專利名稱:采用衍生法測(cè)定煤中碳?xì)湓氐纳V儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及化學(xué)衍生和色譜分離技術(shù),是一種利用化學(xué)衍生技術(shù)與氣相色譜 儀聯(lián)用,測(cè)定煤中碳?xì)湓氐臋z測(cè)裝置。
背景技術(shù):
煤是由可燃和不可燃的成份所組成,其中可燃成份分為揮發(fā)分與固定碳,如按 其化學(xué)組成來說,它們則是由碳、氫、氧、氮、硫5種元素所構(gòu)成,煤中碳、氫的結(jié)合以及與 其它的一些元素的結(jié)合是十分復(fù)雜,目前一般認(rèn)為煤是由帶脂肪的側(cè)鏈大芳環(huán)和稠環(huán)所 組成;碳元素是構(gòu)成這些環(huán)的骨架,氫則和其它一些元素結(jié)合分布在側(cè)鏈和橋鍵上,此外 煤中的碳、氫也存在于煤的礦物質(zhì)中,如碳酸鹽(CaC03、MgCO3等)中的C,礦物質(zhì)結(jié)晶水 (Al2O3 · 2Si02 · 2H20、CaSO4 · 2H20)中的H,但這一部分C、H與前者不同,它們是不會(huì)燃燒的, 其含量增多,反而使煤的發(fā)熱量降低;碳和氫是產(chǎn)生熱量的主要來源,碳在氧充足的條件下 完全燃燒時(shí),全部生成C02。一克碳完全燃燒產(chǎn)生34040J的熱量,而在氧不足的條件下燃 燒,則生成C0,一克碳僅能生成9910J的熱量,而當(dāng)CO進(jìn)一步燃燒生成CO2時(shí),放出的熱量 為24130J,當(dāng)含碳量Cdaf ( 90%時(shí),煤的高位發(fā)熱量Qgr.daf隨碳含量的增加而增高。煤中碳與氫元素的測(cè)定有多種方法1.氫的庫(kù)侖法測(cè)定原理是,當(dāng)煤燃燒時(shí),H轉(zhuǎn)化為H2O,含有H2O的氣體通過電解池 時(shí),水被P2O5吸收生成偏磷酸,通過HPO3的電解所消耗的電量可計(jì)算出氫的含量。該方法 就氫的測(cè)定而言,有助于實(shí)現(xiàn)操作的自動(dòng)化,缺點(diǎn)是P2O5電極容易失效,導(dǎo)致電解不完全或 電解不終止,影響分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。2.碳?xì)涞脑貭t法(分為三節(jié)爐法和二節(jié)爐法)測(cè)定原理是,煤樣置于氧氣流中, 于850°C下,使其完全燃燒,碳與氫定量地轉(zhuǎn)化為CO2和H20。生成的CO2和H2O分別用不同 的吸收劑所吸收,根據(jù)吸收劑的增重,就可以計(jì)算出煤中碳與氫的含量。該方法測(cè)定原理簡(jiǎn) 單,測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性差,存在的缺點(diǎn)是,測(cè)定裝置復(fù)雜,系統(tǒng)殘留有機(jī)物及水分對(duì)測(cè)定結(jié)果 有影響,吸收劑較易失效,受環(huán)境因素的影響使空白試驗(yàn)不容易達(dá)到恒定,分析耗時(shí)過長(zhǎng), 不宜做批量分析等。3.碳?xì)涞募t外吸收法(紅外光譜法)測(cè)定原理是,基于雙核分子對(duì)紅外光具有吸 收的性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)定的,煤在高溫下燃燒生成CO2和H2O,通過紅外檢測(cè)池吸收,紅外光所減 少的量與CO2和H2O的含量成正比關(guān)系。紅外碳?xì)錅y(cè)定法是目前最先進(jìn)的方法,它具有自動(dòng) 化程度高,穩(wěn)定性好,準(zhǔn)確性高,測(cè)試速度快等優(yōu)點(diǎn)。目前在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)使用該方法的儀 器日益增多,唯一缺陷是紅外儀器價(jià)格昂貴,未能普遍推廣。4.