我們常說的硫分析儀實際包括硫化氫分析儀和總硫分析儀。

硫化氫分析儀是分析氣體中硫化氫含量的儀器，根據(jù)測量原理的不同，硫化氫分析儀有如下幾種類型。

①醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀。它具有可靠，價格適中的優(yōu)點，廣泛用于硫化氫含量分析，是國標GB/T18605-2001規(guī)定的天然氣中硫化氫含量測定方法。

②紫外吸收法硫化氫分析儀。它可同時測量硫化氫和二氧化硫的含量，常用于硫磺回收裝置，測量硫化氫和二氧化硫的比值。用于酸性氣體和空氣的進料配比。由于價格較貴，一般不用于單獨測量硫化氫的含量。

氣相色譜法硫化氫分析儀。采用TCD檢測器可測量常量硫化氫，采用FPD檢測器可測量為了硫化氫，常用于包括硫化氫在內(nèi)的原料氣體的全組分分析。由于價格昂貴，一般不用于單獨測量硫化氫。

電化學法硫化氫檢測儀。它測量精度不高，價格較低，一般用于有毒氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)，不能作為在線分析儀器使用。

總硫分析儀——是用來分析樣品中無機硫和有機硫總含量的儀器。

根據(jù)測量原理的不同，總有下述幾種類型：

①醋酸鉛紙帶法總；

②化學發(fā)光法總；

③微庫侖滴定法總；

④氣相色譜法總。

⑤紫外熒光法總

前三種方法只能測得總硫含量，氣相色譜法可測得各種硫化物的含量。微庫侖滴定法總、化學發(fā)光法總常用于實驗室分析中。隨著紫外熒光法總、氣相色譜法總的推廣，醋酸鉛紙帶法總已應用正在逐步減少。

10.1醋酸鉛紙帶法硫化氫和總

測量原理

   當恒定流量的氣體樣品從浸有醋酸鉛的紙帶上面流過時，樣氣中的硫化氫與醋酸鉛發(fā)生化學反應生成硫化鉛褐色斑點，反應式如下：

   H₂S+PbA_C2一PbS+2HA_C

   反應速率即紙帶顏色變暗的速率與樣氣中H₂S濃度成正比，利用光電檢測系統(tǒng)測得紙帶顏色變暗的平均速率，即可得知樣氣中的H₂S的含量。

   H₂S分析儀每隔一段時間移動紙帶，以便進行連續(xù)分析，新鮮紙帶暴露在樣氣中的這段時間叫做測量分析周期時間(一般為3min左右)。

   下圖是醋酸鉛紙帶法H₂S分析儀在一個測量分析周期時間(cycle time)內(nèi)光電檢測系統(tǒng)輸出信號的波形，其分析過程如下。

A—B段——電機運轉并驅動紙帶進紙1／4英寸。

B—C段——采樣延遲時間(sampledelay)，一般為l40s。在這段時間，參加反應的紙帶開始慢慢變黑，反應曲線呈現(xiàn)輕微的非線性關系。分析儀測得紙帶變暗過程呈非線性關系，認為測量結果不夠，因此元需更新顯示結果和分析儀輸出。但此時的測量結果卻可以用于地預測樣氣濃度是否超過報警限。每隔4s，分析儀計算出該時間段的平均變化率和對應的硫化氫含量。如果含量超過報警限，分析儀將產(chǎn)生報警。產(chǎn)生報警時，分析儀將只顯示測量到的高實時數(shù)據(jù)。分析儀將一直處于預報警分析狀態(tài)，直到硫化氫含量低于報警限。

C—D段——采樣時間(sampleinterval)，30s。紙帶變黑速率在tl到t2時間段內(nèi)呈現(xiàn)出線性關系。分析儀計算出線性開始時刻tl處的紙帶黑度讀數(shù)，30s后再計算出時刻t2處的黑度讀數(shù)。系統(tǒng)軟件用此兩點的數(shù)據(jù)計算出紙帶變黑的速率并換算成硫化氫的濃度。          

D—E段——分析儀將紙帶卷動進紙，新的一個測量分析周期重新開始。

醋酸鉛紙帶法光電檢測系統(tǒng)輸出信號的波形圖

醋酸鉛紙帶法硫化氫儀器的結構組成

樣品處理系統(tǒng)

