層析法測定天然氣中硫化氫含量的研究

李黎榕

（1.福州市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所，福建福州 350008；2.國家化學(xué)工業(yè)氣體產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，福建福州 350008）

層析法測定天然氣中硫化氫含量的研究

李黎榕1，2

（1.福州市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所，福建福州 350008；2.國家化學(xué)工業(yè)氣體產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，福建福州 350008）

以乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液制成浸漬硅膠對天然氣中的硫化氫含量進(jìn)行測定，通過對樣氣流速、取樣體積、乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度等方面進(jìn)行研究，選擇最佳實驗條件。實驗結(jié)果表明，當(dāng)樣氣流速為100～150mL/min，取樣體積為1L，浸漬硅膠制備所用的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.05mol/L時，對天然氣中硫化氫含量的測定結(jié)果最接近真實值。

乙酸鉛；浸漬硅膠；層析法；天然氣；硫化氫含量

天然氣作為一種重要的燃?xì)?，在能源領(lǐng)域占有越來越重要的地位，目前已成為國內(nèi)城鎮(zhèn)燃?xì)獾闹饕獨(dú)庠?。隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們對天然氣中的各種雜質(zhì)尤其是硫化氫的含量予以更多的關(guān)注。硫化氫是一種可燃性無色、有腐蛋、惡臭味的特殊氣體，具有神經(jīng)毒性，直接危害人體健康[1]。同時，硫化氫含量過高的天然氣在空氣中燃燒時會產(chǎn)生較多的二氧化硫。二氧化硫是一種刺激性很強(qiáng)的、對人體呼吸道有害的物質(zhì)，它不僅會污染空氣環(huán)境，而且會直接對人體產(chǎn)生危害。由于硫化氫易吸附于采樣器內(nèi)壁，管道或儲罐天然氣中的硫化氫含量要求在線檢測，不適用于樣品轉(zhuǎn)移，因此需要研究一種新的天然氣中硫化氫含量檢測法，能夠方便攜帶并快速有效地實現(xiàn)定性與定量，進(jìn)而準(zhǔn)確測得天然氣中硫化氫的含量。

目前，測定天然氣中硫化氫含量的方法主要有碘量法、亞甲藍(lán)法、乙酸鉛反應(yīng)速率雙光路檢測法等[2-4]。但碘量法和亞甲藍(lán)法在實際應(yīng)用中操作繁瑣，耗時較長，不利于快速檢測。而乙酸鉛反應(yīng)速率雙光路檢測法所用儀器價格較高，測定范圍有限。乙酸鉛浸漬硅膠層析法不需要貴重的儀器，所制浸漬硅膠易于保存和攜帶，檢測過程簡單快速，可用于實驗室和現(xiàn)場快速檢測。目前已有層析法測定液化石油氣中硫化氫含量的檢測方法[5]，但由于液化石油氣和天然氣的產(chǎn)品狀態(tài)不同，需對相關(guān)實驗條件進(jìn)行探索才能得到最佳檢測結(jié)果。本工作采用乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液制成浸漬硅膠，通過對樣氣流速、取樣體積、乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度等方面進(jìn)行研究，用已知硫化氫濃度的甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體作為樣品進(jìn)行驗證，選擇最佳檢測條件。

1 實驗部分

1.1 方法原理

將浸漬了乙酸鉛溶液的硅膠填裝入帶刻度的玻璃反應(yīng)管中，當(dāng)氣體樣品通過硅膠層時，硫化氫與乙酸鉛反應(yīng)生成黑色硫化鉛，此時在硅膠床上顯出一定長度的染色層，根據(jù)染色硅膠體積確定通過反應(yīng)管的硫化氫含量。

