等离子体技术烟气脱硫中尾气氨含量的分析方法研究

　
Comparison on the Determination Methods of Ammonia in the Flue Gas
Treatment with Plasma Technology
Chen Haiyan , Xu Jian , Zhang Ye , Yang Ruizhuang
(Institute of Environmental Protection Engineering, China Academy
of Engineering Physics, Mianyang 621900, China)
Abstract In this paper, Ammonia in the flue gas treatment with plasma technology was measured by ion chromatography, test tube, Nessler’s Reagents spectrophotometer and the method of SIEMENS Ultramat 6. The four methods and analytical principles were introduced, the impact of measurements of the reasons were discussed. On the basis of experimental data, we made the recommendation applications.
Key words SIEMENS Ultramat 6; test tube;ion-chromatography; Nessler’s Reagents spectrophotometer; Ammonium


1 前 言
等离子体烟气脱硫技术主要是指电子束氨法烟气脱硫技术和脉冲放电等离子体烟气脱硫脱硝技术，其处理工艺是利用电子加速器或高压脉冲电源产生的能量处理含二氧化硫和氮氧化物的烟气，同时投加氨脱除剂，生成的副产物主要为硫酸铵和硝酸铵，可以作为氮肥使用。该技术实现了硫氮资源的综合利用和自然生态循环，是一项绿色的资源化综合利用烟气净化技术，代表了烟气脱硫技术的发展方向。
实验研究表明，烟气中添加适量的氨气，可大大提高SO2和NOx的脱除率。但实际上添加的氨不可能全部与SO2反应，这样未完全反应的氨气有可能随尾气一起排入大气，造成二次污染和氨气的浪费。然而，氨的投加量可以根据脱硫效果和尾气氨浓度随时调整的，既保证达到脱硫指标，又不排放过多氨气。由此可见，氨的准确监测在脱硫技术中是非常重要的。
目前，国标推荐空气中氨的监测方法为纳氏试剂分光光度法[1]，需要用无氨水配制试剂溶液，步骤繁琐、操作复杂、费时长。根据实验需要，我们通过四种不同方法（SIEMENS Ultramat 6氨气分析仪、氨气检测管、纳氏试剂分光光度法和离子色谱法），对氨气标气和实际烟气尾气中氨含量进行了测定。通过实验研究，总结了各分析方法的特点和适用条件。
　
2 实验部分
2.1 仪器和试剂
美国DIONEX公司DX-320型离子色谱仪，由双柱塞单通道往复泵、LC20色谱柱柱箱、IC25A色谱仪主机、电导检测器和PEAKNET6.0数据处理系统构成。751型紫外-可见分光光度计（上海分析仪器厂）。
甲烷磺酸为分析纯， NH4Cl为优级纯，氨气标气为西南化工研究院配制。离子色谱所用水为去离子水（电导率为18.2 MΩ•cm），纳氏试剂分光光度法所用水为无氨水。
2.2 色谱条件
色谱柱：IonPac CS12A；保护柱：IonPac CG12A；抑制器：ASRS-ULTRA；淋洗液：20mMol甲烷磺酸；淋洗液流速：1.0mL/min；进样量25µL。
2.3分析方法的原理
Ultramat 6分析仪是根据非色散红外原理进行测量的，烟气经过前处理系统处理后，可以实时监测氨气浓度[2]。氨气检测管是利用氨气通过检测管时颜色发生变化及显色长度与氨气浓度呈线性相关来进行测量的[3]。纳氏试剂分光光度法是采用稀硫酸作吸收液，与纳氏试剂反应生成黄棕色络合物,测定其吸光度。离子色谱法是利用铵离子在流动相和固定相之间的离子交换达到分离的目的，再根据待测组分铵离子与电导检测器的响应信号（峰面积或峰高）成比例来进行定量的[4]。
2.4实验方法
分别以一定浓度的氨气标气和脱硫实验装置中尾气氨为样品，用四种不同方法进行测试，比较分析结果。离子色谱仪和纳氏试剂分光光度法的采样方法以稀硫酸为吸收液，按 纳氏试剂分光光度法采样方法采样。

3 结果与讨论
3.1氨气标气的测定
分别采用上述四种方法测定一定浓度的氨气标气，测定结果列于表1中。从表中可以看出，检测管法由于需用推拉手柄取样，推拉速度、视觉误差等都会造成差异，受操作人员的个人因素影响较大，定量误差较大。而其他三种方法定量分析较准确，与氨气标定值接近。
表1 纯氨标气测试值对比

3.2脱硫装置中尾气氨含量的测定
3.2.纳氏试剂法和氨分析仪测定尾气氨含量
氨气分析仪可以在线监测氨气浓度变化，但易受烟气中水份、二氧化硫等的干扰，因此，一般用纳氏试剂分光光度法进行校对。氨分析仪显示的是某一瞬时的测定值，而纳氏试剂法给出的是一段时间内（10min）测定的平均值。在某次实验中，采用两种方法对同一时间段的实际烟气中氨浓度进行了测定，实验结果见图1。从图中可以看出，氨分析仪测定值可以反映烟气中氨含量高低的变化，但与纳氏试剂法的测定结果相差较大。

图1 纳氏试剂法和氨分析仪尾气氨样品

图2 尾气氨样品色谱图(1Na+ 2 NH4+ 3 K+)

3.2.2 纳氏试剂法和离子色谱法测定尾气氨含量
由于纳氏试剂分光光度法需要用无氨水配制试剂溶液，步骤繁琐、费时长；而且分析中还必须使用毒性较强的试剂二氯化汞进行显色，对环境造成一定的污染。因此，我们将离子色谱法引入尾气氨浓度的检测中，并与纳氏试剂法测定结果进行了比较，以期建立一种快速、准确、对环境友好的分析方法。实验结果列于表2，离子色谱图见图2。从实验结果可以看出，铵离子在离子色谱图中峰形尖锐，分离效果很好，两种分析方法的测定结果吻合。

表2 脱硫尾气中氨含量分析结果

样 品 编 号	样品1	样品2	样品3
离子色谱法测定氨含量（mg/m3）	201.53	136.77	228.13
纳氏试剂法测定氨含量（mg/m3）	203.27	140.39	226.00

4 结 论
实验表明，纳氏试剂分光光度法由于排除了烟气中其它成份的干扰，适用性强，能够真实反映尾气中的氨含量。但是该法对分析人员的操作水平、工况稳定性要求高，而且耗时长，不适用于连续监测。检测管法可以满足对特殊位置的测试要求，但受检测管质量、操作技术、酸性气体等因素影响大，该方法只宜作为定性或半定量测量，能够满足氨气的应急监测要求。氨气在线分析仪在测量单一组分氨气时，反应迅速、准确度高，但在实际工况下，尤其是酸性气体存在时，由于仪器设计和结构等因素的影响，抗干扰能力较差，测量结果与真实值相差较大。离子色谱法较纳氏试剂比色法节省了大量人力和时间，更加快速、方便，可以用于脱硫实验中尾气氨的分析。

参考文献：
[1]国家环境保护局编，空气和废气监测分析方法，北京，中国环境科学出版社，1995.12
[2] SIEMENS Ultramat6 使用操作手册，1998
[3]戴天有、王琴惠，氨气监测光的研制[J]，干旱环境监测，2002,1(1)：6-8
[4] 牟世芬、刘克纳，离子色谱方法及应用，北京，化学工业出版社，2000.9