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专利名称：：一种测定穿透硫容量的装置及其使用方法
技术领域：
：本发明属于常温条件下对脱硫剂的穿透硫容量进行测定的领域，具体的说是涉及常温下测定脱硫剂穿透硫容量的装置和方法。
背景技术：
：目前，随着不同类型脱硫剂的不断涌现，脱硫剂的脱硫效果有了很大的提高，国内外也有一些测定穿透硫容量的方法，用以测定脱硫剂的穿透硫容量。下面是对常用的几种穿透硫容量测定方法的介绍艾氏卡法，利用艾氏剂(MgO/Na2C03质量比为2)与脱硫剂样品混合置于坩埚内，再用一定量的艾氏剂覆盖，然后在马弗炉中升温至85(TC，保持3小时，此时脱硫剂中有机硫、硫化物、元素硫等可燃硫被氧化为二氧化硫和少量三氧化硫，其与艾氏剂生成可溶性硫酸钠和硫酸镁，然后将可溶性硫酸盐研碎后加入50-100ml去离子水，搅拌、过滤、调节滤液pH至中性后用10%BaCl2滴定，沉淀在80(TC焙烧后称量，根据生成BaS04的质量计算硫含量。适用于各种形态和不同含硫量的测定，但该测定过程繁杂、耗时费力，对人员素质要求高，同时在测定当中所使用的BaCl2为有毒药品，使用时应非常小心。化工行业标准HG/T2513-93氧化锌脱硫剂试验方法(燃烧中和法)，硫化氢、部分有机硫化物与脱硫剂中氧化锌反应生成硫化锌，再在高温通氧条件下硫化锌转化为二氧化硫，然后用过氧化氢溶液吸收生成硫酸，最后用氢氧化钠标准滴定溶液滴定硫酸，从而来计算脱硫剂穿透硫容量，本方法对脱硫剂类型没有限定。虽然该方法测量精度较高，但存在以下缺点装置较为复杂；操作中需要高温条件；分析操作繁杂、用时较长；选用的溶液试剂较多。饱和硫化增重分析法，它是利用脱硫剂与硫化氢气体(含硫化氢15%的氮气混合气)充分接触反应后，根据反应前后样品增重的差值来计算穿透硫容量。此方法虽然简单，但误差较大，在实际的反应过程当中，其他杂质也参与其中，这就造成了测定的穿透硫容量较高，即高于脱硫剂的实际穿透硫容量，导致最终不能准确代表脱硫剂本身的穿透硫容量。活性炭吸附法，它是利用硫化氢被氧化成单质硫而被活性炭吸附。此方法在测定当中，一方面，活性炭的好坏直接影响到测定结果的准确程度，另一方面，在吸附过程当中由于活性炭选择吸附性不高从而还有其他物质会被吸附，导致最终测定的穿透硫容量偏大，此法测定穿透硫容量的精确度不高。灼烧称量法，首先将吸硫后的产物在(815士10)t:下隔绝空气加热一段时间后取出，于干燥器中冷却至室温、称重，再将坩埚去盖后继续在相同的温度下灼烧1小时至恒重，冷却后称量，然后根据两次灼烧前后试样质量的变化，来计算脱硫剂的穿透硫容量。此方法局限性大，只适合于氧化锌脱硫剂的测定，且对吸硫后的产物熔点要求高，否则此方法的测定误差较大。仪器分析法(硫分析仪)，根据反应前后进气口与出气口的浓度变化来确定穿透硫容量的大小。此方法测定穿透硫容量比较方便，但要求仪器的检测灵敏度较高；在分析过程当中，存在引入其他物质的可能，导致误差较大，不能准确反应脱硫剂穿透硫容量量的大小。可见现有方法中普遍存在穿透硫容量测定过程复杂或检测误差较大的缺陷，为解决上述问题，中国期刊《洁净煤技术》(2004年第10巻第3期)中公开了一种检测穿透硫容量的方法和相应的实验仪器，如图l所示，钢瓶ll提供氮气稀释的硫化氢气体，并通过阀门12调节硫化氢气体浓度，经混合器13充分混合，混合气体经过水饱和器14从反应器16的一端进入反应器中并与其中的脱硫剂发生反应，经过反应后未反应完全的气体进入到与反应器16的另一端相连的含有碱液的尾气吸收瓶18中，尾气吸收瓶18连接有用以剂量系统气体流量的湿式流量计19。