硫分析仪

我们常说的硫分析仪实际包括硫化氢分析仪和总硫分析仪。

硫化氢分析仪是分析气体中硫化氢含量的仪器，根据测量原理的不同，硫化氢分析仪有如下几种类型。

①醋酸铅纸带法硫化氢分析仪。它具有可靠，价格适中的优点，广泛用于硫化氢含量分析，是国标GB/T18605-2001规定的天然气中硫化氢含量测定方法。

②紫外吸收法硫化氢分析仪。它可同时测量硫化氢和二氧化硫的含量，常用于硫磺回收装置，测量硫化氢和二氧化硫的比值。用于酸性气体和空气的进料配比。由于价格较贵，一般不用于单独测量硫化氢的含量。

气相色谱法硫化氢分析仪。采用TCD检测器可测量常量硫化氢，采用FPD检测器可测量为了硫化氢，常用于包括硫化氢在内的原料气体的全组分分析。由于价格昂贵，一般不用于单独测量硫化氢。

电化学法硫化氢检测仪。它测量精度不高，价格较低，一般用于有毒气体监测报警系统，不能作为在线分析仪器使用。

总硫分析仪——是用来分析样品中无机硫和有机硫总含量的仪器。

根据测量原理的不同，总有下述几种类型：

①醋酸铅纸带法总；

②化学发光法总；

③微库仑滴定法总；

④气相色谱法总。

⑤紫外荧光法总

前三种方法只能测得总硫含量，气相色谱法可测得各种硫化物的含量。微库仑滴定法总、化学发光法总常用于实验室分析中。随着紫外荧光法总、气相色谱法总的推广，醋酸铅纸带法总已应用正在逐步减少。

10.1醋酸铅纸带法硫化氢和总

测量原理

   当恒定流量的气体样品从浸有醋酸铅的纸带上面流过时，样气中的硫化氢与醋酸铅发生化学反应生成硫化铅褐色斑点，反应式如下：

   H₂S+PbA_C2一PbS+2HA_C

   反应速率即纸带颜色变暗的速率与样气中H₂S浓度成正比，利用光电检测系统测得纸带颜色变暗的平均速率，即可得知样气中的H₂S的含量。

   H₂S分析仪每隔一段时间移动纸带，以便进行连续分析，新鲜纸带暴露在样气中的这段时间叫做测量分析周期时间(一般为3min左右)。

   下图是醋酸铅纸带法H₂S分析仪在一个测量分析周期时间(cycle time)内光电检测系统输出信号的波形，其分析过程如下。

A—B段——电机运转并驱动纸带进纸1／4英寸。

B—C段——采样延迟时间(sampledelay)，一般为l40s。在这段时间，参加反应的纸带开始慢慢变黑，反应曲线呈现轻微的非线性关系。分析仪测得纸带变暗过程呈非线性关系，认为测量结果不够，因此元需更新显示结果和分析仪输出。但此时的测量结果却可以用于地预测样气浓度是否超过报警限。每隔4s，分析仪计算出该时间段的平均变化率和对应的硫化氢含量。如果含量超过报警限，分析仪将产生报警。产生报警时，分析仪将只显示测量到的高实时数据。分析仪将一直处于预报警分析状态，直到硫化氢含量低于报警限。

C—D段——采样时间(sampleinterval)，30s。纸带变黑速率在tl到t2时间段内呈现出线性关系。分析仪计算出线性开始时刻tl处的纸带黑度读数，30s后再计算出时刻t2处的黑度读数。系统软件用此两点的数据计算出纸带变黑的速率并换算成硫化氢的浓度。          

D—E段——分析仪将纸带卷动进纸，新的一个测量分析周期重新开始。

醋酸铅纸带法光电检测系统输出信号的波形图

醋酸铅纸带法硫化氢仪器的结构组成

样品处理系统

通常由过滤器、减压阀、流量计、增湿器组成。过滤器采用旁通过滤器，其作用是除尘并加快样气流动以减小分析滞后。减压阀出口压力一般设定在15psi(g)[1．05bar(g)]。样气流量通过带针阀的转子流量计来控制，样气流量通常为100mL／min。增湿器的作用是使样气通过醋酸溶液加湿，以便与醋酸铅纸带反应。增湿器的结构一般是一个鼓泡器，将样气通入醋酸溶液中鼓泡而出，也有采用渗透管结构的，醋酸溶液渗透入管内对样气加湿。醋酸溶液是将50mL冰醋酸(CH₃COOH)加入蒸馏水中制成lL的溶液(5％冰醋酸溶液)。   

