, а на

72

другом имеет резиновый мешочек, предназначенный для защиты реактивов от кислорода воздуха.

В напорную склянку 3 заливают 200—250 мл воды, которую слегка подкисляют, чтобы не поглощалась углекислота из анали­ зируемых газов. В пипетку 4 заливают раствор щелочи для по­ глощения углекислоты; в пипетку 5 — щелочной раствор пиро­

галлола или гидросульфита натрия для поглощения кислорода;, в пипетку 6 — аммиачный раствор полухлористой меди для по­ глощения окиси углерода.

Во всех пипетках 4—6 устанавливают уровень реактивов на одной высоте, доводя их до меток, находящихся на капиллярах под кранами. Для этого краны 8—10 закрывают, а трехходовой кран 12 ставят в положение, при котором гребенка сообщается с атмосферой. Затем поднимают напорную склянку 3 п заполняют измерительную бюретку 1 водой до верхней отметки 100, повора­ чивают кран 12 и отключают гребенку от атмосферы. После этого открывают кран 8, напорную склянку 3 медленно опускают,

73

врезультате реактив засасывается в поглотительную гшпетку 4 до отметки, после чего кран 8 закрывают. В таком же порядке поднимают реактивы в пипетках о и в. Когда все пипетки запол­ нены реактивами, заполняют измерительную бюретку запираю­ щей жидкостью. После этого прибор готов к работе. Фильтр 15 присоединяют к источнику газа. Кран 12 поворачивают так, чтобы фильтр соединился с резиновой грушей 14, и, сжимая грушу 10—15 раз, промывают газовую линию. Затем соединяют краном 12 измерительную бюретку с источником газа и, опуская напорную склянку 3, набирают в бюретку 100 мл газа. При этом уровень воды в бюретке опускают немного ниже нуля. Трехходо­ вым краном 12 соединяют бюретку с атмосферой и, медленно поднимая сосуд 3, вытесняют излишки газа из бюретки до тех пор, пока уровень воды в бюретке н в напорной склянке не уста­ новится на нуле. В этот момент кран '12 закрывают и записывают первоначальный объем Vi. Анализ удобнее начинать тогда, когда

вбюретку забрано ровно 100 мл.

Сначала определяют содержание' СОг, для чего открывают кран 8 и напорную склянку поднимают настолько, чтобы газ из бюретки весь перешел в пипетку 4. Реактив при этом поглощает углекислоту и за счет ее уменьшает объем газа.

Затем напорную склянку 3 медленно опускают и снова запол­ няют газом бюретку до тех пор, пока реактив в поглотительной пипетке 4 не поднимется до отметки под краном 8. Эту опера­ цию повторяют 2—3 раза, после чего закрывают кран 8 в момент, когда уровень реактива в пипетке 4 доведен точно до метки. Объем оставшегося газа измеряют после совмещения уровней жидкости в напорной склянке и бюретке отсчитыванием числа делений на шкале бюретки. Затем газ снова перекачивают из бюретки 1 в пипетку 4 п т. д. до получения постоянного объема оставшегося газа. Полученный после поглощения объем V2 записывают в ра­

бочий журнал. В пипетке 5 поглощают следующий компонент — кислород, после которого в пипетке 6 поглощают окись углерода.

Газоанализатор ГХ-1 широко применяется благодаря своей простоте, компактности и удобству в работе. В настоящее время по этой схеме промышленность изготовляет газоанализаторы с ме­

74

таллической гребенкой, а весь прибор помещен в железный ко­ жух (рис. 22).

Газоанализаторы ВТИ. Газы нефтепереработки являются слож­ ной, многокомпонентной смесью, поэтому полный анализ этих газов на газоанализаторе ГХ-1 провести невозможно. Для ана­ лиза многокомпонентных газовых смесей служит газоанализатор системы ВТИ (Всесоюзного теплотехнического института), схема которого изображена на рис. 23.

Газоанализатор ВТИ состоит из следующих основных частей:

1)семи поглотительных пипеток 1—7 контактного типа, со­ стоящих из двух частей и соединенных между собой на шлифе; верхняя часть пипетки заполнена стеклянными трубками неболь­ шого диаметра;

2)двойной измерительной бюретки 8, соединенной при помощи тройника с кранами 10 и 11, и резиновой трубки с напорной склян­ кой 9\

3)одной пипетки 12 для сожжения предельных углеводоро­ дов над раскаленной платиновой спиралью; концы электропро­ водов платиновой спирали, помещенной в пипетке 12, соединены

среостатом 13, регулирующим температуру накала платиновой спирали; по предложению сотрудника ВНИИ НИ А. И. Власова

75

в схему, питающую электротоком платиновую спираль, введено некоторое усовершенствование, исключающее возможность пе­ регорания спирали, что раньше случалось довольно часто;

4) U-образной трубки (петли) 18, заполненной окисью меди для сожжения водорода; трубка нагревается накидной муфель­ ной электропечью 19, температура замеряется термометром 21;5

5) распределительной гребенки 22 с 12 отростками и четырьмя кранами; через распределительную гребенку все части соеди­ няются при помощи кусочков резиновых трубок.

