Определение водорода сжиганием в трубке с палладиевым катализатором

При работе на приборе нагреватель катализатора должен быть постоянно подключен к сети. Если нагрев был отключен, то для подготовки прибора к проведению анализов, то есть для достижения установленной температуры 80-100 °С, требуется около 30 мин. Краны 19, 27, 28 принагревании должны быть открыты для поддержания в трубке атмосферного давления. После нагрева кран 19 закрывают.

Объем пробы исследуемого газа определяют в зависимости от предполагаемого содержания в газе водорода. Если предполагаемое содержание водорода в газе менее 3 %, отбирают 100 см³ газа, если предполагаемое содержание водорода в газе более 75 %, отбирают 33,35 см³ газа, если содержание водорода в газе неизвестно, отбирают 20 см³ исследуемого газа.

В первом случае разбавление пробы воздухом не производят, во втором случае к пробе газа добавляют 100 см³ воздуха и в третьем - 80 см³ воздуха.

Для определения вредного объема бюретки от деления «0» до крана 27 доводят запирающую жидкость в сосуде до крана 8 ив бюретке до крана 27, затем набирают в оба колена бюретки по 20 см³ воздуха, измеряют точно объем воздуха и переводят его через трубку с катализатором 6 в сосуд 9, доводя жидкость в бюретке до крана 27. Поворачивают кран 27 и снова набирают в оба колена бюретки по 20 см³ воздуха, затем переводят в бюретку воздуха из сосуда 9, доводя жидкость до крана 8.

Вредный объем бюретки определяют как разность между измеренным после перевода воздуха из сосуда 9 в бюретку объемом и суммарным объемом двух проб.

Операцию производят несколько раз до получения постоянного значения вредного объема.

Для определения малых количеств водорода в испытуемом газе (до 3 %) учет вредного объема бюретки не производят.

Перед проведением анализа продувают трубку с катализатором воздухом, для чего набирают в бюретку 80 см³ воздуха, переводят воздух в сосуд 9, затем поднимают уровень жидкости в сосуде 9до крана 8, закрывают кран 8,уравнивают давление в трубке 6и бюретке с атмосферным, устанавливая уровни жидкости в бюретке и в уравнительной склянке 30на одной высоте, затем поворачивают кран 27и выпускают воздух из бюретки в атмосферу.

Надевают на боковой отросток крана 28шланг пробоотборника, продувают шланг испытуемым газом, отбирая 2-3 раза по 15-20 см³ газа в узкое колено бюретки и выпуская его в атмосферу через верхний отросток крана 28, затем отбирают в широкое колено бюретки несколько больше 80 см³ газа, а в узкое - несколько больше 20 см³. Закрывают кран 27,не соединяя бюретку с гребенкой, закрывают кран на пробоотборнике и снимают шланг с отростка крана 28.

Поднимают склянку 30и сжимают газ в бюретке, устанавливая уровни: в широком колене - точно на отметке «80», а в узком - на отметке «20», закрывают краны 4; кратковременным поворотом крана 27выпускают избыток газа в атмосферу через кран 28; затем проверяют объем пробы, после чего переводят газ из бюретки в сосуд 9и обратно 2-3 раза.

При последнем переводе газ пропускают в широкое колено бюретки до отметки «80», нижний кран широкого колена закрывают, остаток газа пропускают в узкое колено, доводя жидкость в сосуде до крана 8. Закрывают кран 8 иизмеряют объем газа в бюретке, уравняв его давление с давлением в компенсационной трубке.

Производят контрольное прокачивание газа через трубку 6в сосуд 9. Если объем не уменьшается, сжигание считается законченным.

Перед определением содержания водорода, если его предполагаемая концентрация в испытуемом газе превышает 75 %, в сосуд 9вводят 100 см³ воздуха. Для этого после продувки трубки 6 воздухом отбирают в бюретку 100 см³ воздуха, измеряют его объем, не пользуясь компенсационной трубкой и манометром, а уравнивая давление в бюретке с атмосферным подъемом уравнительной склянки, после чего переводят воздух в сосуд 9, доводя жидкость в бюретке до крана 27.

Поворотом крана 27соединяют бюретку с краном 28,надевают на боковой отросток крана 28шланг пробоотборника, продувают шланг исследуемым газом, отбирая 2-3 раза газ в бюретку и выбрасывая его в атмосферу через верхний отросток крана 28. Отбирают в широкое колено бюретки 20 см³ исследуемого газа, а в узкое - 14-15 см³, закрывают кран 27, не соединяя его с гребенкой; закрывают кран на пробоотборнике и снимают шланг с отростка крана 28.

Поднимают склянку 30 исжимают газ в бюретке, устанавливая уровни в широком колене точно на отметке «20», а в узком - на отметке (13,35- V), где V - средний объем бюретки от нулевого деления до крана 27.

Закрывают краны 4. Кратковременным поворотом крана 27выпускают избыток газа в атмосферу через кран 28, затем открывают нижний кран узкого колена бюретки, и, установив уровни в этом колене бюретки и в склянке 30на одной высоте, проверяют объем пробы, который с учетом вредного объема должен составлять точно 33,35 см³. При необходимости повторяют выпуск избытка газа в атмосферу.