高溫燃燒法,該法為某些國(guó)外規(guī)定的測(cè)定碳?xì)涞臉?biāo)準(zhǔn)方法之一,其測(cè)定原理是, 將煤樣置于1350°C的高溫爐中,在高壓氧氣流(200ml/min)中燃燒,煤中C和H完全燃燒后 生成CO2和H2O分別用不同的吸收劑來吸收,根據(jù)吸收劑的增重來計(jì)算C、H的含量。該方法 的特點(diǎn)是儀器裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,燃燒管內(nèi)不必填裝CaO CnCrO3、銅絲等,在吸收系統(tǒng)中減少裝 有MnO2的吸收管,空白試驗(yàn)時(shí)間大幅度減少,提高了測(cè)試的效率。[0008]目前,公知煤中的碳?xì)湓販y(cè)定是使用國(guó)標(biāo)GB/T476-2008「煤中碳和氫的測(cè)定方 法」即電量-重量法,為最經(jīng)典的分析方法,也是世界各國(guó)普遍采用的方法。由于該測(cè)定方 法存在操作繁瑣,技術(shù)要求比較高,檢測(cè)效率低等諸多因素,造成了分析測(cè)定用時(shí)較長(zhǎng)且分 析結(jié)果不穩(wěn)定、重現(xiàn)性差現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有測(cè)定煤中碳?xì)湓氐腉B/T476-2008測(cè)定方法不穩(wěn)定、重現(xiàn)性差、操 作復(fù)雜、等諸多不足,本實(shí)用新型提供一種利用化學(xué)衍生技術(shù)與氣相色譜聯(lián)用的快速、準(zhǔn) 確、簡(jiǎn)便的測(cè)定煤中碳?xì)湓氐臋z測(cè)儀器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1.現(xiàn)有的氣相色譜儀由氫-氮-空氣鋼瓶、減壓閥、壓力表、穩(wěn)壓閥、進(jìn)樣六通閥、 色譜柱、FID檢測(cè)器、色譜工作站及顯示等按氣路順序連接。在現(xiàn)有氣相色譜儀(FID)的進(jìn) 樣系統(tǒng)和空氣之間增加一個(gè)煤樣品裂解轉(zhuǎn)化裝置,它是由一個(gè)六通閥與穩(wěn)壓空氣、裂解爐、 濾灰管、轉(zhuǎn)化管連接組成。裂解爐氣體進(jìn)口與裂解六通閥的一側(cè)連接至穩(wěn)壓空氣一路;裂解 爐氣體出口與濾灰管串聯(lián)后,連接裂解六通閥的另一側(cè)至轉(zhuǎn)化管的一端,轉(zhuǎn)化管的另一端 與收集混氣罐下部的裂解氣入口連接;煤樣品置于裂解爐內(nèi),在高溫(850°C )、貧氧的條件 下與催化劑的作用發(fā)生裂解反應(yīng),煤中的H與0反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2O,煤中的C與0反應(yīng)轉(zhuǎn)化為 CO和微量CO2。Coal+02 — S02+S03+C0+C02+H20+N02+C12+......反應(yīng)生成的裂解氣先經(jīng)吸附劑,脫除酸性氣體,再經(jīng)過濾灰管除去粉塵后,通過填 充有碳化鈣(CaC2)的轉(zhuǎn)化管時(shí),裂解氣中的H2O與CaC2S生反應(yīng),生成為乙炔(C2C2)氣體。2H20+CaC2 = C2H2+2Ca (OH) 22.在現(xiàn)有氣相色譜儀(FID)的進(jìn)樣系統(tǒng)和空氣之間增加一個(gè)煤樣品裂解轉(zhuǎn)化氣 收集裝置,它是由六通閥與穩(wěn)壓空氣、收集混氣罐、雙逆變截止閥、壓力計(jì)等連接組成。氣 體收集混氣罐用不銹鋼制作,收集混氣罐內(nèi)用活塞隔離,分為上下兩部,收集混氣罐的容 積200毫升;收集混氣罐上部的空氣入口與裂解六通閥另外一側(cè)連接,收集混氣罐上部的 空氣出口與雙逆變截止閥的一個(gè)連接至放空;收集混氣罐下部的裂解氣出口與壓力計(jì)串聯(lián) 后,連接雙逆變截止閥另一個(gè)至進(jìn)樣六通閥的一側(cè),穩(wěn)壓空氣一路與裂解爐氣體進(jìn)口和收 集混氣罐上部的空氣入口通過裂解六通閥切換連接;裂解氣在氣體收集混氣罐內(nèi)混勻后, 經(jīng)色譜定量管進(jìn)行置換,置換后的尾氣中的酸性氣體經(jīng)吸收瓶堿液吸收后排放至大氣;收 集混氣罐通過對(duì)雙逆變截止閥和裂解六通閥的切換,來完成樣品氣的收集與進(jìn)樣置換。