本發(fā)明屬于工業(yè)碳捕集，涉及一種碳捕集后廢氣中有機(jī)胺濃度的測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)胺化學(xué)吸收法碳捕集技術(shù)在化工、電力、冶金等行業(yè)獲得較多關(guān)注和應(yīng)用。廢氣在離開碳捕集系統(tǒng)時(shí)，通常攜帶一定量的有機(jī)胺吸收劑，在排入大氣環(huán)境之后，將形成強(qiáng)致癌物質(zhì)，給人體健康帶來巨大威脅。對(duì)碳捕集后廢氣中有機(jī)胺濃度的精準(zhǔn)測(cè)定是治理有機(jī)胺排放問題的關(guān)鍵。

2、有機(jī)胺吸收劑通常具有一定的揮發(fā)性，其在碳捕集后廢氣中的含量受到溫度、壓力、濕度以及組分等多重因素影響。有機(jī)胺在廢氣中的存在形態(tài)主要有液滴、氣態(tài)以及氣溶膠，在碳捕集系統(tǒng)出口廢氣中的含量在0.5～5mg/m3范圍內(nèi)。由于缺乏合適的在線檢測(cè)裝置，目前對(duì)于氣體中有機(jī)胺濃度的檢測(cè)分析常采用線下方式，即在現(xiàn)場(chǎng)采樣后送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)分析。

3、現(xiàn)有技術(shù)方案公開了一種測(cè)量氣相有機(jī)胺濃度的方法和應(yīng)用，其采用過量的酸性溶液吸收廢氣或空氣中的有機(jī)胺，然后對(duì)吸收液進(jìn)行酸堿滴定，通過計(jì)算酸性溶液中氫離子量與堿液中氫氧根離子消耗量的差值，得到有機(jī)胺的物質(zhì)的量，結(jié)合氣體抽樣的體積，計(jì)算出氣相有機(jī)胺濃度。

4、現(xiàn)有技術(shù)方案還公開了一種氣態(tài)有機(jī)胺采集裝置及其方法，沿著氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有過濾頭a、第一洗氣瓶、第二洗氣瓶、單向閥、過濾頭b以及空氣泵，在洗氣瓶中裝有可吸收有機(jī)胺的無機(jī)酸溶液，通過滴定法測(cè)定吸收溶液中的有機(jī)胺，結(jié)合空氣泵采樣體積，計(jì)算出氣態(tài)有機(jī)胺的濃度。

5、目前，在大氣環(huán)保領(lǐng)域已有有機(jī)胺濃度的測(cè)量分析方法，但是由于工業(yè)廢氣與空氣相比成分更為復(fù)雜，測(cè)試環(huán)境更加惡劣，現(xiàn)有適合空氣中有機(jī)胺濃度測(cè)量方法并不適用于工業(yè)廢氣中的有機(jī)胺濃度測(cè)試。工業(yè)廢氣所含的固體顆粒物、水分以及其他雜質(zhì)氣體均比空氣中的含量大。同時(shí)當(dāng)工業(yè)廢氣從煙道中被抽出時(shí)，其壓力、溫度等參數(shù)將發(fā)生改變，導(dǎo)致有機(jī)胺的存在形態(tài)發(fā)生改變，帶來一定的測(cè)量誤差。此外，隨著有機(jī)胺吸收劑的迭代升級(jí)，現(xiàn)有技術(shù)方案所用采樣與分析技術(shù)對(duì)于碳捕集系統(tǒng)出口廢氣中有機(jī)胺濃度的測(cè)量并不適用。例如，對(duì)于復(fù)合胺溶液，很難通過滴定區(qū)分不同有效組分的濃度。因此，亟需設(shè)計(jì)一種碳捕集后廢氣中有機(jī)胺濃度的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種碳捕集后廢氣中有機(jī)胺濃度的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，在本發(fā)明中，通過對(duì)測(cè)量裝置的限定，可對(duì)有機(jī)胺化學(xué)吸收法碳捕集系統(tǒng)出口廢氣中有機(jī)胺濃度進(jìn)行檢測(cè)分析，為控制碳捕集過程中有機(jī)胺的揮發(fā)和逃逸提供數(shù)據(jù)支撐，降低有機(jī)胺對(duì)環(huán)境大氣的污染。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種碳捕集后廢氣中有機(jī)胺濃度的測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括沿氣體走向依次管路連接的氣體取樣槍、前置過濾器、至少兩組吸收裝置、干燥器和抽氣裝置；

