李青娟，宿志權(quán)

（六九硅業(yè)有限公司，河北 保定 071051）

1 引言

關(guān)水煤氣是合成氨生產(chǎn)的原料氣。氫氣、一氧化碳和氮?dú)馐瞧渲饕挠贸煞?，一氧化碳在變化催化工段繼續(xù)轉(zhuǎn)成氫氣和二氧化碳，氫氣成分增加。還有少量二氧化碳、甲烷、硫化物等雜質(zhì)，其成分為：H240%、N220%、CO30%、CO210%、O2、CH4、H2S 少量等。經(jīng)過(guò)脫硫、脫碳、脫一氧化碳等一系列精制后，最終控制合成氣H2/N2=3∶1左右。為了保持半水煤氣的氫氮比例在一個(gè)適當(dāng)范圍內(nèi)，半水煤氣工段需根據(jù)以上分析數(shù)據(jù)控制空氣和蒸氣的進(jìn)量，最終制得H∶N=3∶1左右的合成氣。半水煤氣制備過(guò)程，要經(jīng)常的對(duì)半水煤氣的成分進(jìn)行檢驗(yàn)分析，以提供及時(shí)的數(shù)據(jù)。目前，大部分合成氨廠是使用奧氏分析儀進(jìn)行定量分析的，分析使用的計(jì)算式為：

V：氫氣和氧氣反應(yīng)生成水所減少的體積，mL；C：氫氮混合余氣體積，mL；

2 簡(jiǎn)便算法的由來(lái)

大部分合成氨廠都是利用公式（1）進(jìn)行計(jì)算的。但是每班組8h工作，進(jìn)行幾十次的分析，計(jì)算工作比較繁瑣。我們通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的分析實(shí)踐，對(duì)上千次的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)氫氣的含量和其它含量有某種內(nèi)在聯(lián)系。經(jīng)過(guò)處理從中找到了簡(jiǎn)便的計(jì)算方法，甚至在分析過(guò)程可以進(jìn)行口算?？谒惴ǎ刹恍枰魏喂ぞ?，一邊分析一邊即刻口算出結(jié)果?？谒憬Y(jié)果和用工具計(jì)算結(jié)果相比誤差很小，完全可以滿足指導(dǎo)生產(chǎn)的需要。

通過(guò)大量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，半水煤氣的各組分有著一定的量的數(shù)量關(guān)系。C總是波動(dòng)在60mL左右，V總是在20mL波動(dòng)。并且每當(dāng)總殘量C增加或減少1.5mL，半水煤氣中氫含量H2%就增加或減少1mL；如果爆炸部分減少體積V每增加1mL或減少1mL，H2%就增加或減少2mL。經(jīng)過(guò)反復(fù)分析比較，才發(fā)現(xiàn)奧秘在計(jì)算式上，我們是從C中取的爆炸氣體的體積由25改為20mL，而不是25mL，所以公式就簡(jiǎn)化為：

H2%總波動(dòng)在40mL，而C余在正常中總波動(dòng)在60mL左右，而爆炸后的體積V總波動(dòng)在20mL左右，我們將以上數(shù)據(jù)代入公式進(jìn)行驗(yàn)證：

當(dāng)V=50，C=60時(shí)，即理想狀態(tài)時(shí)，H2%=40

如果 C 增減±1.5mL，V 不變，則：H2%=40±0.5×2=40±1

如果 V 增減±1mL，C 不變，則：H2%=40±（1×2）=40±2

這和前面我們所觀察的現(xiàn)象是一致的，因此我們把兩個(gè)結(jié)果合并即得：

H2%=40+（±1.0±2.0）=43%

我們用x代表V的變化量，用y代表C的變化量，公式可變成：

H2%=40+（±2x±1/1.5y）

為了便于計(jì)算，把y的系數(shù)1/1.5化為小數(shù)0.7，則公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

H2%=40+（±2x±0.7y） 公式（3）

通過(guò)上述驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果比原計(jì)算公式計(jì)算誤差最大僅為1%～2%。與其它計(jì)算工具計(jì)算結(jié)果無(wú)大的區(qū)別，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)分析的需要。

3 公式簡(jiǎn)化的依據(jù)

以上是在分析實(shí)踐中得到的所謂經(jīng)驗(yàn)公式，那么這個(gè)公式是否在所有的數(shù)據(jù)下保證適用？是否也適合一般情況下的生產(chǎn)分析呢？前面講了，計(jì)算結(jié)果最大有2%的誤差，那么這個(gè)誤差是從哪里來(lái)的呢？在計(jì)算這個(gè)公式的誤差過(guò)程中，我們找出了經(jīng)驗(yàn)公式的理論依據(jù)，還求出了適用于一般情況下的簡(jiǎn)單計(jì)算公式。

