标准气体是由两种或两种以上的高纯气体混合制备而得到的。要使制备的标准气体量值准确可靠,除了准确称量,选择合适的钢瓶以外,原料气的先择与纯化是非常重要的。 (一)原料气的选择 如欲制备CO、CH4、CO2/N2四元标准混合气体,则首先要选择纯度大于99.9%的CO、CH4、CO2的含量必须准确分析定值。很明显,在标准气体的配制过程中高纯氮中的CO、CH4、CO2的含量将全部引入标准气体中而直接影响定值结果,特别是当配制含量较低的标准气体时,影响更为突出。所以,制备低含量的CO、CH4、CO2/N2标准气体所用的高纯氮必须逐瓶分析,选择使用,高纯N2中CO、CH4、CO2测定结果 高纯N2中CO、CH4、CO2测定结果 瓶号 组分名称 | 7013﹟ | 30185﹟ | 7786﹟ | 912﹟ | CO | 67×10-9 | 240×10-9 | 745×10-9 | 104×10-9 | CH4 | 5×10-9 | 5×10-9 | 10×10-9 | 9×10-9 | CO2 | 328×10-9 | 80×10-9 | 370×10-9 | 370×10-9 |
如欲制备的CO、CH4、CO2含量大于100×10-6,则称量法所得的结果不用修正,由稀释气高纯氮引入的不确定度小于0.1%。而制备的CO、CH4、CO2的含量大于100×10-6,则对称量法所得的CO、CO2的含量必须加以修正。 (二)原料气的纯化 根据不同气体的特性,采用不同方法对原料气进行纯化,除去气体中的杂质,以达到进一步提高气体质量的目的,满足制备标准气体的要求。 1、原料气体中的主要杂质 制备标准气体最常用的原料气(稀释气)有氮气、氢气、氦气、氧气、氩气。氮气中的主要杂质有:O2、H2、H2O、CO、CH4、CO2。氧气中的主要杂质有;AR、N2、H2O、总烃、CO2。氢气中的主要杂质有:O2、N2、H2O、CO、CH4、CO2、H2。氩气中的主要杂质可以看出,其中的杂质主要有三大类: A、氧化性气态杂质,如O2、CO2、和H2O等 B、还原必气态杂质,如H2、CO和CNH2N等 C、惰性气态杂质,如N2和AR等。 2、气体的纯化 根据气体中的主要杂质,选择合适的纯化剂在加热加压条件下,以去除原料气中的杂质,提高原料气的纯度。 (1)氮气的纯化 氮气一般是由空气分离而制得,从液态空气中制取的氮气,含氮量在99%以上,其中含有少量的水、氧和二氧化碳等杂质。氮气的纯化一般采用分馏的方法,用无水氯化钙、钠石灰、活性铜、分子筛、玻璃滤球以达到净化的目的。 GB/T8980《高纯氮》国家标准要求高纯氮的主要技术指标应达到下如要求。表 给出氮气的常用纯化方法、纯化效果和适用范围。 (2)氢气的纯化 氢气一般由电解水制取,其氢气纯度为99。5%-99。9%,主要杂质有水、氧、氮、二氧化碳,还有微量的氯、磷和砷的化合物,以及电解液的雾沫和少量的油蒸气。低纯度 高纯氮的主要技术指标
项目 | 指标 |
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优等品 | 一等品 | 合格品 | 氮气纯度/10-2 ≥ | 99.9996 | 99.9993 | 99.999 | 氧含量/10-6 ≤ | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 氢合量/10-6 ≤ | 0.5 | 1.0 | 1.0 | CO、CO2、CH4总含量/10-6 ≤ | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 水分含量 ≤ | 1.0 | 2.6 | 5.0 |
注:表中纯度和含量均以体积分数表示。 常用的氮气纯化方法、纯化效果和适用范围
序号 | 纯化方法 | 纯化材料 | 原料氮气的 纯度/% | 纯化效果 | 适用范围 |
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脱除杂质 | 脱除深度 | 1 | 低温精馏法 | --- | ≥99.2 | O2 | <2×10-6 | | 2 | 加氢催化脱氧法 | Ni、Cu、Pd等催化剂 | ≥99.2 | O2 | (1-5)×10-6≤0.1)×10-6 | 纯N2中含有余H2,用于少许含有氢的生产工艺 | 3 | 脱氧剂法 | Cu、Ag脱氧剂Ni、Mu脱氧剂 | 99.9-99.999 | O2 | (1-5)×10-6≤0.1)×10-6 | 高纯N2中不含余H2 | 4 | 吸附法 | 硅胶、分子筛、活性炭 | 99.2-99.999 | H2O CO2 | H20:0.5×10-6 CO2:0.5×10-6 | 用于N2去除H2O、CO2等杂质 |
的氢气不能满足制备标准气体的要求,必须进一步提纯。GB/T 7445《纯氢、高纯氢和超纯氢》国家标准要求纯氢、高纯氢和超纯氢的主要技术指标应达到下表要求。
项目 | 指标 |
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超纯氢 | 高纯氢 | 纯氢 | 氢纯度/% ≥ | 99.9999 | 99.999 | 99.99 | 氧(氩)含量/10-6≤ | 0.2 | 1 | 5 | 氮含量/10-6 ≤ | 0.4 | 5 | 60 | 一氧化碳含量/10-6≤ | 0.1 | 1 | 5 | 二氧化碳含量/10-6≤ | 0.1 | 1 | 5 | 甲烷含量/10-6 ≤ | 0.2 | 1 | 10 | 水分含量/10-6 ≤ | 1.0 | 3 | 30 |
注:表中纯度和含量均以体积分数表示. 目前,关于氢气的纯化,国内外有许多方法,但是所有的方法均是以脱除氢气中的水和氧为基本点。对于氢报导中的氧,一般采用脱氧剂或催化剂,将氧与氢化合生成水,然后再利用干燥剂或冷阱把水除去,并选择高效纯化剂除去其他微量杂质。常用的脱水方法有三种。 A、化学吸附法。采用氯化钙、浓硫酸等脱水剂,通过化学反应将氢中的水除去。 B、物理吸附法。常用硅胶、分子筛和活性炭等吸附剂,通过物理作用将氢中的水除去。 C、冷冻法。让氢气通过低温冷阱而使水汽凝结除去,常用的冷阱有分子筛冷阱、活性炭冷阱、液氮冷阱等。下表给出氢报导的纯化方法、纯化效果和主要有途。
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