Поглотительные пипетки 1—7 и пипетки для сожжения пре­ дельных углеводородов 12 соединены с распределительной гре­ бенкой двухходовыми кранами, а измерительная бюретка 8 при­ соединена к четырехходовому крану 14 гребенки. Пробковый кран 14 имеет один продольный канал и один поперечный под углом 90°.

Такое расположение каналов в пробке крана позволяет со­ единять измерительную бюретку попеременно с поглотительными пипетками, с пипеткой для сожжения метана и с атмосферой. Соединительный кран 17 имеет два хода.

76

Бюретка 8, предназначенная для замера количества газа, взятого на анализ, иммет два колена: левое емкостью 80 мл и правое емкостью 22 мл\ цена деления шкалы составляет 0,05 мл. В верхней части оба колена спаяны и резиновым кусочком трубки соединены с четырехходовым краном 14 гребенки.

Чтобы уменьшить влияние температурных колебаний во время анализа, бюретку 8 помещают в заполненный дистиллированной водой кожух 20. Температуру воды измеряют термометром. Трубка 18 с окисью меди присоединена к двум трехходовым кра­ нам 15 и 16 гребенки.

Аппарат смонтирован в деревянном ящике, где все детали укреплены в специально сделанных гнездах.

При сборке газоанализатора концы стеклянных трубок не­ обходимо соединять встык, это уменьшает вредное пространство. Для соединения стеклянных трубок рекомендуется применять толстостенные эластичные резиновые трубки небольшой длины. Краны должны смазываться специальной смазкой.

При проведении более точных анализов должна определяться емкость капилляров соединительной гребенки (вредное простран­

веса принимается за емкость капилляров. Удобнее измерять объем вредного пространства заполнением этого пространства чистым кислородом с последующим вытеснением последнего в пи­ рогаллол точно замеренным в бюретке количеством чистого азота. Уменьшение объема, полученного за счет поглощения кислорода, соответствует объему вредного пространства прибора.

В газоанализаторах ВТИ при стандартном изготовлении ем­ кость капилляров гребенки обычно составляет около 1,5 мл, а в сумме с отростками, доходящими до кранов пипеток, емкость равна около 2,7 мл.

Для заполнения пипеток реактивами нижние сосуды пипеток снимают со шлифов и наполняют соответствующими реактивами.

Все поглотительные пипетки, заполненные реактивами, рас­ полагают в том порядке, который соответствует порядку опреде­ ления отдельных компонентов газа. При проведении общего ана­ лиза газов нефтепереработки пипетки заполняют реактивами и помещают в следующем порядке.

Пипетку 1 заполняют 98%-ной серной кислотой или бромной водой для поглощения суммарного содержания непредельных углеводородов; пипетку с бромной водой тщательно укрывают черной бумагой для предохранения от действия солнечного света; пипетку 2 заполняют 33%-ным раствором едкого кали для поглощения углекислоты и сернистых соединений (сероводорода и меркаптанов); пипетку 3 — раствором едкого кали для погло­ щения паров брома или БОз перед измерением объема газа; пи­ петку 4 — щелочным раствором пирогаллола пли гидросульфита натрия для определения кислорода; пипетку 5 — аммиачным

77

раствором полухлористой меди для поглощения окиси углерода 1; пипетку в — 10%-ным раствором серной кислоты для поглоще­ ния паров аммиака перед замером объема газа; пинетка 7 служит буферной емкостью. Водород определяют сожжением в трубке 18 над окисью меди, а предельные углеводороды — сожжением

впипетке 12 над раскаленной платиновой спиралью. Напорную склянку 9 заполняют насыщенным раствором хло­

ристого натрия, слабо подкисленного соляной кислотой с добав­ кой метилоранжа. Пипетку 12 для сожжения метана заполняют таким же раствором, но без добавки индикатора.

Чтобы предохранить реагент от соприкосновения с воздухом,

внпжнюю часть пипетки, заполненной пирогаллолом, заливают слой в 2—3 мм вазелинового масла или закрывают пипетку гидра­ влическим затвором. Масло не должно попадать в верхнюю часть пипетки, так как газ поглотится маслом и это приведет к ошибке

ванализе.

