SU49455A1 - Способ и прибор дл анализа дымовых газов - Google Patents

Description

До насто щего времени все системы газоанализаторов с дожиганием дл  подробного анализа газов, например, газоанализатор „Норзе системы Кнорре и Зимина, снабженный микробюреткой системы тех же авторов (авт. свид. № 23701), обеспечивающей уточнение отсчетов и улучшение схемы прибора, страдали тем общим недостатком, что давали определение содержани  горючих-составл ющих смеси газов лишь косвенным, расчетным путем. После непосредственного поглощени  жидкими реактивами углекислоты, т желых углеводородов и кислорода в остаток газа вводилось измеренное количество воздуха и эта смесь дожигалась в раскаленной петле или специальном сосуде, снабженном электрозапалом, после чего по сокращению объема смеси в результате дожигани , по количеству вновь образовавшейс  углекислоты (путем ее поглощени ) и по количеству неиспользованного кислорода воздуха составл лись три уравнени  с трем  неизвестными (содержание окиси углерода, метана и водорода), совместное решение которых и позвол ло судить о процентном содержании названных горючих газов в смеси. Такого рода косвенный метод определени , приемлемый дл  достаточно высоких концентраций горючих газов,

недостаточно надежен дл  газов, бедных горючими составл ющими, например котельные газы, и вообще дл  всех случаев, требующих достаточно большой точности. Практика исследовательских институтов и тщательно поставленного теплового контрол  промышленных установок показала за последние годы, что наиболее слабым местом измерительной техники тепловых испытаний был и осталс  газовый анализ.

Предлагаемое изобретение основано на р де новых лабораторных изысканий по вопросу о возможности применени  приемов избирательного катализа к газовому анализу и  вл етс  пр мым развитием вышеупом нутого газоанализатора „Норзе системы Кнорре и Зимина.

Конструктивно прибор несколько усложн етс , но не претерпевает никаких существенных принципиальных изменений . Усложнение св зано лишь с осуществлением нового способа газового анализа, дающего возможность независимого и непосредственного (пр мого ) определени  каждого из трех горючих газов (окиси углерода, водорода и метана).

Этот способ сводитс  к следующему. Как во вс ком нормальном приборе, непосредственным последовательным по глощением определ етс  объемное со-держание в проое углекислоты „т желых углеводородов и кислорода. После этого, в остаток пробы вводитс  измеренное количество водорода (примерно п тикратное против предполагаемого содержани  окиси углерода). Затем смесь пропускаетс  через стекл нную петлю с никелевым катализатором, подогретым примерно до 250°, в присутствии которого вс  окись углерода переводитс  в метан (процесс гидрировани  см. П. Шуфтан, Zts. angew. chenn. 39, 276 1926 г.).

При этом возникает сокращение пробы в три раза против объемного содержани  СО согласно уравнению: СО + + Н2О.

Таким образом, величина сокращени  объема, деленна  на 3, дает непосредственное содержание СО в пробе.

В остатке, пробы после гидрировани  содержитс  водород первоначальной пробы, метан первоначальной пробы, неизрасходованный остаток водорода, введенного дл  гидрировани  (остаток этот определ етс  разностью менщу измеренным количеством введенного водорода и количеством водорода, израсходованного на гидрирование, численно равного по величине сокращению объема пробы) и вновь образовавщийс  после гидрировани  метан, численно равный по объему определенной окиси углерода .

В оставшуюс  смесь дл  дальнейшего определени  содержани  водорода и метана первоначальной пробы, как при вс ком нормальном приборе с до:жиганием , вводитс  измеренное количество воздуха, после чего смесь пропускаетс  через холодную петлю, заполненную специально приготовленным нанесенным на силикатном носителе платиНовым катализатором, обладающим способностью избирательной окисл ющей способностью (см. Е. В. Ллексеевский, Журнал Прикладной Химии 3, 857, 1930).