假設(shè) H2%為公式（2）計(jì)算含量，H2’%為公式（1）計(jì)算含量，二者差值為Δ，則：

Δ=H2’%-H2% 公式（4）

我們?cè)囌归_(kāi)公式：

由于半水煤氣各種氣體成分不斷變化，有的工廠又習(xí)慣于取25mL殘量進(jìn)行爆炸，因而簡(jiǎn)易式就不是在前面講的標(biāo)量C=60、V=20情況下的情況，因而公式需要改變，要復(fù)雜些，且不易口算。

設(shè)總殘量C，爆炸后體積為V，從C中取的爆炸的體積B，則公式：

若V增減量為±x,C增減量為±y，則

展開(kāi)公式：

從數(shù)學(xué)知識(shí)可知，兩個(gè)絕對(duì)值愈小的數(shù)，其乘積的絕對(duì)值愈小，而它的商的絕對(duì)值更小，即，x→0，y→0，則→0

（1）Δ隨vc的增減而增減，xy值愈小，計(jì)算結(jié)果的誤差愈小，即使在xy=1.5B情況下Δ=1，但是一般沒(méi)有這么大的波動(dòng)量。

（2）Δ隨B而改變，B的取值愈大Δ愈小。

（3）如果 Δ=0，則 H2%=H2’。

x=0，y≠0，Δ=0，則說(shuō)明 C 中 H2%的含量不變。

y=0,x≠0，Δ=0，則說(shuō)明C中H2%的含量發(fā)生了變化。

（4）如果Δ值為正，即VC同時(shí)增減時(shí)，則說(shuō)明計(jì)算結(jié)果比實(shí)驗(yàn)結(jié)果低。

如果Δ值為負(fù)，即VC有增有減時(shí)，則說(shuō)明計(jì)算結(jié)果一定比試驗(yàn)含量高。

因此，在Δ值太大時(shí)，可利用Δ式進(jìn)行校正?，F(xiàn)舉例用簡(jiǎn)單式計(jì)算：

例：當(dāng)用化學(xué)吸收瓶吸收后，總殘余C=62mL，取C中取20mL與80mL空氣混合爆炸后，爆炸減少體積V為21mL，則半水煤氣中氫含量為：

H2%=40+（2+2×0.7）=43.5

如果 C=64，V=18，則

H2%=40+（-2×2+0.7×4）＝38.8%

有了這樣一個(gè)簡(jiǎn)便公式就可以分析的過(guò)程中不便用任何工具即可進(jìn)行口算，只要記住C在60mL上下變化的數(shù)值數(shù)和爆炸后V在20mL上下變化的數(shù)值就可迅速口算出結(jié)果。結(jié)果不習(xí)慣口算，也可制成簡(jiǎn)單算圖查出圖1位置，如圖1。

4 算圖的繪制

4.1 算圖的繪制是根據(jù)氫氣含量的檢驗(yàn)分析近似公式繪制。

4.2 算圖計(jì)算更加直觀，為輔助的直觀工具。

4.3 算圖的繪制是讀尺的刻度精度直接影響計(jì)算結(jié)果。但影響不大，

4.4 算圖可以做成透明的塑料材料的算尺，便于讀數(shù)。

4.5 算圖的使用

A取100mL半水煤氣樣氣，依次對(duì)二氧化碳、氧氣、一氧化碳進(jìn)行吸收，把余氣在量筒中進(jìn)行計(jì)量，記下體積的毫升數(shù)C（一般在60mL左右）；

B從C中取20mL余氣，在量筒中取80mL空氣與之充分混合，再導(dǎo)入爆炸瓶?jī)?nèi)，打開(kāi)高壓電極進(jìn)行爆炸反應(yīng)，爆炸后的混合氣在導(dǎo)入量筒，記下減少的體積V（一般在20mL左右）；

C從算圖上找到C的對(duì)應(yīng)數(shù)、再找到V的對(duì)應(yīng)數(shù)，再把二者連起來(lái)，與表示氫氣含量的直接相交點(diǎn)就是氫氣的含量。

見(jiàn)算圖實(shí)例：（圖 1）。

圖1 半水煤氣中氫氣分析算圖

5 小結(jié)及展望

分析半水煤氣中氫含量的方法確實(shí)有很多，傳統(tǒng)的奧氏分析儀手段也是最常用的，但是由于耗時(shí)太長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)性就會(huì)出現(xiàn)滯后。利用本文的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算和算圖對(duì)照，就能在很短的時(shí)間內(nèi)完成氫含量的分析，相信此方法會(huì)對(duì)合成氨廠起到很大的作用，提供很大的便利，有很大的利用空間。