在该测定穿透硫容量的系统中，反应器16两端分别设置有用以测定进出气体组成的气体采样点15、17，当出口处硫元素浓度为20mg/m3时结束测量，此时消耗的硫即为脱硫剂的穿透硫容量。该现有技术仍存在以下缺陷首先，该现有技术中采用滴定法检测从进出口处气体采样点15、17采集的气体样品中硫元素含量，即首先需要采集气体样品，然后再进行滴定，最终获得气体中硫的含量，由于硫化氢极易氧化，因而为了得到准确的结果就需保证采集、滴定过程快速无误，对操作者提出了较高要求。其次，为了得到实时、准确的硫含量的测定结果，该方法中需要不断采集气体样品进行检测，从而导致测量过程繁琐，耗费大量人力。此外，在气路中设置多处气体采集点，在采集气体的过程中势必会影响空速、压力等因素，从而影响湿式流量计19获取的数据信息，最终导致穿透硫容量测定结果的准确性降低。
发明内容为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中穿透硫容量测定过程中操作繁琐、易受到操作过程的影响而降低测定结果准确性的缺陷，为此提供一种设计简单、操作过程简便、穿透硫容量测定准确性高的穿透硫容量测定的装置，以及采用所述装置测量脱硫剂穿透硫容量的方法。为解决上述技术问题，本发明提供了一种测定穿透硫容量的装置，包括用于提供脱硫剂与硫化氢反应空间的反应器，与所述反应器一端通过管路连接的用于提供含有硫化氢的混合气体的气体供应源，与所述反应器另一端通过管路连接的设有排气口的湿式气体流量计，以及设置于所述气体供应源与所述反应器之间的阀门，在所述反应器与所述湿式气体流量计间设置一个盛装有硝酸银溶液的硫化氢检测器。所述硝酸银溶液浓度为0.001-0.lmol/L。所述含有硫化氢的混合气体中非硫化氢气体为均不与硝酸银反应生成沉淀且不与硫化氢、脱硫剂发生反应的惰性气体。所述含有硫化氢的混合气体中所述非硫化氢气体为氮气、氦气、氩气、氖气中的一种或多种。所述阀门为针型阀或稳流阀。所述反应器为两端开口、内壁呈圆柱形的中空管。所述中空管的两端与所述管路连接处设置有允许气体通过但不允许固体颗粒通过的天然纤维和/或合成纤维。所述硫化氢气体在所述混合气体中体积百分含量为3.8-4.2%。本发明还提供了一种测定穿透硫容量的方法，包括如下步骤(a)将脱硫剂填装于反应器中，将所述反应器的一端与提供含有硫化氢的混合气体的气体供应源通过管路连接，并且将另一端与盛装有硝酸银溶液的硫化氢检测器通过管路连接，最后将所述硫化氢检测器与设有排气口的湿式气体流量计连接，所述气体供应源与所述反应器之间设有阀门；(b)打开所述阀门，所述湿式气体流量计开始记录数据，调节空速为200-400h一1;(c)当所述硫化氢检测器中出现黑色沉淀时，记录所述湿式气体流量计计量的气体流量，通过计算得到最终所述脱硫剂的穿透硫容量。所述硝酸银溶液浓度为0.001-0.lmol/L。所述含有硫化氢的混合气体中非硫化氢气体为氮气、氦气、氩气、氖气中的一种或多种。步骤a中，所述反应器为两端开口、内壁呈圆柱形的中空管，所述脱硫剂填装至所述反应器内后高径比为4-6。在填装所述脱硫剂后在所述中空管两端设置允许气体通过但不允许固体颗粒通过的天然纤维和/或合成纤维。所述反应器中填装的脱硫剂粒径为80-160目。其中，所述的高径比是指脱硫剂在填装至反应器中后，填装的脱硫剂总体基本呈圆柱形，其高度与底面直径的比为高径比。所述硫化氢气体在所述混合气体中体积百分含量为3.8-4.2%。本发明与现有技术相比具有以下优点(1)本发明采用硝酸银沉淀法来判断脱硫剂是否达到穿透硫容量，即通过简单的观察直接进行判断，而不需要复杂的取样、滴定等过程，大大简化测定过程且避免繁琐过程造成穿透硫容量测定结果偏差较大的情况。