4、所述氣體取樣槍的進(jìn)氣端伸入工業(yè)廢氣流道內(nèi)，出氣端連接所述前置過濾器的進(jìn)氣端，且所述氣體取樣槍的外壁包覆有電加熱結(jié)構(gòu)；

5、每組所述吸收裝置串聯(lián)連接。

6、在本發(fā)明中，通過對(duì)測(cè)量裝置的限定，可對(duì)有機(jī)胺化學(xué)吸收法碳捕集系統(tǒng)出口廢氣中有機(jī)胺濃度進(jìn)行檢測(cè)分析，為控制碳捕集過程中有機(jī)胺的揮發(fā)和逃逸提供數(shù)據(jù)支撐，降低有機(jī)胺對(duì)環(huán)境大氣的污染。

7、需要說明的是，本發(fā)明中針對(duì)工業(yè)廢氣的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出功能完善、操作方便、測(cè)量準(zhǔn)確的氣體采樣測(cè)量裝置，即氣體取樣槍、前置過濾器、至少兩組吸收裝置、干燥器和抽氣裝置的組合設(shè)置，并提出相應(yīng)的操作方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)廢氣中有機(jī)胺逃逸濃度的精確測(cè)量，即為碳捕集系統(tǒng)吸收劑的性能評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐，又為控制有機(jī)污染物的排放奠定基礎(chǔ)。

8、需要說明的是，本發(fā)明中對(duì)氣體取樣槍的具體型號(hào)及結(jié)構(gòu)不做特殊限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，氣體取樣槍的進(jìn)氣端要朝向氣流設(shè)計(jì)，通過對(duì)氣體取樣槍進(jìn)行加熱，可使廢氣中有機(jī)胺的形態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，可降液滴或者氣溶膠形態(tài)的有機(jī)胺含量，減少氣體取樣誤差。

9、需要說明的是，本發(fā)明前置過濾器位于氣體取樣槍之后，既可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體中固體顆粒物有效過濾，又可避免液滴狀和氣溶膠狀的有機(jī)胺在過濾材料上附著。

10、需要說明的是，本發(fā)明中至少兩組吸收裝置，例如可以是2組、3組、4組、5組、6組等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

11、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電加熱結(jié)構(gòu)包括依次電性連接的測(cè)溫裝置、溫度控制器和電加熱套，所述電加熱套套設(shè)在所述氣體取樣槍的外壁。

12、優(yōu)選地，所述測(cè)溫裝置的一端設(shè)置在所述氣體取樣槍內(nèi)。

13、需要說明的是，本發(fā)明中的取樣槍內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以為直管段，能夠強(qiáng)化取樣槍內(nèi)壁與煙氣之間的換熱效果，同時(shí)保證日常的清污維護(hù)，直管段內(nèi)設(shè)有管內(nèi)插物，如紐帶、螺旋線圈、繞花絲、螺線彈簧等。

14、需要說明的是，本發(fā)明中電加熱結(jié)構(gòu)的工作原理包括測(cè)溫裝置伸入氣體取樣槍的出氣尾部，將溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入溫度控制器，溫度控制器適時(shí)調(diào)節(jié)電加熱套功率，使氣體取樣槍內(nèi)溫度為150℃左右，既可將廢氣中的有機(jī)胺全部轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，又可防止氣體取樣槍內(nèi)的工業(yè)廢氣因溫度降低造成水分凝結(jié)腐蝕等問題。

15、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述前置過濾器采用的過濾材料為石英棉或無堿玻璃棉。

16、需要說明的是，本發(fā)明中對(duì)石英棉或無堿玻璃棉的填充量不作限定，目的是防止工業(yè)廢氣中的固體顆粒物進(jìn)入吸收液中，影響后續(xù)的有機(jī)胺濃度測(cè)量。

17、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述至少兩組吸收裝置包括第一吸收裝置和第二吸收裝置。

18、優(yōu)選地，所述第一吸收裝置包括第一吸收瓶，所述第一吸收瓶?jī)?nèi)設(shè)置有第一吸收溶劑。

19、優(yōu)選地，所述第一吸收溶劑為稀硫酸溶液或稀鹽酸溶液。

20、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第二吸收裝置包括第二吸收瓶，所述第二吸收瓶?jī)?nèi)設(shè)置有所述第二吸收溶劑。