Упом нута  смесь газов в присутствии этого холодного катализатора, при комнатной температуре, дожигает только водород, количество которого и опреде л етс  непосредственно по сокращению объема смеси по уравнению:

2Н2 +

при этом количество водорода в смеси

равно -/3 наблюдаемого сокращени  объема пробы.

Вычитанием из полученного количества водорода, определенного ранее остатка водорода гидрировани , определ етс  содержанием водорода в первоначальной пробе.

Тот же катализатор при нагреве его до 400 легко дожигает метан. Получа  нагрев катализатора включением электрического нагревател , окружающего петлю с катализатором, и повтор   прокачивание смеси уже через гор чий катализатор, получают добавочное сокращение объема, вызываемое дожиганием метана.

Общее количество дожженного метана определ етс  непосредственно по сокращению объема пробы согласно уравнению

CH.J -f -20а - СОо + 2НгО .

Общее количество метана будет равно У2. наблюдаемого сокращени  объема пробы.

Контроль по определению содержани  метана в смеси возможен также и по поглощению вновь образовавщегос  от его сгорани  СО2 раствором щелочи. Искомое количество метана в первоначальной пробе получаетс  вычитанием определенного выше количества метана, образовавшегос  при гидрировании окиси углерода из определенного выще общего количества.

В соответствии с изложенным ходом анализа , опирающегос  на применение гидрировани  окиси углерода и катализа с избирательным последовательным дожиганием водорода и метана, видоизменен и газоанализатор, например, „Норзе.

На прилагаемом чертеже изображен газоанализатор „Норзе, приспособленный дл  осуществлени  выщеописанного способа.

К обыкновенной системе поглотительных сосудов 25, 32 и 33 промышленного газоанализатора „Норзе Кнорре-Зимина присоедин етс  через гребенку 24 микробюретка Кнорре-Зимина (авторское свидетельство .№ 23701), состо ща  из рабочей бюретки / с двум  (или несколькими) пережимами 2 и J, и собственно микробюретки 9, снабженной манометрической трубкой 10 с краном //, сообщающим эту трубку с атмосферой. Дл  увеличени  четкости отсчета за микробюраткой 9 и манометрической трубкой Ю ставитс  зеркало 12, что позвол ет брать отсчет при полном совпадении уровней затворной жидкости (вода или ртуть) в микробюретке Р и манометре Ю и в их отражении в зеркале (зеркальный отсчет). Рабоча  бюретка / снабжена трехходовым краном 4, который сообщает ее с распределительной гребенкой 2 и с открытым в атмосферу трубчатым отрезком 5. Гребенка 24 соединена с трубкой 37, снабженной по концам угловыми кранами 38 и 36 и соответствующими трубчатыми отростками. К этой соединительной трубке приключены параллельно две стекл нных петли 39 ч 45 с электрическими нагревател ми , заполненными одна - никелевым катализатором дл  гидрировани  окиси углерода, друга -специальным платиновым катализатором, полученным по способу проф. Е. В. Ллексеевского, дл  избирательного последовательного движени  водорода, затем метана. Вторые концы обеих катализационных петель 39 и 45 через угловой кран 41 присоединены к общему сосуду 42 дл  перекачивани  газа. Через этот же кран 41 обе упом нутых петли 39 и 45 могут присоедин тьс  к атмосфере. Наличие специального сосуда 42 дл  перекачивани  газа через петли 39 и 45 позвол ет упростить обычную двойную рубашку микробюретки „Норзе, котора  выполн ла, между прочим, и роль перекачивающего сосуда, и заменить ее обычной стекл нной рубашкой в виде одностенного стакана , дл   сности не показанного на чертеже. При работе же на ртути, вследствие ее чрезвычайной теплопроводности , за счет которой газ быстро охлаждаетс , предпочтительно обходитьс  совсем без охлаждающей вод ной рубашки .