同时由于测定过程简单，对操作者的要求相应降低。(2)本发明的测定穿透硫容量装置简单，且测定穿透硫容量的操作条件缓和、不需要高温或高压过程，在普通的实验室中即可完成脱硫剂穿透硫容量的测定。(3)本发明中穿透硫容量的测定结果误差小，准确度高。为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1为现有技术中公开的一种检测穿透硫容量的实验仪器流程示意图；图2为本发明测定穿透硫容量的装置的流程示意图。具体实施例方式下面结合附图对本发明的检测穿透硫容量的装置作进一步的描述。如图2所示，本发明中的测定穿透硫容量的装置，包括四个主要部分即用于提供脱硫剂与硫化氢反应空间的反应器23，与反应器23—端通过管路连接的用于提供含有硫化氢的混合气体的气体供应源21，与反应器23另一端通过管路连接的盛装有硝酸银溶液的硫化氢检测器24，以及与硫化氢检测器24通过管路连接的设有排气口的湿式气体流量计25，此外本施实例中在气体供应源21与反应器23之间设有阀门22。接下来对各个部分分别进行说明。反应器23，如图2所示，反应器23为两端开口、内壁呈圆柱形的中空管，可以采用玻璃管、陶瓷管或金属管等。在测定脱硫剂穿透硫容量时，将脱硫剂放置于反应器23中，由气体供应源21提供的含有硫化氢的混合气体进入反应器后通过脱硫剂层且其中的硫化氢气体与脱硫剂发生反应。本发明中用仅允许气体通过而不允许固体颗粒通过的棉花、麻纤维等天然纤维或化学合成纤维等物质填塞于中空管两端，起到固定反应器23中脱硫剂的作用，避免脱硫剂颗粒进入到装置中其他部分而造成脱硫剂损失或污染其他部分，从而确保最终测量结果的准确性。其中，脱硫剂在填装进反应器前优选在一定温度条件下烘干，具体烘干温度根据脱硫剂性质确定，通常为100-15(TC，主要用以脱除脱硫剂中少量的水分，由于此处为本领域技术人员所熟知，故不赘述。烘干后的脱硫剂经过粉碎后筛选颗粒粒径为80-160目的脱硫剂颗粒进行穿透硫容量测定过程。气体供应源21，通过管道将气体供应源21与反应器23的进气一端连通。本发明中的气体供应源主要提供含有硫化氢的混合气体，其中混合气中的非硫化氢气体，即平衡气可以为氮气、氦气、氩气、氖气等不与硝酸银反应生成沉淀且不与硫化氢、脱硫剂发生反应的惰性气体。其中，混合气体中硫化氢气体的体积百分含量为3.8_4.2%。实验室中，气体供应源21可以是可提供含有硫化氢气体的气体钢瓶，也可以是可直接提供含硫化氢的混合气体的气体输送管道系统。其中，气体供应源21出口处的压力通�？刂圃谠�0.2MPa，但只要控制测定时的空速能够达到200-400/h即可。硫化氢检测器24，其与反应器23出气一端通过管路连接。本发明中的硫化氢检测器24为盛装有硝酸银溶液的容器，容器可以为实验室常用的洗瓶、广口瓶、锥形瓶等。其中，硝酸银溶液的浓度为O.1-0.001mol/L。当达到脱硫剂的穿透硫容量时，硫化氢气体从反应器23出气的一端通过管路进入硫化氢检测器24中，并与其中的硝酸银发生反应生成黑色沉淀，即通过观察是否有沉淀出现来确定脱硫剂是否达到穿透硫容量。本发明测定穿透硫容量的主要机理是利用硝酸银沉淀法。根据溶度积原理，Ksp(Ag2S)呵Ag+].2[S2-]可知，当[S2—]=2.QX10—45-2.QX10—43mol/L时溶液达到饱和；当[Ag+]*2[S2—]〉Ksp时溶液达到过饱和，这时有Ag2S黑色沉淀析出。根据酸碱质子理论推得，如需溶液达到饱和时需要硫化氢溶液的浓度为0.9X10—34mol/L。