通常由過濾器、減壓閥、流量計、增濕器組成。過濾器采用旁通過濾器，其作用是除塵并加快樣氣流動以減小分析滯后。減壓閥出口壓力一般設定在15psi(g)[1．05bar(g)]。樣氣流量通過帶針閥的轉子流量計來控制，樣氣流量通常為100mL／min。增濕器的作用是使樣氣通過醋酸溶液加濕，以便與醋酸鉛紙帶反應。增濕器的結構一般是一個鼓泡器，將樣氣通入醋酸溶液中鼓泡而出，也有采用滲透管結構的，醋酸溶液滲透入管內(nèi)對樣氣加濕。醋酸溶液是將50mL冰醋酸(CH₃COOH)加入蒸餾水中制成lL的溶液(5％冰醋酸溶液)。   

醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀系統(tǒng)組成簡圖（galvanic902型）

走紙系統(tǒng)

由紙帶密封盒、醋酸鉛紙帶、導紙輪、卷紙馬達和壓紙器等組成。紙帶事先用5％醋酸鉛溶液浸泡，并在無HzS條件下干燥。HzS分析儀每隔一段時間移動紙帶，以便進行連續(xù)分析。

光電檢測系統(tǒng)

 由樣氣室和光電檢測器組成。樣氣室的結構見下圖，樣氣經(jīng)過孔隙板上的孔隙與紙帶接觸。

醋酸鉛紙帶法硫化氫分析儀樣氣室側視圖

光電檢測器采用一個紅色發(fā)光二極管作為光源來照射紙帶，光探頭是一個硅光敏二極管，可將紙帶的明暗程度轉化成電信號，此電信號經(jīng)過傳感器放大電路放大成0～25m號。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

 由微處理器、數(shù)字顯示器、打印機等組成。

10.2紫外吸收法硫化氫、二氧化

紫外線氣體分析儀的原理

紫外線氣體分析儀是紫外一可見分光光度計中的一種，其分析方法屬于紫外吸收光譜法，工作原理基于朗伯一比耳定律。

朗伯一比耳定律——在公式中，是入射光強度，透射光強度，為物質(zhì)在特定波長下的吸收系數(shù)。當光源、波長和樣品池厚度確定后，它們就成了常數(shù)。這時透過樣品的光強度僅與樣品中待測組分的濃度有關。紫外線氣體分析儀就是根據(jù)這一原理工作的。

紫外線氣體分析儀的主要類型及其工作原理

分光束式分析儀——其原理結構如圖所示。

分光束式紫外線氣體分析儀結構原理圖

當被測氣體通過測量室時，光源發(fā)射的紫外光照射在被測氣體上，其中某一波長的光被氣體吸收，光束被半透明半反鏡分成兩路，每一路通過一個單色器（光柵濾光器）到達檢測器。測量通道上的單色器（光柵濾光器）只讓被測氣體吸收波長的光通過，參比通道上的單色器（光柵濾光器）只讓未被氣體吸收的某一波長的光通過，測量對數(shù)放大器的輸出值與參比對數(shù)放大器的輸出值之差與被測氣體的濃度成正比。

切光濾光式分析儀——其原理結構如圖所示。由電機轉動帶動切光片交替切光，切光皮上安裝有兩個光柵濾光器，其中一個光柵濾光器只讓被測氣體組分吸收波長通過，而另一個光柵濾光器只讓未被氣體吸收的某一波長的光通過。前者作為測量光路，后者作為參比光路。檢測器接收交替變化的光波信號并將其轉變?yōu)榻蛔兊碾娦盘枺私蛔冸娦盘柕恼穹c被測氣體組分的濃度成正比。

切光濾光式氣體分析儀結構原理圖

雙光路濾光式分析儀——其原理結構如圖所示。光源發(fā)出的紫外光經(jīng)透鏡變成平行光，再通過光柵濾光器濾波后，只讓被測氣體組分吸收波長的光和參比波長的光通過，接著由半透明半反射鏡將光束分成兩路。其中一路穿過測量室，另一路經(jīng)反射鏡反射后穿過參比室。兩路光分別通過測量室和參比室，再經(jīng)過各自的光柵濾光器濾波后照射到光電管上，并轉換為電信號。測量電信號和參比電信號同時、分別進入各自的對數(shù)放大器，兩個放大器輸出的電信號差值與被測氣體的濃度成正比。