Второй конец соединительной трубой 37 снабжен отростком 47 дл  присоединени  ко второй микробюретке /5 с манометром J4 (снабженным воздушным краном /5) и зеркалом /б. За этим отростком 47 конец трубки 37 несет угловой кран 36 с двум  присоединительными отростками 34 и 35 дл  сообщени  второй микробюретки 13 с ба лоном водорода (или эвдиометром) и воздухом. Микробюретка /5 не имеет добавочной рабочей бюретки, так как работает на малых количествах газа, снабжена в нижней части краном /9 и имеет самосто тельную фл гу /7, дл  перекачивани  с которой, как обычно, соединена через длинную резиновую трубку /.

Все операции по производству анализа весьма просты, доступны любому „норзисту и требуют лишь тщательности , всегда необходимой при таких анализах. Количество последовательных операций соответственно несколько больше, чем при работе на обычном „Норзе с дожиганием. Свод тс  они к следующему. Проба газа пропускаете через обычный вод ной затвор и фильтр 2/-20 при открытом кране 23 и забираетс  при опущенной фл ге 7 в рабочую бюретку / до отметки на сужение 5 (обычно 75 см). Дл  этого угловой кран 6 должен быть повернут вправо, чтобы отключить от фл ги 7 микробюретку 9 и присоединить к фл ге 7 только рабочую бюретку 7. При таком уровне заполн вшей бюретку / жидкости (вода или ртуть) кран 6 поворачиваетс  влево дл  переключени  фл ги 7 на микробюретку 9, а остальна  часть газа (до ТОО забираетс  при опущенной фл ге 7 в микробюретку до нулевой отметки . После этого последовательно проба газа из мюкробюретки и рабочей бюретки гонитс  в сосуды дл  поглощени , сначала дл  непосредственного поглощен1   углекислоты с помощью водного раствора едкого кали в поглотительном сосуде 25, затрм дл  поглощени  „т желых углеводородов (непредельных) с помощью водного раствора брома в сосуде 52 и, наконец, дл  поглощени  свободного кислорода с помощью щелочного раствора пирогаллола в сосу де 33. Все отсчеты по последовательному сокращению объема ведутс , как обычно, по микробюретке; часть оставшейс  после поглощени  пробы гонитс  обратно в рабочую бюретку / до отметки на пережиме 3 (75 см), а остаток вводитс  в микробюретку 9 дл  точного отсчета. После трех последовательных поглощений остаток пробы газа смешиваетс  в бюретке / с некоторым количеством водорода дл  гидрировани . Дл  этой цели через один из отростков (34 или 55) и кран 36 в микробюретку 13 вводитс  чистый водород (из баллона или эвдиометра). Этим водородом сначала продуваетс  пробка 39 с подогретым (до 400) никелевым катализатором дл  его регенерации, дл  чего с помощью фл ги 17 водород перекачиваетс  из микробюретки 13 через петлю 39 в сосуд 42 и обратно до посто нного отсчета уровн  в микробюретке 13, затем часть водорода, примерно в 5 раз ббльша , чем ожидаемое количество окиси углерода в пробе (теоретически необходимо трехкратное количество), перепускаетс  с помощью соответствующего поворота углового крана 38 в перекачивающий сосуд 42, и водородна  микробюретка 13 отключаетс  тем же краном 38- Далее краном 38 и краном 4 перекачивающий сосуд 42 соедин етс  с главной микробюреткой 9, куда и вводитс  из сосуда 42 весь водород гидрировани . Проба, смешанна  с водородом при тех же положени х крана 55 и 4, перекачиваетс  через нагретый никелевый катализатор в петле 39 из микробюретки 9 и рабочей бюретки 7 в сосуд 42 и обратно в рабочую бюретку /. Во врем  этого перекачивани  и происходит процесс гидрировани  окиси углерода. Отсчет сокращени  объема после гидрировани  вновь, как обычно, беретс  по микробюретке 9. Затем совершенно аналогично операци м гидрировани  (или обычным операци м дожигани  в газоанализаторах с дожигани ми) в образовавшуюс  после гидрировани  смесь (наход щуюс  в рабочей бюретке / и отчасти в микробюретке 9) вводитс  некоторое количество воздуха через свободный отросток 4, причем количество его отмер етс  по микробюретке 9. С помощью одного из свободных отростков (55 или 34} крана 36 и вспомогательной микробюретки 13 может быть продута воздухом вс  система трубок и дожигательна  петл  45 перекачиванием воздуха из микробюретки 13 через повернутый кверху кран 56, петлю 45 и повернутый вправо кран 41 в сосуд 42. После этого, переключением петли 45 с помощью поворота углового крана 3S

