层析法测定天然气中硫化氢含量的研究

李黎榕

（1.福州市产品质量检验所，福建福州 350008；2.国家化学工业气体产品质量监督检验中心，福建福州 350008）

层析法测定天然气中硫化氢含量的研究

李黎榕1，2

（1.福州市产品质量检验所，福建福州 350008；2.国家化学工业气体产品质量监督检验中心，福建福州 350008）

以乙酸铅标准溶液制成浸渍硅胶对天然气中的硫化氢含量进行测定，通过对样气流速、取样体积、乙酸铅标准溶液浓度等方面进行研究，选择最佳实验条件。实验结果表明，当样气流速为100～150mL/min，取样体积为1L，浸渍硅胶制备所用的乙酸铅标准溶液浓度为0.05mol/L时，对天然气中硫化氢含量的测定结果最接近真实值。

乙酸铅；浸渍硅胶；层析法；天然气；硫化氢含量

天然气作为一种重要的燃气，在能源领域占有越来越重要的地位，目前已成为国内城镇燃气的主要气源。随着环保意识的增强，人们对天然气中的各种杂质尤其是硫化氢的含量予以更多的关注。硫化氢是一种可燃性无色、有腐蛋、恶臭味的特殊气体，具有神经毒性，直接危害人体健康[1]。同时，硫化氢含量过高的天然气在空气中燃烧时会产生较多的二氧化硫。二氧化硫是一种刺激性很强的、对人体呼吸道有害的物质，它不仅会污染空气环境，而且会直接对人体产生危害。由于硫化氢易吸附于采样器内壁，管道或储罐天然气中的硫化氢含量要求在线检测，不适用于样品转移，因此需要研究一种新的天然气中硫化氢含量检测法，能够方便携带并快速有效地实现定性与定量，进而准确测得天然气中硫化氢的含量。

目前，测定天然气中硫化氢含量的方法主要有碘量法、亚甲蓝法、乙酸铅反应速率双光路检测法等[2-4]。但碘量法和亚甲蓝法在实际应用中操作繁琐，耗时较长，不利于快速检测。而乙酸铅反应速率双光路检测法所用仪器价格较高，测定范围有限。乙酸铅浸渍硅胶层析法不需要贵重的仪器，所制浸渍硅胶易于保存和携带，检测过程简单快速，可用于实验室和现场快速检测。目前已有层析法测定液化石油气中硫化氢含量的检测方法[5]，但由于液化石油气和天然气的产品状态不同，需对相关实验条件进行探索才能得到最佳检测结果。本工作采用乙酸铅标准溶液制成浸渍硅胶，通过对样气流速、取样体积、乙酸铅标准溶液的浓度等方面进行研究，用已知硫化氢浓度的甲烷标准气体作为样品进行验证，选择最佳检测条件。

1 实验部分

1.1 方法原理

将浸渍了乙酸铅溶液的硅胶填装入带刻度的玻璃反应管中，当气体样品通过硅胶层时，硫化氢与乙酸铅反应生成黑色硫化铅，此时在硅胶床上显出一定长度的染色层，根据染色硅胶体积确定通过反应管的硫化氢含量。

1.2 仪器和试剂

硫化氢含量测定器（层析法）：SX-0231型，长沙首煊分析仪器有限公司；湿式气体流量计：LML-1型，长春汽车滤清器有限责任公司；玻璃反应管：1mL管体积刻度最小分度为0.01mL；2mL管体积刻度最小分度为0.02mL；5mL管体积刻度最小分度为0.05mL；空盒气压表：DYM3型，长春气象仪器厂；电热恒温鼓风干燥箱：DHG-9076A型，上海精宏实验设备有限公司。

粗孔硅胶：60～80目；乙酸铅标准溶液：0.025mol/L、0.050mol/L、0.075mol/L（含有5%冰乙酸，以防乙酸铅水解）；盐酸：分析纯。

标准气：在甲烷为平衡气的气体中只配入硫化氢气体，浓度分别为5.33mg/m3、19.6mg/m3、97.6mg/m3、380.1mg/m3。

1.3 浸渍硅胶的制备

将硅胶用盐酸浸2h后，用水冲洗，再用蒸馏水洗至中性，于120℃烘干。准确量取20mL乙酸铅标准溶液与150mL蒸馏水放入500mL烧杯中混合均匀，加入冷却后的烘干硅胶100g，充分搅拌浸渍2h，然后在（65±3）℃的烘箱内烘烤至含水量为（30±2）%为止，在烘烤过程中，含水量40%以上每隔30min搅拌一次，含水量低于40%时每隔20min搅拌一次。

1.4 实验方法

将制好的浸渍硅胶倒入1mL反应管中，并敲紧至刻线，将反应管安装在硫化氢含量测定器上，然后将样品、硫化氢含量测定器、湿式气体流量计用尽量短的乳胶管连接。打开样品取样阀，以一定流速将样品气通入反应管中（为使变色层界面均匀向上移动），当通过一定的气样后，关闭取样阀，记录反应管中浸渍硅胶变色体积、湿式气体流量计初态和终态体积、环境温度、大气压力。