21、優(yōu)選地，所述第二吸收溶劑為稀硫酸溶液或稀鹽酸溶液。

22、需要說明的是，本發(fā)明中的第一吸收溶劑和第二吸收溶劑可以相同，也可以不同，二者能夠獨(dú)立的選擇稀硫酸溶液或稀鹽酸溶液中的任意一種；其中，第一吸收瓶?jī)?nèi)可以裝有75毫升的稀硫酸溶液，溶液濃度為0.05摩爾每升，第一吸收瓶采用標(biāo)準(zhǔn)磨砂口，有良好的密封性；第二吸收瓶?jī)?nèi)裝有75毫升的稀硫酸溶液，溶液濃度為0.05摩爾每升，第二吸收瓶采用標(biāo)準(zhǔn)磨砂口，有良好的密封性。再者，關(guān)于第一吸收溶劑和第二吸收溶劑的濃度和體積可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

23、需要說明的是，本發(fā)明為盡可能吸收廢氣中的有機(jī)胺，主要以無機(jī)酸性溶液作為吸收劑，采用多級(jí)多孔吸收瓶作為主要吸收裝置。

24、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述干燥器內(nèi)設(shè)置有吸濕劑。

25、需要說明的是，本發(fā)明中對(duì)干燥器的具體結(jié)構(gòu)不做特殊限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

26、優(yōu)選地，所述吸濕劑為變色硅膠或球狀分子篩。

27、需要說明的是，本發(fā)明中的吸濕劑可吸收氣體中的水蒸氣，保護(hù)采樣泵，具體可以選用變色硅膠或球狀分子篩中的任意一種。

28、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述抽氣裝置包括沿氣體走向依次連接的采樣泵和抽氣管路。

29、需要說明的是，本發(fā)明設(shè)計(jì)采樣泵，是因?yàn)槠涔ぷ髁髁靠烧{(diào)，抽氣壓力可克服流道及采樣系統(tǒng)壓力，且保證足夠的氣體采樣量，其中，采樣泵抽氣流量在0～20升每分鐘范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，可根據(jù)需要調(diào)整采樣氣體體積；本發(fā)明對(duì)采樣泵的具體型號(hào)不做特殊限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

30、優(yōu)選地，所述抽氣管路上設(shè)置有氣體流量計(jì)，所述氣體流量計(jì)用于計(jì)量采樣氣體的體積。

31、需要說明的是，本發(fā)明中氣體流量計(jì)的具體型號(hào)不做特殊限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

32、優(yōu)選地，所述抽氣管路上還設(shè)置有溫度計(jì)和壓力表，用于測(cè)量采樣氣體的溫度和壓力。

33、需要說明的是，本發(fā)明中溫度計(jì)和壓力表的具體型號(hào)不做特殊限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

34、第二方面，本發(fā)明提供了一種碳捕集后廢氣中有機(jī)胺濃度的測(cè)量方法，所述測(cè)量方法采用第一方面所述的測(cè)量裝置進(jìn)行。

35、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述測(cè)量方法包括：

36、(1)在前置過濾器內(nèi)填充過濾材料，在第一吸收瓶和第二吸收瓶?jī)?nèi)分別加入第一吸收溶劑和第二吸收溶劑，在干燥器內(nèi)加入吸濕劑；

37、(2)將氣體取樣槍的出氣端沿氣體走向依次連接電加熱器、前置過濾器、第一吸收瓶、第二吸收瓶、干燥器、采樣泵和氣體流量計(jì)，并檢查測(cè)量裝置的氣密性；

38、(3)打開電加熱器對(duì)對(duì)氣體取樣槍進(jìn)行加熱，在溫度達(dá)到設(shè)定值后，將氣體取樣槍的進(jìn)氣端伸入工業(yè)廢氣流道內(nèi)；

39、(4)打開采樣泵，調(diào)節(jié)抽氣流量至設(shè)定值，并設(shè)定抽氣時(shí)間，記錄抽氣溫度和抽氣壓力，達(dá)到抽氣時(shí)間后，關(guān)閉采樣泵，記錄氣體流量計(jì)顯示的抽氣體積；