Ниже кранов на 5 мм на капиллярах пипеток нанесены метки, до которых во время анализа доводят уровень поглотительной жидкости. Поглотительные жидкости переводят в верхние части пипеток следующим приемом.

Поднятием напорной склянки 9 заполняют бюретку 8 насы­ щенным раствором хлористого натрия, причем кран 14 необ­ ходимо соединить с атмосферой. Закрывают краны 10, 11, 17 и краны на всех пипетках, за исключением пипетки 1, а кран 14 ставят так, чтобы левая часть гребенки была соединена с изме­ рительной бюреткой. Напорную склянку 9 опускают и откры­ вают краны 10 и 11. Запирающая жидкость в бюретке, опускаясь, будет засасывать поглотительную жидкость в верхнюю часть пипетки 1. Как только жидкость в пипетке 1 поднимется до метки, кран пипетки закрывают. Таким же приемом заполняют соот­ ветствующими растворами все остальные пипетки.

Аппарат проверяют на герметичность. Если уровень погло­ тительных жидкостей в пипетках при закрытых кранах остается постоянным в течение 10 мин., краны пипеток считаются герме­ тичными. Если уровень жидкости в какой-либо пипетке опустился ниже метки, пробку крана и его гнездо нужно тщательно промыть ацетоном или спиртом, высушить, пробку слегка смазать слоем специальной смазки, тщательно притереть и снова проверить его на герметичность. Отсутствие герметичности при повторном опробовании указывает на непригодность крана, который сле­ дует заменить.

Для проверки на герметичность краном 14 соединяют бюретку 8 с левой частью гребенки. Кран 10 закрывают, а кран 17 откры­ вают. В правое колено бюретки набирают 15—20 мл воздуха и

1 При анализе газа, содержащего значительные количества окиси угле­ рода, необходимо аммиачным раствором полухлористой меди заполнять две пипетки, одна из которых служит для контроля полноты поглощения окиси углерода.

78

закрывают кран 17. При открытом кране 11 напорную склянку 9 ставят на верхнюю нолку аппарата. По делениям бюретки за­ меряют точное количество взятого воздуха. Если в течение 10 мин. количество воздуха в бюретке не уменьшилось, то эта часть ап­ парата также считается герметичной. Если количество воздуха уменьшилось, то неплотность в соединениях или кранах нужно искать, оиробуя отдельно гребенку и бюретку описанным спо­ собом. Нужно проверить на герметичность и правую от крана 14 часть гребенки.

После проведения описанных выше работ аппарат готов для проведения анализов.

Работа на газоанализаторе ВТИ начинается с набора пробы газа в бюретку 8. Газовую пипетку или газометр, заполненные газом, присоединяют к крану 17 аппарата. Бюретку 8, предва­ рительно заполненную запирающей жидкостью до верхней метки, соединяют с левой частью гребенки при помощи крана 14. Си­ стему промывают испытуемым образцом газа, для чего, открыв кран 17 и опуская напорную склянку 9, забирают в бюретку 30—40 мл газа. Эту и следующую порции газа в таком же коли­ честве выпускают в атмосферу через продольный канал крана 14. После промывки системы для анализа набирают в бюретку ровно 100 мл газа. Одновременно с отсчетом объема газа записывают температуру и атмосферное давление.

Набор газа в бюретку через гребенку допускается только в тех случаях, когда газ содержит значительное количество азота. Анализ газа, который содержит азота меньше, чем объем вредного пространства, на приборе производить нельзя, так как после погло­ щения и сожжения всех остальных компонентов газа в приборе создается разрежение и запирающая жидкость может попасть в гребенку и в пипетки. При анализе подобных газов вредное

пространств!) прибора предварительно должно быть заполнено азотом.

При наборе газа непосредственно в бюретку вредное простран­ ство также продувают азотом. Наличие азота во вредном прост­ ранстве не отражается на точности анализа.

Азот, необходимый для продувки ирибора, получают нз воз­ духа удалением кислорода пирогаллолом.

Отмеренный объем газа переводят сначала в пипетку 2 с 33%-ным раствором едкого кали для поглощения углекислоты. Это достигается поднятием напорной склянки 9 при открытых кра­ нах 10 и 11 вилки и крана поглотительной пипетки 2. Из бюретки 8 газ вытесняют полностью, доводя запирающую жидкость до крана 14. Затем склянку 9 опускают, и газ из поглотительной пи­ петки 2 переходит обратно в измерительную бюретку, причем поглотительная жидкость (КОН) в пипетке поднимается до метки.

При перекачивании газа из бюретки в поглотительную пи­ петку и обратно надо следить, чтобы запирающая жидкость не попала в гребенку, а оттуда в поглощающие растворы. Необхо­

79-