Открывают краны 4,отпускают склянку 30,соединяют поворотом крана 27бюретку с трубкой 6 исосудом 9 ичастично переводят находящийся в сосуде 9воздух в бюретку, смешивая воздух с исследуемым газом. После того, как уровни в бюретке опустятся до отметок «80» и «20», поднимают склянку 30 и переводят газовую смесь из бюретки в сосуд 9. Скорость движения газа должна быть такой, чтобы при открытых кранах 4разница в положении уровней жидкости в узком и широком коленах бюретки не превышала 3-5 см.

После перевода всего газа в сосуд 9опускают склянку 30и столь же медленно переводят газ обратно в бюретку. Последующие перемещения газа из бюретки в сосуд 9и обратно производят быстро, так как основной объем водорода сгорает при первом прохождении через трубку. После 4-5 прокачиваний газа через трубку поднимают уровень жидкости в сосуд 9 до крана 8,фиксируют уровень в широком колене бюретки на отметке «80» и, помещая склянку 30 так, чтобы уровень в ней находился на одной высоте с уровнем в узком колене бюретки, измеряют объем газа.

При работе с прибором необходимо следить, чтобы поглотительные и запирающие жидкости не попадали в трубку с катализатором во избежание его отравления.

Обработка результатов

4.1 Объемную долю отдельных компонентов (X) в испытуемом газе в процентах вычисляют по формуле

,

где ∆V - объем данного компонента, установленный после поглощения или сжигания, см³;

V- первоначальный объем испытуемого газа, взятый в бюретку для анализа, см³.

4.2. Объемную долю метана в испытуемом газе при его раздельном определении с этаном по п. 3.3.4 ( ) в процентах вычисляют по формуле

,

где - объем СО₂, образовавшегося при сжигании суммы предельных углеводородов, см³;

- объем этана, установленный после сжигания предельных углеводородов, см³;

V - первоначальный объем испытуемого газа, взятый в бюретку для анализа, см³.

4.3. Объемную долю водорода в испытуемом газе при его содержании до 3 % (Х₁)в процентах вычисляют по формуле

,

где V_п - объем пробы, см³;

V_г - объем газа после сжигания, см³.

4.4. Объемную долю водорода в испытуемом газе при его содержании более 75 % (Х₂)в процентах вычисляют по формуле

,

где V_B - объем воздуха, см³;

V_г - объем газа после сжигания, см³;

33,35 - объем пробы испытуемого газа, см³.

4.5. Объемную долю водорода в испытуемом газе, когда содержание его неизвестно или изменяется в широких пределах (Х₃), в процентах вычисляют по формуле

,

где V_B - объем воздуха, см³;

V_г - объем газа после сжигания, см³;

20,0 - объем пробы испытуемого газа, см³.

Результаты двух определений, полученные в одной лаборатории, признаются достоверными (с 95 %-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает:

при способе поглощения - 0,2 %,

при способе сжигания - 0,3 %.

Вопросы:

1. Перечислите основные преимущества и недостатки данного метода определения объемной доли компонентов в газе.

2. Напишите основные химические реакции, протекающие при поглощении компонентов газа.

3. Сравните состав газов полученных при коксовании и полукоксовании горючих ископаемых.

4. Чем вызвана необходимость очистки газа, полученного при переработке ТГИ? Какие газы улавливают в процессе очистки?

3 МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОГАТИМОСТИ И ПОКАЗАТЕЛЕЙФРАКЦИОННОГО АНАЛИЗА.

Общие сведения

Обогатимость углей характеризуется их способностью разделяться на составляющие компоненты по плотности: концентрат, промежуточный продукт и породу.

Метод заключается в определении обогатимости углей по результатам фракционного анализа.

Сущность метода заключается в расслоении исследуемого топлива на фракции (по плотности) для определения его фракционного состава.

Средства измерения

1) Центрифуга электрическая лабораторная стаканчикового типа с регулируемой частотой вращения от 600 до 2000 мин^-1 и пробирками вместимостью не менее 200 см³.

2) Выпариватель хлористого цинка электрический.

3) Воронка металлическая со стоком в канализацию и решеткой размером 400 × 400 мм для установки промывного бачка.

4) Баки вместимостью 45-50 дм³ и высотой не менее 600 мм для промывки и расслоения пробы в хлористом цинке.

5) Бачки с сетчатым дном (размер отверстий 1 (0,5) мм), свободно входящие в бак с жидкостью.

6) Бачки эмалированные вместимостью 5-7 дм³ и высотой не менее 300 мм для расслоения проб в органических жидкостях.

7) Бачки с сетчатым дном (размер отверстий 1 (0,5) мм), свободно входящие в бачок с органической жидкостью.

8) Воронка для сбора промывных вод от обесшламливания топлива.

9) Черпаки сетчатые для снятия всплывших частей проб.

10) Баки для приготовления растворов.