本发明中采用硫化氢体积含量为3.8-4.2%的混合气体作为测量穿透硫容量时的标准气体，当溶液中硫化氢穿透脱硫剂后，蓄积的[S2—]值超过2.0X10—45-2.0X10—"mol/L时，会立即与硝酸银溶液反应生成黑色沉淀，即为终点，之后利用湿式气体流量计25计量的所用标准气体积来计算脱硫剂穿透硫容量。由此可以看出此方法在测定脱硫剂穿透硫容量时，其测量脱硫剂穿透硫容量的精度较高。湿式气体流量计25，其与硫化氢检测器24通过管路连通。主要目的是记录装置中从开始通入含硫化氢混合气到硫化氢检测器24中出现黑色沉淀的过程中总的气体流量，从而最终计算得出脱硫剂穿透硫容量，其计算公式如下用湿式气体流量计25计量所用含硫化氢的混合气体体积，来计算穿透硫容量，精确至0.OIL。其中脱硫剂穿透硫容量按下式计算7<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中X表示穿透硫容量(％);C表示混合气体中硫化氢的含量(％);V表示经反应器23脱除硫化氢后湿式气体流量计24计量的非硫化氢气体的体积(L);32表示硫的摩尔质量(g/mol);22.4表示标准状态下理想气体摩尔体积(L/mol);G表示脱硫剂样品(干样)质量(g);其中，j^表示脱硫剂脱除硫化氢后氮气与标准硫化氢气体的总体积。阀门22，设置于气体供应源21与反应器23之间，用于调节控制整个装置中的空速。在一个具体实施例中，开始测量时通过针型阀或稳流阀调节空速为200h—、其中，本发明中的空速的含义为空速=VX1000/hXV丄式中的V表示湿式气体流量计脱除硫化氢标准气体的体积，单位升L;h表示所用时间，单位小时h;Vi表示样品的体积，单位毫升ml。通过上述说明可看出本发明测定穿透硫容量的装置非常简单，仅通过观察法就可以快速判断是否达到脱硫剂的穿透硫容量，且测量结果精准，而无需其他繁琐的测量方法，同时可以避免繁琐的测量过程所带来的测量结果准确性不高的弊端。接下来通过具体实施例对发明脱硫剂穿透硫容量的测定方法进行说明。实施例1称取1.0g(精确到0.OOlg)、约160目的JX-1型脱硫剂样品，然后将脱硫剂填装到玻璃制反应器23中并保证填装均匀、压实，填装后脱硫剂颗粒在反应器23中的高径比约为4，再用棉花填塞住反应器两端，随后按照所述装置中各部分的顺序将反应器23、提供含有硫化氢的混合气体钢瓶21、针型阀22、硫化氢检测器24以及湿式气体流量计25通过管路连通并保证不漏气。其中硫化氢检测器24中硝酸银溶液的浓度为0.01mol/L。钢瓶21提供的混合气体中硫化氢体积含量为3.8%。打开钢瓶21阀门并调节出气口压力为O.2Mpa，开针型阀22并控制空速为200h一1，湿式气体流量计25开始记录数据。当硫化氢检测器24中出现黑色沉淀时，即说明脱硫剂穿透，实验结束，记录湿式气体流量计25中显示的气体流量，并关闭钢瓶21阀门以及针型阀22。根据上述计算公式计算脱硫剂的穿透硫容量，结果见表1。实施例2称取1.0g(精确到0.OOlg)、约120目的JX-3C型脱硫剂样品，然后将脱硫剂填装到玻璃制反应器23中并保证填装均匀、压实，填装后脱硫剂颗粒在反应器23中的高径比约为6，再用化纤棉填塞住反应器两端，随后按照所述装置中各部分的顺序将反应器23、提供含有硫化氢的混合气体输送管道21、转子流量计22、硫化氢检测器24以及湿式气体流量计25通过管路连通并保证不漏气。其中硫化氢检测器24中硝酸银溶液的浓度为0.lmol/L。混合气体输送管道21提供的混合气体中硫化氢体积含量为4.0%。打开混合气体输送管道21阀门并调节出气口压力为0.2Mpa，开转子流量计22的针型阀并控制空速为400h—、湿式气体流量计25开始记录数据。