醋酸铅纸带法硫化氢分析仪系统组成简图（galvanic902型）

走纸系统

由纸带密封盒、醋酸铅纸带、导纸轮、卷纸马达和压纸器等组成。纸带事先用5％醋酸铅溶液浸泡，并在无HzS条件下干燥。HzS分析仪每隔一段时间移动纸带，以便进行连续分析。

光电检测系统

 由样气室和光电检测器组成。样气室的结构见下图，样气经过孔隙板上的孔隙与纸带接触。

醋酸铅纸带法硫化氢分析仪样气室侧视图

光电检测器采用一个红色发光二极管作为光源来照射纸带，光探头是一个硅光敏二极管，可将纸带的明暗程度转化成电信号，此电信号经过传感器放大电路放大成0～25m号。

数据处理系统

 由微处理器、数字显示器、打印机等组成。

10.2紫外吸收法硫化氢、二氧化

紫外线气体分析仪的原理

紫外线气体分析仪是紫外一可见分光光度计中的一种，其分析方法属于紫外吸收光谱法，工作原理基于朗伯一比耳定律。

朗伯一比耳定律——在公式中，是入射光强度，透射光强度，为物质在特定波长下的吸收系数。当光源、波长和样品池厚度确定后，它们就成了常数。这时透过样品的光强度仅与样品中待测组分的浓度有关。紫外线气体分析仪就是根据这一原理工作的。

紫外线气体分析仪的主要类型及其工作原理

分光束式分析仪——其原理结构如图所示。

分光束式紫外线气体分析仪结构原理图

当被测气体通过测量室时，光源发射的紫外光照射在被测气体上，其中某一波长的光被气体吸收，光束被半透明半反镜分成两路，每一路通过一个单色器（光栅滤光器）到达检测器。测量通道上的单色器（光栅滤光器）只让被测气体吸收波长的光通过，参比通道上的单色器（光栅滤光器）只让未被气体吸收的某一波长的光通过，测量对数放大器的输出值与参比对数放大器的输出值之差与被测气体的浓度成正比。

切光滤光式分析仪——其原理结构如图所示。由电机转动带动切光片交替切光，切光皮上安装有两个光栅滤光器，其中一个光栅滤光器只让被测气体组分吸收波长通过，而另一个光栅滤光器只让未被气体吸收的某一波长的光通过。前者作为测量光路，后者作为参比光路。检测器接收交替变化的光波信号并将其转变为交变的电信号，此交变电信号的振幅与被测气体组分的浓度成正比。

切光滤光式气体分析仪结构原理图

双光路滤光式分析仪——其原理结构如图所示。光源发出的紫外光经透镜变成平行光，再通过光栅滤光器滤波后，只让被测气体组分吸收波长的光和参比波长的光通过，接着由半透明半反射镜将光束分成两路。其中一路穿过测量室，另一路经反射镜反射后穿过参比室。两路光分别通过测量室和参比室，再经过各自的光栅滤光器滤波后照射到光电管上，并转换为电信号。测量电信号和参比电信号同时、分别进入各自的对数放大器，两个放大器输出的电信号差值与被测气体的浓度成正比。

双光路滤光式气体分析仪结构原理图

分光式（光纤式）分析仪——分光式（光纤式）紫外线气体分析仪采用光电二极管矩阵式接收器（PDA）作为测量原件，其工作原理见图。它有两种工作方式：一种是采用光纤传输信号，测量室可以远离光源和检测器；另一种是光源直接照射在测量室上，不采用光纤。光源采用氘灯或脉冲式氙灯，放出的紫外-可见光区域很宽。用透镜或光纤射向测量室。在测量室内被测气体吸收了一部分波长的光，从测量室出来的光经聚焦后直接或者通过光纤照射在全息光栅上，然后被反射到线性的发光二极管矩阵检测器，检测器的输出信号与被测气体的浓度有一定的关系。

分光式（光纤式）气体分析仪结构原理图

10.3紫外线吸收法气体分析仪的应用

紫外线吸收法气体分析仪主要用在克劳斯硫回收装置中，在克劳斯硫回收装置中，主要成分为硫化氢的酸性原料气首先在燃烧炉内与空气混合一起燃烧，部分硫化氢转化为二氧化硫。然后，硫化氢和二氧化硫进入反应室，在催化剂作用下进行催化转化反应，生成的单质硫经过冷凝和气液分离后固化为成品，尾气去后续处理装置。