2 结果与讨论

2.1 不同样气流速测定硫化氢含量的结果对比

为选择合适的样气流速以保证样气中硫化氢与浸渍硅胶充分反应，以甲烷为底气，硫化氢含量为19.6mg/m3的标准气体作为样品气，固定取样体积为2L，乙酸铅标准溶液浓度为0.05mol/L，改变样气流速进行相关实验。表1是不同样气流速测定硫化氢含量的结果对比。

表1 不同样气流速测定硫化氢含量的结果对比

从表1可知，不同样气流速测定硫化氢含量的相对偏差均＜1%，说明测定的重复性满足分析要求。其中样气流速为200mL/min的测定结果与标准气的标准值19.6mg/m3偏离最多，这是由于样气流速过快，样气中的硫化氢与浸渍硅胶中乙酸铅反应不完全导致测定结果较低。样气流速为100mL/min和150mL/min的测定结果分别为19.04mg/m3和19.05mg/m3，更接近于标准气的标准值。因此，选择100～150mL/min作为最佳样气流速。

2.2 不同取样体积测定硫化氢含量的结果对比

取样体积与层析法测定天然气中硫化氢含量的检测时间有直接关系，为选择合适的取样体积，以甲烷为底气，硫化氢含量为19.6mg/m3的标准气体作为样品气，固定样气流速为100～150mL/min，乙酸铅标准溶液浓度为0.05mol/L，改变样气的取样体积进行相关实验。

表2 不同取样体积测定硫化氢含量的结果对比

表2是不同取样体积测定硫化氢含量的结果对比。从表2可知，取样体积为0.5L时，由于取样体积过小，仪器、进样系统等的误差对结果影响较大，测定结果偏离最大。取样体积为1L时，测定结果为19.29 mg/m3，与样气标准值最接近，故选择1L作为样气的取样体积。

2.3 不同浓度的乙酸铅标准溶液所制浸渍硅胶对测定结果的影响

层析法测定天然气中硫化氢含量的主要原理是硫化氢与浸渍硅胶中的乙酸铅反应生成黑色硫化铅，乙酸铅的浓度对反应的程度有影响。为寻找合适的乙酸铅标准溶液浓度，用0.025mol/L、0.050mol/L、0.075mol/L的乙酸铅标准溶液所制浸渍硅胶分别测5.33mg/m3、19.6mg/m3、97.6mg/m3、380.1mg/ m3的甲烷中硫化氢标准气体。表3为不同浓度的乙酸铅标准溶液所制浸渍硅胶对天然气中硫化氢含量的测定结果对比。从表3可知，当样气中硫化氢含量低于300mg/m3时，使用乙酸铅标准溶液浓度为0.05mol/L制得的浸渍硅胶测定的结果最接近各组的标准值；当样气中硫化氢含量高于300mg/m3时，由于浸渍硅胶中乙酸铅浓度较低时，玻璃反应管中的硅胶床显出的染色层会超出5mL的范围，因此当样气中硫化氢含量过高时，选择使用乙酸铅标准溶液为0.05mol/L和0.075mol/L所制的浸渍硅胶进行测定，用以上两种浓度的浸渍硅胶测定的硫化氢含量结果相近。因此，常用的浸渍硅胶制备所用的乙酸铅标准溶液浓度选择0.05mol/L。

表3 不同浓度的乙酸铅标准溶液所制浸渍硅胶对测定结果的影响

3 结论

以乙酸铅标准溶液制成浸渍硅胶，用层析法测定硫化氢含量，当样气流速为100～150mL/min，取样体积为1L，浸渍硅胶制备所用的乙酸铅标准溶液浓度为0.05mol/L时，对天然气中硫化氢含量的测定结果更接近于真实值。不同样气流速和不同浓度的乙酸铅标准溶液制成的浸渍硅胶对硫化氢含量的测定有较大影响，选择合适的实验条件可使测定结果更准确。

[1] 张子龙，白冰，宋华.国内硫化氢含量的检测方法浅析[J].化学工程师，2012，4：34-37.

[2] GB/T 11060.1—2010 天然气 含硫化合物的测定 第1部分：用碘量法测定硫化氢含量[S].

[3] GB/T 11060.2—2008 天然气 含硫化合物的测定 第2部分：用亚甲蓝法测定硫化氢含量[S].

[4] GB/T 11060.3—2010 天然气 含硫化合物的测定 第3部分：用乙酸铅反应速率双光路检测法测定硫化氢含量[S].

[5] SH/T 0231—92 液化石油气中硫化氢含量测定法（层析法）[S].

Study on Determination of Hydrogen Sulfide in Natural Gas by Chromatography

Li Li-rong

The content of hydrogen sulfide in natural gas was determined by the impregnated silica gel prepared by standard lead acetate solution.The optimum experimental conditions were selected by studying the sample flow rate，sampling volume and concentration of lead acetate standard solution.The experimental results show that when the sample gas fl ow rate is 100～150mL/min，the sampling volume is 1L，the concentration of lead acetate used in the preparation of silica gel is 0.05mol/L，the determination of hydrogen sulf i de content in natural gas is closest to the true value The.

lead acetate；impregnated silica gel；chromatography；natural gas；hydrogen sulf i de content

TE642

A

1003–6490（2017）03–0116–02

2017–03–04

李黎榕（1985—），女，福建莆田人，工程师，主要研究方向为气体分析测试。