当硫化氢检测器24中出现黑色沉淀时，即说明脱硫剂穿透，实验结束，记录湿式气体流量计25中显示的气体流量，并关闭混合气体输送管道21阀门以及稳流阀22。根据上述计算公式计算脱硫剂的穿透硫容量，结果见表l。实施例3称取1.Og(精确到O.001g)、约100目的4D-1型脱硫剂样品，然后将脱硫剂填装到玻璃制反应器23中并保证填装均匀、压实，填装后脱硫剂颗粒在反应器23中的高径比约为5，再用麻纤维填塞住反应器两端，随后按照所述装置中各部分的顺序将反应器23、提供含有硫化氢的混合气体钢瓶21、转子流量计22、硫化氢检测器24以及湿式气体流量计25通过管路连通并保证不漏气。其中硫化氢检测器24中硝酸银溶液的浓度为0.05mol/L。钢瓶21提供的混合气体中硫化氢体积含量为4.2%。打开钢瓶21阀门并调节出气口压力为O.2Mpa，针型阀22并控制空速为250h—、湿式气体流量计25开始记录数据。当硫化氢检测器24中出现黑色沉淀时，即说明脱硫剂穿透，实验结束，记录湿式气体流量计25中显示的气体流量，并关闭钢瓶21阀门以及针型阀22。根据上述计算公式计算脱硫剂的穿透硫容量，结果见表1。实施例4称取1.0g(精确到0.OOlg)、约80目的JX-2B型脱硫剂样品，然后将脱硫剂填装到玻璃制反应器23中并保证填装均匀、压实，填装后脱硫剂颗粒在反应器23中的高径比约为5，再用麻纤维填塞住反应器两端，随后按照所述装置中各部分的顺序将反应器23、提供含有硫化氢的混合气体输送管道21、转子流量计22、硫化氢检测器24以及湿式气体流量计25通过管路连通并保证不漏气。其中硫化氢检测器24中硝酸银溶液的浓度为0.001mo1/L。混合气体输送管道21提供的混合气体中硫化氢体积含量为3.8%。打开混合气体输送管道21阀门并调节出气口压力为0.2Mpa，针型阀22并控制空速为300h—、湿式气体流量计25开始记录数据。当硫化氢检测器24中出现黑色沉淀时，即说明脱硫剂穿透，实验结束，记录湿式气体流量计25中显示的气体流量，并关闭混合气体输送管道21阀门以及针型阀22。根据上述计算公式计算脱硫剂的穿透硫容量，结果见表1。对比例由于本领域中通常采用燃烧中和法测定的脱硫剂的穿透硫容量作为标准，故本发明对比例采用燃烧中和法分别对实施例1-4中的脱硫剂样品作穿透硫容量评价，测定得到的穿透硫容量见表1。通过分析表1中的数据，我们可以看出，本发明测定穿透硫容量的方法可以适用现有技术中应用的多种类型脱硫剂产品，并且通过与标准燃烧中和法测定的穿透硫容量数值相比，本发明方法测定的数值准确性、可信度均较高，与标准燃烧中和法测定的穿透硫容量数值相比的误差较�。�而传统的测定硫容量的方法测定的结果通常偏差较大，只能做参考用。此外，通过上述各实施例可以看出，本发明测定脱硫剂穿透硫容量的方法与以往的测定脱硫剂穿透硫容量的方法相比，不需要加热，在常温(通常在室温下进行)下直接进行测定，设备简单。本发明实施例中选用的各型号脱硫剂均由北京三聚环保新材料股份有限公司生产，可由市售得到。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对9于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明权利要求的保护范围之中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求一种测定穿透硫容量的装置，包括用于提供脱硫剂与硫化氢反应空间的反应器(23)，与所述反应器(23)一端通过管路连接的用于提供含有硫化氢的混合气体的气体供应源(21)，与所述反应器(23)另一端通过管路连接的设有排气口的湿式气体流量计(25)，以及设置于所述气体供应源(21)与所述反应器(23)之间的阀门(22)，其特征在于所述装置还包括一个设置于所述反应器(23)与所述湿式气体流量计(25)之间的盛装有硝酸银溶液的硫化氢检测器(24)。