根据工艺的反应机理，反应后的尾气中硫化氢与二氧化硫的比值达到2：1时，装置的硫磺回收率高，废气的排放浓度低，对环境污染少。硫化氢与二氧化硫的含量取决于燃烧反应，主要受助燃空气的影响，所以要控制尾气中的硫化氢与二氧化硫的比值，就必须重点控制燃烧空气的流量。这样就形成了一个酸性气/空气配比控制系统。在这个系统中，由紫外线分析仪执行硫化氢与二氧化硫的浓度测量，输出信号通过DCS与其他工艺参数组态，实现燃烧空气流量的控制。因此，在硫磺回收装置中，为了提高经济效益和降低环境污染，紫外线气体分析仪具有重要的作用。

10.4 Ametek 880-NSLH₂S／S0₂比值分析仪

Ametek(阿美特克)公司西方研究分析仪器是紫外吸收法硫化氢／二氧化硫比值分析仪的传统生产厂家，以前生产的4620型H₂S／SO₂比值分析仪、900系列空气定值分析仪在克劳斯硫磺回收装置中使用较多，由于样品处理系统复杂，故障率较高。该公司新推出的880-NSL型H₂S／SO₂比值分析仪可直接安装在取样管道上，取消了样品传输环节，消除了样品传输管路的堵塞问题。

880-NSL的系统构成和工作原理

   880-NSL比值分析仪由正压通风的电气箱、加热的样气箱和检测器箱三个主要部分组成。一个大口径密封的不锈钢管作为光路基座，它的一部分在样气箱内，一部分在检测器箱内并与样气箱连通，检测器箱与样气箱之间由石英玻璃窗在管内隔离。

880-NSL分析仪的心脏部分是一个多波长、无散射的紫外分光光谱仪，其原理结构图如下;

880-NSL型紫外分光光谱仪的原理结构图

它测量四路互不干涉的紫外光吸收率，其中三路分别测量硫化氢、二氧化硫和硫蒸气的浓度，第四路波长作为参比基准，以补偿和修正由于石英窗不干净、光强变化和其他干扰对测量精度的影响。在880-NSL中，一束由氙灯发出的紫外闪烁光能通过样气室后再进入检测器。仪器完成一系列计算，包括把测量吸收率转换成H₂S和SO₂的浓度，H₂S和SO₂的测量值由背景硫蒸气吸收率、样气温度和样气压力所修正。

   该仪器光电检测器中有四个硅光电二极管，每个二极管前都有特定波长的滤光片。在测量周期内，各光电二极管检测到的紫外光能量转换成一个成比例的电流信号，随即被累积成各自的总电流。然后，每个电流信号再转换成电压信号，输入到对数放大器，并修正分析器通道的零位偏移。放大后的模拟信号(-5～5VDC)与在光电管测量波长的吸收率数值成比例。后，每个原始吸收率数据都从检测器板送到控制器主板进行处理。四个信号中的三个是232nm、280nm、254nm的测量信号，分别对应H₂S、S0₂、硫蒸气的特征吸收波长，另一个是400nm的参比信号。

   在硫磺回收工艺流程的尾气中，氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、氩和水是不吸收紫外线的，只有羰基硫(COS)、二硫化碳(CS₂)和硫蒸气是影响测量的潜在干扰因素。CS₂在280nm波长时，吸收系数是SO₂的1／200，在232nm波长时，吸收系数是H₂S的1／l00。因此，CS₂的干扰可不考虑。COS在280nm时没有吸收，但在232nm波长处吸收系数为H2S的一半。所以样品中的COS会给H₂S的测量结果带来正的偏差。如果工艺操作正常，样品中的COS含量不会超过0.05％，对测量结果影响不大。

   硫蒸气对H₂S的干扰是对SO₂干扰的2倍。当尾气中H₂S／SO₂比值等于2：1时，硫蒸气对比值的干扰可以忽略。但在实际的装置运行中，通常比值会偏离2：1，硫蒸气的存在会对测量结果造成影响。在880-NSL尾气分析仪中，专门设置了测量硫蒸气的光路，从而解决了硫蒸气的干扰问题。

880-NSL中的取样和样品处理

尾气中的硫磺呈雾状存在，一旦进入分析器，将污染样品室，甚至堵塞测量管路。所以要采取措施，包括把取样点设在工艺管道顶部，取样阀尽量靠近取样点，取样管路和阀门采用蒸汽加热保温，阀后要设置除雾器等。