1.2 儀器和試劑

硫化氫含量測定器（層析法）：SX-0231型，長沙首煊分析儀器有限公司；濕式氣體流量計：LML-1型，長春汽車濾清器有限責(zé)任公司；玻璃反應(yīng)管：1mL管體積刻度最小分度為0.01mL；2mL管體積刻度最小分度為0.02mL；5mL管體積刻度最小分度為0.05mL；空盒氣壓表：DYM3型，長春氣象儀器廠；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9076A型，上海精宏實驗設(shè)備有限公司。

粗孔硅膠：60～80目；乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.025mol/L、0.050mol/L、0.075mol/L（含有5%冰乙酸，以防乙酸鉛水解）；鹽酸：分析純。

標(biāo)準(zhǔn)氣：在甲烷為平衡氣的氣體中只配入硫化氫氣體，濃度分別為5.33mg/m3、19.6mg/m3、97.6mg/m3、380.1mg/m3。

1.3 浸漬硅膠的制備

將硅膠用鹽酸浸2h后，用水沖洗，再用蒸餾水洗至中性，于120℃烘干。準(zhǔn)確量取20mL乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液與150mL蒸餾水放入500mL燒杯中混合均勻，加入冷卻后的烘干硅膠100g，充分?jǐn)嚢杞n2h，然后在（65±3）℃的烘箱內(nèi)烘烤至含水量為（30±2）%為止，在烘烤過程中，含水量40%以上每隔30min攪拌一次，含水量低于40%時每隔20min攪拌一次。

1.4 實驗方法

將制好的浸漬硅膠倒入1mL反應(yīng)管中，并敲緊至刻線，將反應(yīng)管安裝在硫化氫含量測定器上，然后將樣品、硫化氫含量測定器、濕式氣體流量計用盡量短的乳膠管連接。打開樣品取樣閥，以一定流速將樣品氣通入反應(yīng)管中（為使變色層界面均勻向上移動），當(dāng)通過一定的氣樣后，關(guān)閉取樣閥，記錄反應(yīng)管中浸漬硅膠變色體積、濕式氣體流量計初態(tài)和終態(tài)體積、環(huán)境溫度、大氣壓力。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同樣氣流速測定硫化氫含量的結(jié)果對比

為選擇合適的樣氣流速以保證樣氣中硫化氫與浸漬硅膠充分反應(yīng)，以甲烷為底氣，硫化氫含量為19.6mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)氣體作為樣品氣，固定取樣體積為2L，乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.05mol/L，改變樣氣流速進(jìn)行相關(guān)實驗。表1是不同樣氣流速測定硫化氫含量的結(jié)果對比。

表1 不同樣氣流速測定硫化氫含量的結(jié)果對比

從表1可知，不同樣氣流速測定硫化氫含量的相對偏差均＜1%，說明測定的重復(fù)性滿足分析要求。其中樣氣流速為200mL/min的測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)氣的標(biāo)準(zhǔn)值19.6mg/m3偏離最多，這是由于樣氣流速過快，樣氣中的硫化氫與浸漬硅膠中乙酸鉛反應(yīng)不完全導(dǎo)致測定結(jié)果較低。樣氣流速為100mL/min和150mL/min的測定結(jié)果分別為19.04mg/m3和19.05mg/m3，更接近于標(biāo)準(zhǔn)氣的標(biāo)準(zhǔn)值。因此，選擇100～150mL/min作為最佳樣氣流速。

2.2 不同取樣體積測定硫化氫含量的結(jié)果對比

取樣體積與層析法測定天然氣中硫化氫含量的檢測時間有直接關(guān)系，為選擇合適的取樣體積，以甲烷為底氣，硫化氫含量為19.6mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)氣體作為樣品氣，固定樣氣流速為100～150mL/min，乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.05mol/L，改變樣氣的取樣體積進(jìn)行相關(guān)實驗。

表2 不同取樣體積測定硫化氫含量的結(jié)果對比

表2是不同取樣體積測定硫化氫含量的結(jié)果對比。從表2可知，取樣體積為0.5L時，由于取樣體積過小，儀器、進(jìn)樣系統(tǒng)等的誤差對結(jié)果影響較大，測定結(jié)果偏離最大。取樣體積為1L時，測定結(jié)果為19.29 mg/m3，與樣氣標(biāo)準(zhǔn)值最接近，故選擇1L作為樣氣的取樣體積。