11) Противни размером 650 х 350 х 80 мм, 300 × 200 × 50 мм, 400 × 300 × 80 мм для просушки фракций.

12) Делители желобчатые.

13) Шкаф сушильный электрический со стеллажом и отверстиями для естественной вентиляции, обеспечивающий необходимую очистку воздуха, с температурой нагрева (105 ± 5) ⁰С.

14) Денсиметры.

15) Весы с наибольшим пределом взвешивания 100 и 2 кг.

16) Набор гирь.

Подготовка к испытанию

Подготовка пробы к фракционному анализу

В зависимости от размеров кусков масса проб для фракционного анализа должна соответствовать указанной в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Масса проб для фракционного анализа

Общую массу пробы для фракционного анализа М, кг, вычисляют по формуле

(3.1)

где т_r - рекомендуемая масса наивысшего класса крупности (согласно таблице 3.1), кг;

m_s - выход наивысшего класса крупности, %.

Из отобранной пробы предварительно отсеивают куски размером более 100 (150) мм, а затем рассеивают на классы, подлежащие расслоению, и при необходимости сокращают до массы, указанной в таблице 3.1.

Сокращение проб топлива производят порционным методом или - для топлива крупностью 25 мм и менее - с помощью рифленого делителя.

При порционном методе сокращения совком последовательно отбирают по периметру основания пробы, насыпанной на ровную площадку, порции в сокращенную пробу и в отходы. Количество порций в сокращенной пробе должно быть не менее 32.

При проведении фракционного анализа топлива с нижним пределом крупности 1 (0,5) мм и максимальной крупностью более 25 мм пробу предварительно рассеивают на сите размером отверстий не более 25 мм.

Пробу топлива с размером кусков более 1 (0,5) мм перед расслоением обесшламливают или (после предварительного подсушивания) обеспыливают.

Сушку производят на воздухе или в сушильном шкафу. Для этого пробу насыпают на противень слоем не более двукратного максимального размера куска, а для топлива размером кусков менее 3 мм толщина слоя должна быть не более 10 мм. При подсушке в шкафу противень устанавливают в предварительно нагретый сушильный шкаф и подсушивают не выше (100 ± 5) °С(ускоренная подсушка) до уравнивания массовой доли влаги в пробе с атмосферной влажностью.

Обеспыливание производят отсевом частиц топлива размером зерен менее 1 (0,5) мм.

Обесшламливание проводят в бачке с сетчатым дном, промывая пробу водой над воронкой или погружая несколько раз бачок в бак с водой. Отмытый шлам отстаивают (при этом допускается применять флокулянты), собирают и сушат до сыпучего состояния, а затем подвергают контрольной сушке. Шламы тщательно собирают, взвешивают и с помощью делителя выделяют пробу.

При необходимости расслоения топлива размером зерен менее 1(0,5) мм массу, отделенную с помощью делителя, сокращают и подсушивают.

Подготовка тяжелых жидкостей

Для расслоения топлива размером зерен менее 1 (0,5) мм применяют органические жидкости плотностью от 1300 до 2600 кг/м³, а для топлива размером кусков более 1 (0,5) мм - раствор хлористого цинка плотностью от 1100 до 2000 кг/м³ и органические жидкости плотностью от 2000 до 2600 кг/м³. В таблице 3.2 приведены типовые физические свойства органических жидкостей, применяемых для фракционного анализа.

Таблица 3.2 - Типовые физические свойства органических жидкостей, применяемых для фракционного анализа

Расслоение проб бурого угля производят в тяжелых жидкостях плотностью от 1200 до 2000 кг/м³; каменных углей - от 1300 до 2600 кг/м³, антрацитов - от 1500 до 2600 кг/м³ с интервалом плотности 100 кг/м³.

При расслоении антрацита допускается применять растворы хлористого цинка плотностью не более 2100 кг/м³.

При кристаллизации хлористого цинка расслоение допускается производить в растворе, подогретом до температуры 30-35 °С.

Для фракционного анализа можно применять взвеси твердых частиц в водной среде, для получения которых используют нерастворимые материалы высокой относительной плотности и соответствующего гранулометрического состава.

Перечень пригодных для этих целей материалов приведен в таблице 3.3.

Таблица 3.3- Твердые материалы, пригодные для получения водной суспензии

Объем концентрированной жидкости (V_K), м³, необходимый для получения заданного объема раствора, вычисляют по формуле

(3.2)

где V_ж - требуемый объем раствора, м³;

ρ_к - плотность концентрированной жидкости, кг/м³;

ρ_ж - требуемая плотность жидкости, кг/м³;

ρ_р - плотность растворителя, кг/м³.

5.1.5 Примерный состав тяжелых жидкостей плотностью до 2100 кг/м³ определяют по таблице 3.4.

Плотность жидкости проверяют денсиметром или взвешиванием жидкости в пикнометре или в стеклянном цилиндре вместимостью 100 см³ на технических весах. Отсчет по шкале денсиметра производят после того как установится уровень жидкости.

Таблица 3.4 - Примерный состав тяжелых жидкостей