仪器直接插在工艺管道上。正常采样测量时，在仪表空气驱动的抽吸器作用下，样气经进样阀、除雾器到测量室，然后从抽吸器经样品返回阀返回工艺管道。当仪器调零、校验或进行自动吹扫时，三通电磁阀SVl切断到抽吸器的动力气源，吹扫空气在进入测量室前分成两路：一路经除雾器、样品进口阀反吹进样管路；另一路吹扫测量室、抽吸器和样品返回阀，此时仪器样品通路没有进样。除雾器的原理是利用冷的仪表空气对除雾器局部降温(冷却到129℃)，使饱和硫蒸气冷凝成液态硫，在重力作用下自动返回工艺管道，然后再将样品升温至143～160℃，这样，送入后续的测量室等部件时就不会产生硫的冷凝现象，确保后面的样品管路通畅。

反吹介质有空气和蒸汽两种。在一般情况下由空气反吹，反吹是自动进行的。当气样中有氨气存在时，会和二氧化碳反应生成铵盐，铵盐会堵塞反吹回路，再用空气反吹不起作用，只能采用蒸汽反吹，蒸汽的水解作用可以清除氨盐。

880-NSL型H₂S／S0₂比值分析仪气路图

880-NSL的特点

   ①具有四路单独的硅光电二极管检测系统，可同时测量H₂S、SO₂、硫蒸气和参比气，检测器中配有高精度滤光器，可使四路独立测量。

   ②光源采用寿命氙灯，使用寿命超过5年。

   ③采用了小容量气室，响应速度快(T₉₀<10s)，有利于闭环控制，同时也减少硫和氨的污染

④仪器配有校准滤光镜，仪器校准不需要标准气。   

⑤无可移动和传动部件，日常维护工作量小。

   ⑥分析仪直接安装在工艺管道上，没有样气传输管线，避免了传输管线堵塞带来的麻烦和维护工作量。

   ⑦分析仪中装有除雾器，可以除掉样气中夹带的硫雾，同时降低硫蒸气的压力，以避免气样中硫磺冷凝并呈液态析出。

   ⑧配备有完善的反吹系统，可有效防止管路堵塞，减轻样品对光学系统的污染。

880-NSL型H₂S／SO₂比值分析仪的系统构成

880_一NSL的主要性能指标

   测量范围：H₂S0～2％(可调)；S0₂ 0～1％(可调)   测量精度：±2％FS

   灵敏度：±0.5％FS   线性误差：±0.6％FS   重复性误差：±1％FS   响应时间：测量90％小于3s，系统90％小于10～15s    ．

   样气流量：2 L／min

   环境温度：-20～50℃

   公用设施：供电(120／230±10％)VAC，47～63Hz，功耗720W

仪表空气490～700kPa   蒸汽385～420kPa

880-NSL的启动和校准

仪器启动步骤如下：

①接通仪表空气并调整其压力；

②用空气吹扫电气箱；

③接通电源；

④开启样品人口阀与样品返回阀；

⑤依次进行特殊吹扫、吹扫调零和样品吹扫；

⑥调整抽吸器空气阀，保持适当压力差以提供足够样品流量，进入跟踪样品周期；

⑦恒温约lh后，仪器正常工作，输出实时测量结果。

仪器的校准有两项内容：零位与量程。

在校准零位时，以一种非吸收物质(通常为仪表空气)吹扫样品池，并测量每个通道的偏移值，然后储存在存储器内，直到下次校零前均用此数来校正每个光电管的零吸收率。量程校准时，样品池仍在校零状态，将校准滤光片插入光路，测量和显示吸收率的数值，并调整到标准值。

880-NSL使用维护注意事项

   ①因接触样品的管道和阀门都是采用夹套保温的，所以要保持蒸汽的畅通。要经常检查蒸汽压力与温度是否符合规定，保证样品气体的温度不低于129℃，否则会引起硫蒸气冷凝而堵塞工艺管道，中断系统工作。

   ②进入喷射器的仪表空气要保持畅通，并具有足够压力，以便产生足够的真空度，保证样品正常循环。

   ③样品室的石英窗、光路上的滤光片、光电管等元件要保证吹扫空气质量，从而保持光学表面清洁，并驱除其他光路上的吸光物质。

   ④在装置正常操作时，样品系统中存在致命浓度的H₂S和其他混合气体，因此维修前必须用零位气体吹扫样品管后与工艺流程隔离。必要时使用呼吸器。

   ⑤因紫外线对眼睛有害，应避免直接注视穿过光源灯末端窗口发出的光线，必要时戴上防护眼镜。

   ⑥如果维修时要接触电子电路板，不要让其遭受静电放电。

   ⑦电子线路板或静电敏感部位，储存租运输时应放在静电屏蔽的包装箱内。 

⑧接触光源灯及透光窗时，不要触摸光学表面，以免手指上的油吸收紫外线。