雙光路濾光式氣體分析儀結構原理圖

分光式（光纖式）分析儀——分光式（光纖式）紫外線氣體分析儀采用光電二極管矩陣式接收器（PDA）作為測量原件，其工作原理見圖。它有兩種工作方式：一種是采用光纖傳輸信號，測量室可以遠離光源和檢測器；另一種是光源直接照射在測量室上，不采用光纖。光源采用氘燈或脈沖式氙燈，放出的紫外-可見光區(qū)域很寬。用透鏡或光纖射向測量室。在測量室內(nèi)被測氣體吸收了一部分波長的光，從測量室出來的光經(jīng)聚焦后直接或者通過光纖照射在全息光柵上，然后被反射到線性的發(fā)光二極管矩陣檢測器，檢測器的輸出信號與被測氣體的濃度有一定的關系。

分光式（光纖式）氣體分析儀結構原理圖

10.3紫外線吸收法氣體分析儀的應用

紫外線吸收法氣體分析儀主要用在克勞斯硫回收裝置中，在克勞斯硫回收裝置中，主要成分為硫化氫的酸性原料氣首先在燃燒爐內(nèi)與空氣混合一起燃燒，部分硫化氫轉化為二氧化硫。然后，硫化氫和二氧化硫進入反應室，在催化劑作用下進行催化轉化反應，生成的單質(zhì)硫經(jīng)過冷凝和氣液分離后固化為成品，尾氣去后續(xù)處理裝置。

根據(jù)工藝的反應機理，反應后的尾氣中硫化氫與二氧化硫的比值達到2：1時，裝置的硫磺回收率高，廢氣的排放濃度低，對環(huán)境污染少。硫化氫與二氧化硫的含量取決于燃燒反應，主要受助燃空氣的影響，所以要控制尾氣中的硫化氫與二氧化硫的比值，就必須重點控制燃燒空氣的流量。這樣就形成了一個酸性氣/空氣配比控制系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，由紫外線分析儀執(zhí)行硫化氫與二氧化硫的濃度測量，輸出信號通過DCS與其他工藝參數(shù)組態(tài)，實現(xiàn)燃燒空氣流量的控制。因此，在硫磺回收裝置中，為了提高經(jīng)濟效益和降低環(huán)境污染，紫外線氣體分析儀具有重要的作用。

10.4 Ametek 880-NSLH₂S／S0₂比值分析儀

Ametek(阿美特克)公司西方研究分析儀器是紫外吸收法硫化氫／二氧化硫比值分析儀的傳統(tǒng)生產(chǎn)廠家，以前生產(chǎn)的4620型H₂S／SO₂比值分析儀、900系列空氣定值分析儀在克勞斯硫磺回收裝置中使用較多，由于樣品處理系統(tǒng)復雜，故障率較高。該公司新推出的880-NSL型H₂S／SO₂比值分析儀可直接安裝在取樣管道上，取消了樣品傳輸環(huán)節(jié)，消除了樣品傳輸管路的堵塞問題。

880-NSL的系統(tǒng)構成和工作原理

   880-NSL比值分析儀由正壓通風的電氣箱、加熱的樣氣箱和檢測器箱三個主要部分組成。一個大口徑密封的不銹鋼管作為光路基座，它的一部分在樣氣箱內(nèi)，一部分在檢測器箱內(nèi)并與樣氣箱連通，檢測器箱與樣氣箱之間由石英玻璃窗在管內(nèi)隔離。

880-NSL分析儀的心臟部分是一個多波長、無散射的紫外分光光譜儀，其原理結構圖如下;