2.3 不同濃度的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液所制浸漬硅膠對測定結(jié)果的影響

層析法測定天然氣中硫化氫含量的主要原理是硫化氫與浸漬硅膠中的乙酸鉛反應(yīng)生成黑色硫化鉛，乙酸鉛的濃度對反應(yīng)的程度有影響。為尋找合適的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，用0.025mol/L、0.050mol/L、0.075mol/L的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液所制浸漬硅膠分別測5.33mg/m3、19.6mg/m3、97.6mg/m3、380.1mg/ m3的甲烷中硫化氫標(biāo)準(zhǔn)氣體。表3為不同濃度的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液所制浸漬硅膠對天然氣中硫化氫含量的測定結(jié)果對比。從表3可知，當(dāng)樣氣中硫化氫含量低于300mg/m3時，使用乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.05mol/L制得的浸漬硅膠測定的結(jié)果最接近各組的標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)樣氣中硫化氫含量高于300mg/m3時，由于浸漬硅膠中乙酸鉛濃度較低時，玻璃反應(yīng)管中的硅膠床顯出的染色層會超出5mL的范圍，因此當(dāng)樣氣中硫化氫含量過高時，選擇使用乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液為0.05mol/L和0.075mol/L所制的浸漬硅膠進(jìn)行測定，用以上兩種濃度的浸漬硅膠測定的硫化氫含量結(jié)果相近。因此，常用的浸漬硅膠制備所用的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度選擇0.05mol/L。

表3 不同濃度的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液所制浸漬硅膠對測定結(jié)果的影響

3 結(jié)論

以乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液制成浸漬硅膠，用層析法測定硫化氫含量，當(dāng)樣氣流速為100～150mL/min，取樣體積為1L，浸漬硅膠制備所用的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.05mol/L時，對天然氣中硫化氫含量的測定結(jié)果更接近于真實值。不同樣氣流速和不同濃度的乙酸鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液制成的浸漬硅膠對硫化氫含量的測定有較大影響，選擇合適的實驗條件可使測定結(jié)果更準(zhǔn)確。

[1] 張子龍，白冰，宋華.國內(nèi)硫化氫含量的檢測方法淺析[J].化學(xué)工程師，2012，4：34-37.

[2] GB/T 11060.1—2010 天然氣 含硫化合物的測定 第1部分：用碘量法測定硫化氫含量[S].

[3] GB/T 11060.2—2008 天然氣 含硫化合物的測定 第2部分：用亞甲藍(lán)法測定硫化氫含量[S].

[4] GB/T 11060.3—2010 天然氣 含硫化合物的測定 第3部分：用乙酸鉛反應(yīng)速率雙光路檢測法測定硫化氫含量[S].

[5] SH/T 0231—92 液化石油氣中硫化氫含量測定法（層析法）[S].

Study on Determination of Hydrogen Sulfide in Natural Gas by Chromatography

Li Li-rong

The content of hydrogen sulfide in natural gas was determined by the impregnated silica gel prepared by standard lead acetate solution.The optimum experimental conditions were selected by studying the sample flow rate，sampling volume and concentration of lead acetate standard solution.The experimental results show that when the sample gas fl ow rate is 100～150mL/min，the sampling volume is 1L，the concentration of lead acetate used in the preparation of silica gel is 0.05mol/L，the determination of hydrogen sulf i de content in natural gas is closest to the true value The.

lead acetate；impregnated silica gel；chromatography；natural gas；hydrogen sulf i de content

TE642

A

1003–6490（2017）03–0116–02

2017–03–04

李黎榕（1985—），女，福建莆田人，工程師，主要研究方向為氣體分析測試。