на рабочую бюретку / и микробюретку 9 начинаетс  перекачивание смеси пробы с отмеренным количеством воздуха в сосуд 42 через платиновый катализатор , помещенный в петле 45. Первое перекачивание (до посто нного уровн  в микробюретке 9) ведут при холодном катализаторе дл  отдельного дожигани  водорода. По окончании этого определени  (сокращение объема пробы после дожигани  водорода отмечают по уровню в микробюретке 9) оставшуюс  смесь пробы с воздухом перекачивают через тот же платиновый катализатор, но уже подогретый до 400° дл  отдельного дожигани  метана (с аналогичной отметкой сокращени  объема по уровню в микробюретке 9).

Этой операцией анализ пробы заканчиваетс  и прибор, как обычно дл  всех газоанализаторов, приводитс  в рабочее состо ние дл  анализа следующей пробы.

Таким образом прибор, с помощью несложных последовательных операций лишь количественно несколько более сложных, чем при обычном анализе с дожиганием, реализуетс  раздельное определение всех основных компонентов, обычной газовой смеси. Остаток, как всегда, принимаетс  за азот. Основное назначение аппарата-наиболее четкое,, точное определение состава смеси дымовых газов в лабораторных услови х, невозможное при обычных косвенных методах определени . Аппарат сохран ет достаточную компактность и легко размещаетс  в переносном  щике.

Предмет изобретени .

Claims (5)

1. Способ анализа дымовых газов, отличающийс  тем, что, с целью непосредственного определени  объемного содержани  горючих составных частей (окиси углерода, водорода и метана) в газе, после поглощени  негорючих составных частей соответствующими поглотител ми , исследуемый газ смешивают с водородом и подвергают наход щуюс  в нем окись углерода гидрированию в присутствии катализатора и по сокращению объема после гидрировани  определ ют содержание в газе окиси углерода, а затем наход щийс  в газе водород и метан подвергают раздельному дожиганию сначала в присутствии холодного, а затем подогретого катализатора и по сокращени м объема газа при этом определ ют содержание водорода и метана.

2.Дл  осуществлени  способа по п. 1 применение нагреваемого никелевого катализатора при процессе гидрировани  окиси углерода.

3.Дл  осуществлени  способа по пп. 1 и 2 применение дл  дожигани  водорода и метана платинового катализатора на силикатной основе, обладающего избирательной окисл ющей способностью в холодном и подогретом состо нии.

4.Прибор дл  осуществлени  способа по пп. 1-3, отличающийс  тем,

что в известном газоанализаторе, например , „Норзе, сосуд 42 дл  перекачивани  газа сообщен с микробюреткой Р через две соединенные параллельно и снабженные электрическими нагревател ми петли 39, 45, одна из которых заполнена катализатором дл  процесса гидрированик окиси углерода, а втора -катализатором дл  дожигани  водорода и метана .

5. Форма выполнени  прибора по п. 4, отличающа с  тем, что сосуд 42 дл  перекачивани  газа соединен трубкой 37 со второй микробюреткой 13 служащей дл  изменени  объема смешиваемого с газом перед гидрированием водорода и дл  продувки петель 39, 45 водородом и воздухом.

-. /JT

(./

-J6 J