880-NSL型紫外分光光譜儀的原理結構圖

它測量四路互不干涉的紫外光吸收率，其中三路分別測量硫化氫、二氧化硫和硫蒸氣的濃度，第四路波長作為參比基準，以補償和修正由于石英窗不干凈、光強變化和其他干擾對測量精度的影響。在880-NSL中，一束由氙燈發(fā)出的紫外閃爍光能通過樣氣室后再進入檢測器。儀器完成一系列計算，包括把測量吸收率轉換成H₂S和SO₂的濃度，H₂S和SO₂的測量值由背景硫蒸氣吸收率、樣氣溫度和樣氣壓力所修正。

   該儀器光電檢測器中有四個硅光電二極管，每個二極管前都有特定波長的濾光片。在測量周期內(nèi)，各光電二極管檢測到的紫外光能量轉換成一個成比例的電流信號，隨即被累積成各自的總電流。然后，每個電流信號再轉換成電壓信號，輸入到對數(shù)放大器，并修正分析器通道的零位偏移。放大后的模擬信號(-5～5VDC)與在光電管測量波長的吸收率數(shù)值成比例。后，每個原始吸收率數(shù)據(jù)都從檢測器板送到控制器主板進行處理。四個信號中的三個是232nm、280nm、254nm的測量信號，分別對應H₂S、S0₂、硫蒸氣的特征吸收波長，另一個是400nm的參比信號。

   在硫磺回收工藝流程的尾氣中，氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、氬和水是不吸收紫外線的，只有羰基硫(COS)、二硫化碳(CS₂)和硫蒸氣是影響測量的潛在干擾因素。CS₂在280nm波長時，吸收系數(shù)是SO₂的1／200，在232nm波長時，吸收系數(shù)是H₂S的1／l00。因此，CS₂的干擾可不考慮。COS在280nm時沒有吸收，但在232nm波長處吸收系數(shù)為H2S的一半。所以樣品中的COS會給H₂S的測量結果帶來正的偏差。如果工藝操作正常，樣品中的COS含量不會超過0.05％，對測量結果影響不大。

   硫蒸氣對H₂S的干擾是對SO₂干擾的2倍。當尾氣中H₂S／SO₂比值等于2：1時，硫蒸氣對比值的干擾可以忽略。但在實際的裝置運行中，通常比值會偏離2：1，硫蒸氣的存在會對測量結果造成影響。在880-NSL尾氣分析儀中，專門設置了測量硫蒸氣的光路，從而解決了硫蒸氣的干擾問題。

880-NSL中的取樣和樣品處理

尾氣中的硫磺呈霧狀存在，一旦進入分析器，將污染樣品室，甚至堵塞測量管路。所以要采取措施，包括把取樣點設在工藝管道頂部，取樣閥盡量靠近取樣點，取樣管路和閥門采用蒸汽加熱保溫，閥后要設置除霧器等。

儀器直接插在工藝管道上。正常采樣測量時，在儀表空氣驅動的抽吸器作用下，樣氣經(jīng)進樣閥、除霧器到測量室，然后從抽吸器經(jīng)樣品返回閥返回工藝管道。當儀器調(diào)零、校驗或進行自動吹掃時，三通電磁閥SVl切斷到抽吸器的動力氣源，吹掃空氣在進入測量室前分成兩路：一路經(jīng)除霧器、樣品進口閥反吹進樣管路；另一路吹掃測量室、抽吸器和樣品返回閥，此時儀器樣品通路沒有進樣。除霧器的原理是利用冷的儀表空氣對除霧器局部降溫(冷卻到129℃)，使飽和硫蒸氣冷凝成液態(tài)硫，在重力作用下自動返回工藝管道，然后再將樣品升溫至143～160℃，這樣，送入后續(xù)的測量室等部件時就不會產(chǎn)生硫的冷凝現(xiàn)象，確保后面的樣品管路通暢。

反吹介質(zhì)有空氣和蒸汽兩種。在一般情況下由空氣反吹，反吹是自動進行的。當氣樣中有氨氣存在時，會和二氧化碳反應生成銨鹽，銨鹽會堵塞反吹回路，再用空氣反吹不起作用，只能采用蒸汽反吹，蒸汽的水解作用可以清除氨鹽。