3.在現(xiàn)有氣相色譜儀(FID)的檢測(cè)系統(tǒng)和色譜柱之間增加一個(gè)COx轉(zhuǎn)化裝置,它 是由一個(gè)脫硫氯柱與甲烷化爐連接組成。甲烷化爐的一端連接脫硫氯柱至色譜柱出口,甲 烷化爐的另一端與FID檢測(cè)器氫氣進(jìn)口連接;經(jīng)分流進(jìn)樣后,樣品氣通過TDX-Ol色譜柱進(jìn) 行分離,脫除硫氯后再進(jìn)入甲烷化爐,CO和微量CO2,在氫氣作用下發(fā)生甲烷化反應(yīng),轉(zhuǎn)化生 成為甲烷(CH4)。
權(quán)利要求1.一種氣相色譜儀,在氣路系統(tǒng)中,氫氮空氣鋼瓶、減壓閥、壓力表、穩(wěn)壓閥、裂解六通 閥、裂解爐、濾灰管、轉(zhuǎn)化管、收集混氣罐、壓力計(jì)、雙逆變截止閥、進(jìn)樣六通閥、色譜柱、脫硫 氯柱、甲烷化爐、FID檢測(cè)器、色譜工作站及顯示等按氣路順序連接,其特征是裂解爐(8) 氣體進(jìn)口(8-1)與裂解六通閥(10)的一側(cè)連接至穩(wěn)壓空氣一路;裂解爐(8)氣體出口 (8-8)與濾灰管(9)串聯(lián)后,連接裂解六通閥(10)的另一側(cè)至轉(zhuǎn)化管(11)的一端,轉(zhuǎn)化管 (11)的另一端與收集混氣罐(12)下部的裂解氣入口(12-5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相色譜儀,其特征是收集混氣罐(12)內(nèi)用活塞(12-2)隔 離,分為上下兩部,收集混氣罐(12)的容積200毫升;收集混氣罐(12)上部的空氣入口 (12-3)與裂解六通閥(10)另外一側(cè)連接,收集混氣罐(12)上部的空氣出口(12-4)與雙 逆變截止閥(13)的一個(gè)連接至放空;收集混氣罐(12)下部的裂解氣出口(12-6)與壓力計(jì) (14)串聯(lián)后,連接雙逆變截止閥(13)另一個(gè)至進(jìn)樣六通閥(17)的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相色譜儀,其特征是穩(wěn)壓空氣一路與裂解爐(8)氣體進(jìn) 口(8-1)和收集混氣罐(12)上部的空氣入口(12-3)通過裂解六通閥(10)切換連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相色譜儀,其特征是甲烷化爐(21)的一端連接脫硫氯柱 (20)至色譜柱(19)出口,甲烷化爐(21)的另一端與FID檢測(cè)器(22)氫氣進(jìn)口連接。
專利摘要一種采用衍生法測(cè)定煤中碳?xì)湓氐臍庀嗌V儀,由六通閥、裂解爐、濾灰管、轉(zhuǎn)化管、壓力計(jì)、雙逆變截止閥、收集混氣罐、脫硫氯柱、甲烷化爐按結(jié)構(gòu)氣路連接,組成了兩個(gè)轉(zhuǎn)化裝置及樣品氣收集與置換進(jìn)樣的裝置,連接在色譜儀(FID)的氣路之中;它是利用元素的化學(xué)反應(yīng),將煤中的C、H元素以化合態(tài)氣體分子衍生出來;煤在貧氧的條件下,通過熱裂解反應(yīng),煤中的H被轉(zhuǎn)化為H2O分子,H2O與CaC2反應(yīng)生成等量的C2H2,煤中C轉(zhuǎn)化為CO和CO2,CO和CO2與H2進(jìn)行甲烷化反應(yīng)生成CH4,通過色譜柱的分離及檢測(cè)出CH4和C2H2的濃度。利用化學(xué)衍生技術(shù)與氣相色譜儀聯(lián)用,可以快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的測(cè)定煤中碳?xì)湓氐暮俊?br>
文檔編號(hào)G01N30/02GK201788176SQ20102024288
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者吳振偉, 孫海勇, 張忠群, 彭劍聲, 方華, 江萍, 黃華麗 申請(qǐng)人:吳振偉