H2S在线分析仪的开发与研究

　　1　引　言

　　H2S浓度的在线测量是克劳斯工艺的一个重要测量要求。克劳斯工艺要求在反应炉中控制H2S和SO2的比例为2∶1,从而达到理想的硫磺收率。 因此,克劳斯装置中原料气的H2S浓度测量是必须的,同时H2S作为一种剧毒物质,对其尾气中H2S浓度进行监控也是最基本的环保要求。

　　2　仪器的工作原理

　　紫外吸收光度法H2S在线分析仪是利用H2S对特定波长紫外光的吸收遵从比尔定律设计开发。朗伯—比尔定律可用下式表示:

　　对一个特定的测量工作气室和测量波长以及特定的被测物质,其工作气室的长度L和吸收常数K是一定的,因而通过测量H2S吸收前、后的紫外光的强 度,便可以测量出H2S的浓度。在实际仪表中,一般使用两个特征波长的紫外光源,其中一个波长能被H2S所吸收称为测量波长,另一个波长不被H2S所吸收 的称为参比波长,并用这二个光波强度来分别代表H2S吸收前、后的紫外光的强度I0及I,根据式(1)就可以得出H2S的浓度。

　　3　仪器的构成

　　整个仪器按功能划分,主要由预处理系统、测量系统以及控制系统三个部分构成,其示意图如图1。

　　3.1　预处理系统

　　为了保证进入仪器的工艺气样能符合要求,仪器设计了气样预处理系统主要是纤维网层部分。气样通过一层纤维网层,这个网层可以有效除去大部分尘粒和气雾,从而进一步减少杂质对光学系统的影响。

3.2　测量系统

　　测量系统是仪器的关键部件,实际上它就是仪器的传感器,负责将光信号采集放大转化为电信号。它可简单分成紫外光源、光信号接收转换、气体分析测量池三个部分。

　　3.2.1　紫外光源

　　紫外光源部分要求稳定发出含有两种特征波长的平行光束。其中一波长为测量波长,另一波长为参比波长。

　　紫外灯的工作寿命关系到分析仪的寿命。本分析仪中采用特种镉元素灯,并对镉元素灯采用了高占空比的脉冲工作方式,即灯只在脉冲的瞬间工作,其持 续时间为几个毫秒,其周期为1 s左右。这种方式有效解决了灯的光强和灯的寿命的矛盾。目前灯的辐照度在10-2W/cm2水平,寿命在1~3年左右。其信号通过采样保持器保持信号有连 续性。

　　3.2.2　H2S测量池

　　H2S测量池是一个两端带光学窗口的圆柱型流动气室。H2S气体在此气室中吸收紫外光源发出的平行光束中测量波长的光波,测量池的长短将决定仪器的测量量程。

　　为了保持仪器的长期稳定工作,要防止工艺气样中的水气以及其它介质在光学窗口上析出。为此我们在仪器中设计了一个高温恒温箱,高温恒温箱包括 H2S测量池和加热工艺气样的蛇管以及电加热器。使整个H2S分析测量池置于一个高温体系中,工艺气样通过测量池前,首先通过蛇管加热,保证气样在通过测 量池时的温度在露点以上,工艺气样中的油污、硫和水露不会在光学窗口上析出,从而保证仪表的工作长期性和稳定性。