Способ определения суммы микроконцентраций аммиака и двуокиси азота в кислородсодержащей газовой смеси

 

Способ измерения суммы микроконцентраций аммиака и двуокиси азота в кислородсодержащей газовой смеси. Сущность изобретения заключается в том, что в кислородсодержащую газовую смесь с аммиаком и двуокисью азота добавляют избыточное по отношению к содержанию аммиака количество водорода, но не более значения нижнего предела его воспламенения, а в качестве катализатора используют стекловидный углерод при температуре от 300 до 400°С. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 21/76

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР I 109ß

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4839185/25 (22) 25.06.90 (46) 07.07.92. Бюл. N. 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения (72) А.К.Терещенко, В.К.Куринный, Т.А.Куринная и Л,Д,Мазыра (53) 543.42(088.8) (56) Патент США

N.4333735, кл. G 01 N 21/75, 1982.

BreItenbach L.P„Shelef М. Разработка метода для анализа ИО2 и ИНз с использованием NO-детектора. I,of air Pollut

Contr. Assoc. 1973, 23, Я 2, р.128-131, Изобретение относится к газоаналитической технике, а конкретно к способам измерения общего содержания аммиака и двуокиси азота в атмосферном воздухе, в отходящих и технологических газах.

Известен способ измерения общего содержания аммиака и двуокиси азота в кислородсодержащей газовой смеси путем преобразования на катализаторе из металлической пластины указанных соединений в окись азота, количество которого затем контролируют чувствительным к окиси азота, например, хемилюминесцентным детектором.

Недостатком известного способа является высокая рабочая температура Pt-катализатора (1000-1250 К), которая приводит к постепенному отравлению платины азотом, образующимся в результате взаимодействия аммиака и окислов азота.

Известен также способ измерения общего содержания азотсодержащих газовых

ЯХ,, 1746265 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММЫ

МИКРОКОНЦЕНТРАЦИЙ АММИАКА И

ДВУОКИСИ АЗОТА В КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ (57) Способ измерения суммы микроконцентраций аммиака и двуокиси азота в кисло родсодержащей газовой смеси. Сущность изобретения заключается в том, что в кислородсодержащую газовую смесь с аммиаком и двуокисью азота добавляют избыточное по отношению к содержанию аммиака количество водорода, но не более значения нижнего предела его воспламенения, а в качестве катализатора используют стекловидный углерод при температуре от 300 до

400 С.3 табл, компонентов, в том числе аммиака и двуокиси азота, согласно которому с целью понижения рабочей температуры Р(-катализатора (до 750-1000 К) анализируемую газовую смесь предварительно прогревают в каталитически инертном объеме, а процесс каталитического преобразования азотсодержащих газовых компонентов в NO проводят при пониженном давлении.

Однако при наличии в анализируемой. газовой смеси большого количества азота, например в воздухе, процесс отравления

Р -катализатора происходит достаточно быстро и при пониженных рабочих температурах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения общего содержания аммиака и двуокиси азота, .в котором для преобразования указанных газовых компонентов в NO используется катализатор на основе углерода с добавкой меди, 1746265

30

40

М Нз+ОН=Й Н2+Н20

МН +ОН=ЙН+НтО;

М Н+О2=М 0+0 Н.

50 рабочая температура которого составляет

400-450 С.

Недостаток способа состоит в том, что при температуре выше 400 С за счет интенсивного выгорания (окисления) углерода при длительной работе масса его уменьшается, в результате. падает эффективность преобразования, а следовательно, снижается точность измерения.

Цель изобретения — сохранение точности измерения суммы микроконцентраций аммиака и двуокиси азота при длительной работе углеродного катализатора.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу. измерения общего содержания аммиака и двуокиси азота в кислородсодер>кащей газовой смеси путем преобразования на подогреваемом углеродном катализаторе, аммиака и двуокиси азота в окись азота, количество которой определяют чувствительным к окиси азота детектором, в анализируемую газовую смесь добавляют водород, количество которого по крайней мере в два раза превышает содержание аммиака, но не более нижнего предела его воспламенения, а в качестве катализатора используют стеклоуглерод при температуре 300-400 С.

Понижение рабочей температуры углеродного катализатора в процессе окисления аммиака до окиси азота при добавлении в кислородсодержащую газовую смесь водорода достигается благодаря образованию на поверхности катализатора химически активных радикалов гидроксила

OH в. результате реакций:

Н2+02=ОН+ОН или Hz+02+C=OH+ CO+ H

Радикалы OH далее способы уже при сравнительно невысоких температурах интенсивно взаимодействовать с аммиаком согласно элементарным реакциям:

Поскольку время контактирования молекул водорода и кислорода с катализатором ограничено, то для полного окисления аммиака необходимо, чтобы количество радикалов ОН, а следовательно, количество водорода превышало расчетные значения,, найденные из стехиометрических соотношений, т.е, процесс окисления МНя должен проходить в условиях избытка водорода. С другой стороны, чтобы не допустить самора-. зогрева катализатора в результате сгорания водорода, содержание последнего не должНо превышать значения нижнего предела его воспламенения, которое зависит от содержания кислорода в газовой смеси. Например;для смеси ЙНз+ воздух нижний предел воспламенения составляет 4,1 об.%. . Пример. Для измерения ЙНз и NOq предлагаемым способом используют устройство, состоящее иэ источника анализируемой газовой смеси (ИГС), включающего баллон с аттестованной газовой смесью

N0z+Nz или ЙНз+М2, баллон с. чистым воздухом и генератор-разбавитель ГР с аттестованными коэффициентами разбавления; источника водорода (баллон с вентилем тонкой регулировки BTP), каталитического конвертора, заполненного колотыми гранулами (1 — 2 мм стеклоуглерода марки СУ2000), источника нагрева конвертора ИН, 20 хемилюминесцентного. детектора окиси азота ХЛД.

Содержание ЙНз и Й02 анализируемой газовой смеси задавали путем подбора на генераторе ГР соответствующего коэффи25 циента разбавления исходной газовой смеси.

Количество водорода, добавляемого в анализируемую газовую смесь, регулировали с помощью вентиля BTP.

Источник нагрева .ИН, снабженный электронным терморегулятором, позволял устанавливать температуру в конверторе

225-400 С и поддерживать ее с точностью

+5 С. Значения степени преобразования (в %) N(h и ЙНз в NO при различных темпе° ратурах катализатора а отсутствие в анали- . зируемой газовой смеси водорода и с. добавкой водорода (в количестве 1%) приведены в табл.1.

Содержание NOz в газовой смеси составляло 6,5 ppm, ИНз — 7,6.

В табл.1 представлены также известные данные по эффективности преобразования

М02 и ЙНз в NO на углеродном катализаторе

45 с примесью меди.

Иэ данных табл.1 следует, что добавка водорода в газовую смесь, поступающую в конвертор со стекловидным углеродом, существенно повышает эффективность преобразования ЙНз в NÎ, в то же время не влияет на степень преобразования Й02 à NO. Полное преобразование ЙНз в NO на стеклоуглероде достигается начинай с 300 С.

Нижняя граница рабочей температуры ката55 лизатора на основе стеклоуглерода в процессе преобразования ЙНз u NCb в NO на

100 С ниже, чем на известном катализаторе (углерод с примесью меди).

В табл.2 приведены значения степени преобразования ЙНэ в NÎ.íà стеклоуглеро1746265

Таблица 1

Таблица 2 де (>=325 5 Ñ) при различных добавках Hz в газовую смесь, содержащую 0,12 об.

NHa.

Из табл.2 следует, что для получения полного преобразования ИНз в NO необходим, по крайней мере, двукратный избыток

Hg относительно содержания ИНз, В табл.3 приведены полученные весовым методом величины скорости выгорания стеклоуглерода в воздухе в диапазоне температур 300-450 С. Там же представлены расчетные значения срока службы катализатора, определяемого как время, в течение которого исходная масса стеклоуглерода (20 r) уменьшается в результате выгорания в 2 раза.

Из табл;3 видно, что в температурном интервале 300-400 С срок службы стеклоуглеродного катализатора составляет от нескольких тысяч до сотни часов, что соответствует требованиям практики, Выше 400 С продолжительность работы катализатора снижается до недопустимо низкого уровня.

Таким образом, предлагаемый способ измерения суммы микроконцентраций МНз и ИО позволяет путем добавки в анализируемую газовую смесь избыточного по отношению к содержанию МНз количества водорода и использования в качестве катализатора стеклоуглерода снизить рабочую температуру. углеродного катализатора с

400 — 450 С до 300 — 400 С, в результате интенсивность его .выгорания уменьшается, что в конечном счете приведет к повышению стабильности работы катализатора во вре5 мени, а следовательно, к сохранению точности измерения ИНз и ИО при длительной работе углеродного катализатора.

Формула изобретения

10 Способ определения суммы микроконцентраций аммиака и двуокиси азота в кислородсодержащей газовой смеси, включающий преобразование на подогреваемом углеродном катализаторе аммиака и

15 двуокиси азота в окись азота, измерение количества полученной окиси азота по хемилюминесцентному свечению смеси и определение суммы микрокойцентраций аммиака и двуокиси азота в смеси по вели20 чине содержания окиси азота, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сохранения точности измерения при длительной работе катализатора, в кислородсодержащую газовую смесь с аммиаком и двуокисью азо25 та добавляют водород, количество которого по крайней мере в два раза превышает содержание аммиака, но не более значения нижнего предела его воспламенения в кислородсодержащей газовой смесй, 30 а в качестве катализатора используют стеклоуглерод при 300 — 400 С, 1746265

Таблица 3

425

Температура, С

Скорость выгорания, мг/ч

Срок службы, ч

300

325

350

400

450

96

104

1,2

8300

13

770

290

2500

4

Составитель Л. Мазыра

Редактор Н. Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор H. Король

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5