2.根据权利要求1所述测定穿透硫容量的装置，其特征在于所述硝酸银溶液浓度为0.001-0.lmol/L。3.根据权利要求1或2所述测定穿透硫容量的装置，其特征在于所述含有硫化氢的混合气体中非硫化氢气体为均不与硝酸银反应生成沉淀且不与硫化氢、脱硫剂发生反应的惰性气体。4.根据权利要求3所述测定穿透硫容量的装置，其特征在于所述含有硫化氢的混合气体中所述非硫化氢气体为氮气、氦气、氩气、氖气中的一种或多种。5.根据权利要求1或2所述测定穿透硫容量的装置，其特征在于所述阀门(22)为针型阀或稳流阀。6.根据权利要求1或2所述测定穿透硫容量的装置，其特征在于所述反应器(23)为两端开口、内壁呈圆柱形的中空管。7.根据权利要求6所述测定穿透硫容量的装置，其特征在于所述中空管的两端与所述管路连接处设置有允许气体通过但不允许固体颗粒通过的天然纤维和/或合成纤维。8.根据权利要求1或2所述测定穿透硫容量的装置，其特征在于所述硫化氢气体在所述混合气体中体积百分含量为3.8-4.2%。9.一种使用如权利要求1至8任意一项所述测定穿透硫容量的装置测定穿透硫容量的方法，包括如下步骤(a)将脱硫剂填装于反应器(23)中，将所述反应器(23)的一端与提供含有硫化氢的混合气体的气体供应源(21)通过管路连接，并且将另一端与盛装有硝酸银溶液的硫化氢检测器(24)通过管路连接，最后将所述硫化氢检测器(24)与设有排气口的湿式气体流量计(25)连接，所述气体供应源(21)与所述反应器(23)之间设有阀门(22);(b)打开所述阀门(22)，所述湿式气体流量计(25)开始记录数据，调节空速为200-400h—1;(c)当所述硫化氢检测器中出现黑色沉淀时，记录所述湿式气体流量计(25)计量的气体流量，通过计算得到最终所述脱硫剂的穿透硫容量。10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于所述硝酸银溶液浓度为0.001-0.lmol/L。11.根据权利要求9或10所述的使用方法，其特征在于所述含有硫化氢的混合气体中非硫化氢气体为氮气、氦气、氩气、氖气中的一种或多种。12.根据权利要求9或10所述的测定穿透硫容量的方法，其特征在于步骤a中，所述反应器(23)为两端开口、内壁呈圆柱形的中空管，所述脱硫剂填装至所述反应器内后高径比为4-6。13.根据权利要求12所述的使用方法，其特征在于步骤a中，在填装所述脱硫剂后在所述中空管两端设置允许气体通过但不允许固体颗粒通过的天然纤维和/或合成纤维。14.根据权利要求9或10所述的使用方法，其特征在于所述反应器(23)中填装的脱硫剂粒径为80-160目。15.根据权利要求9或10所述的使用方法，其特征在于所述硫化氢气体在所述混合气体中体积百分含量为3.8-4.2%。全文摘要本发明涉及一种测定穿透硫容量的装置，包括用反应器，与所述反应器一端连接的气体供应源，与反应器另一端连接的湿式气体流量计，以及设置于气体供应源与反应器之间的阀门，还包括设置于反应器与湿式气体流量计间的一个盛装有硝酸银溶液的硫化氢检测器。本发明还涉及采用该装置测定脱硫剂穿透硫容量的方法。本发明中的装置设计简单，测定穿透硫容的方法简便，且穿透硫容量测定准确性高。文档编号G01N31/02GK101718766SQ200810223719公开日2010年6月2日申请日期2008年10月9日优先权日2008年10月9日发明者刘振义,孙国双,马肖飞申请人:北京三聚环保新材料股份有限公司