880-NSL型H₂S／S0₂比值分析儀氣路圖

880-NSL的特點

   ①具有四路單獨的硅光電二極管檢測系統(tǒng)，可同時測量H₂S、SO₂、硫蒸氣和參比氣，檢測器中配有高精度濾光器，可使四路獨立測量。

   ②光源采用壽命氙燈，使用壽命超過5年。

   ③采用了小容量氣室，響應速度快(T₉₀<10s)，有利于閉環(huán)控制，同時也減少硫和氨的污染

④儀器配有校準濾光鏡，儀器校準不需要標準氣。   

⑤無可移動和傳動部件，日常維護工作量小。

   ⑥分析儀直接安裝在工藝管道上，沒有樣氣傳輸管線，避免了傳輸管線堵塞帶來的麻煩和維護工作量。

   ⑦分析儀中裝有除霧器，可以除掉樣氣中夾帶的硫霧，同時降低硫蒸氣的壓力，以避免氣樣中硫磺冷凝并呈液態(tài)析出。

   ⑧配備有完善的反吹系統(tǒng)，可有效防止管路堵塞，減輕樣品對光學系統(tǒng)的污染。

880-NSL型H₂S／SO₂比值分析儀的系統(tǒng)構成

880_一NSL的主要性能指標

   測量范圍：H₂S0～2％(可調(diào))；S0₂ 0～1％(可調(diào))   測量精度：±2％FS

   靈敏度：±0.5％FS   線性誤差：±0.6％FS   重復性誤差：±1％FS   響應時間：測量90％小于3s，系統(tǒng)90％小于10～15s    ．

   樣氣流量：2 L／min

   環(huán)境溫度：-20～50℃

   公用設施：供電(120／230±10％)VAC，47～63Hz，功耗720W

儀表空氣490～700kPa   蒸汽385～420kPa

880-NSL的啟動和校準

儀器啟動步驟如下：

①接通儀表空氣并調(diào)整其壓力；

②用空氣吹掃電氣箱；

③接通電源；

④開啟樣品人口閥與樣品返回閥；

⑤依次進行特殊吹掃、吹掃調(diào)零和樣品吹掃；

⑥調(diào)整抽吸器空氣閥，保持適當壓力差以提供足夠樣品流量，進入跟蹤樣品周期；

⑦恒溫約lh后，儀器正常工作，輸出實時測量結果。

儀器的校準有兩項內(nèi)容：零位與量程。

在校準零位時，以一種非吸收物質(zhì)(通常為儀表空氣)吹掃樣品池，并測量每個通道的偏移值，然后儲存在存儲器內(nèi)，直到下次校零前均用此數(shù)來校正每個光電管的零吸收率。量程校準時，樣品池仍在校零狀態(tài)，將校準濾光片插入光路，測量和顯示吸收率的數(shù)值，并調(diào)整到標準值。

880-NSL使用維護注意事項

   ①因接觸樣品的管道和閥門都是采用夾套保溫的，所以要保持蒸汽的暢通。要經(jīng)常檢查蒸汽壓力與溫度是否符合規(guī)定，保證樣品氣體的溫度不低于129℃，否則會引起硫蒸氣冷凝而堵塞工藝管道，中斷系統(tǒng)工作。

   ②進入噴射器的儀表空氣要保持暢通，并具有足夠壓力，以便產(chǎn)生足夠的真空度，保證樣品正常循環(huán)。

   ③樣品室的石英窗、光路上的濾光片、光電管等元件要保證吹掃空氣質(zhì)量，從而保持光學表面清潔，并驅除其他光路上的吸光物質(zhì)。

   ④在裝置正常操作時，樣品系統(tǒng)中存在致命濃度的H₂S和其他混合氣體，因此維修前必須用零位氣體吹掃樣品管后與工藝流程隔離。必要時使用呼吸器。

   ⑤因紫外線對眼睛有害，應避免直接注視穿過光源燈末端窗口發(fā)出的光線，必要時戴上防護眼鏡。

   ⑥如果維修時要接觸電子電路板，不要讓其遭受靜電放電。

   ⑦電子線路板或靜電敏感部位，儲存租運輸時應放在靜電屏蔽的包裝箱內(nèi)。 

⑧接觸光源燈及透光窗時，不要觸摸光學表面，以免手指上的油吸收紫外線。