40、(5)潤(rùn)洗氣體取樣槍，收集并混合第一吸收瓶?jī)?nèi)的溶液和第二吸收瓶?jī)?nèi)的溶液，將潤(rùn)洗液與混合后的溶液再次混合，并進(jìn)行稀釋處理，記錄稀釋后的溶液體積；

41、(6)稀釋后的溶液通過離子色譜裝置進(jìn)行定量分析，記錄各有效組分的體積濃度，并依次計(jì)算有機(jī)胺的組分質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)條件下的氣體抽樣體積以及標(biāo)準(zhǔn)條件下工業(yè)廢氣中有機(jī)胺濃度。

42、需要說明的是，本發(fā)明針對(duì)經(jīng)過碳捕集系統(tǒng)后的廢氣中攜帶有機(jī)胺污染物量難以測(cè)定的問題，提出一種碳捕集后廢氣中有機(jī)胺濃度測(cè)量裝置及方法，其中，所用的氣體取樣搶，在取樣過程中對(duì)氣體進(jìn)行加熱，通過將廢氣中有機(jī)胺的形態(tài)轉(zhuǎn)化為氣體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)胺的全部吸收；通過將前置過濾器設(shè)置在氣體取樣槍后端，既可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣中固體顆粒物的有效過濾，又可保證氣態(tài)有機(jī)胺順利通過；所用吸收液分析裝置采用陽離子色譜法，僅對(duì)吸收劑進(jìn)行稀釋既可，無需復(fù)雜的萃取、衍生化流程，同時(shí)也可避免酸堿滴定帶來的測(cè)量誤差大等問題。

43、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(3)中，所述溫度的設(shè)定值為100～150℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

44、本發(fā)明中溫度的設(shè)定值為100～150℃，是因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)可以使得廢氣中的水蒸氣不發(fā)生凝結(jié)析出或者有機(jī)胺過熱分解，若不在此范圍內(nèi)可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確；當(dāng)溫度小于100℃時(shí)，廢氣中的水蒸氣生凝結(jié)析出，有機(jī)胺分子被凝結(jié)水吸收附著在管路內(nèi)壁，未被吸收液吸收；當(dāng)溫度大于150℃時(shí)，有機(jī)胺可能過熱被分解，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。

45、優(yōu)選地，步驟(4)中，所述調(diào)節(jié)抽氣流量的設(shè)定值為30～40l/min，例如可以是30l/min、32l/min、34l/min、36l/min、38l/min、40l/min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

46、優(yōu)選地，步驟(4)中，所述抽氣時(shí)間的設(shè)定值大于40min，例如可以是41l/min、42l/min、44l/min、50l/min、58l/min、60l/min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

47、優(yōu)選地，步驟(5)中，所述潤(rùn)洗氣體取樣槍采用高純水進(jìn)行潤(rùn)洗。

48、優(yōu)選地，步驟(5)中，所述稀釋處理通過如下方式進(jìn)行：

49、在潤(rùn)洗液與混合后的溶液再次混合后的溶液內(nèi)加入一定倍數(shù)的高純水進(jìn)行稀釋。

50、優(yōu)選地，所述一定倍數(shù)為5～10倍，例如可以是5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

51、本發(fā)明中一定倍數(shù)為5～10倍，是因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)可以使得離子色譜的測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，若不在此范圍內(nèi)可能會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏差較大，這是因?yàn)橄♂尡稊?shù)較小時(shí)樣品成分復(fù)雜性高，溶液ph偏酸性，不合符偏中性需求；稀釋倍數(shù)較高時(shí)可能小于檢測(cè)下限，測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

52、優(yōu)選地，步驟(6)中，所述離子色譜裝置采用陽離子色譜柱。

53、需要說明的是，本發(fā)明通過采用陽離子色譜法，可對(duì)廢氣中混合有機(jī)胺組分進(jìn)行精準(zhǔn)定量分析，其中，采用的陽離子色譜柱的型號(hào)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

54、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

55、在本發(fā)明中，通過對(duì)測(cè)量裝置以及測(cè)量方法的限定，可對(duì)有機(jī)胺化學(xué)吸收法碳捕集系統(tǒng)出口廢氣中有機(jī)胺濃度進(jìn)行檢測(cè)分析，為控制碳捕集過程中有機(jī)胺的揮發(fā)和逃逸提供數(shù)據(jù)支撐，降低有機(jī)胺對(duì)環(huán)境大氣的污染。