本發(fā)明涉及化學(xué)檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種煤揮發(fā)性及揮發(fā)成分測(cè)定裝置及測(cè)定方法。

背景技術(shù)：

揮發(fā)性有機(jī)物(vocs)是大氣pm2.5和o3的重要前體物，危害人類(lèi)的身體健康。

中國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤炭使用為主，煤在使用周期內(nèi)緩慢釋放vocs。不同種類(lèi)的煤，其元素組成不同，揮發(fā)的vocs成分含量也不盡相同。研究溫度、煤量等因素對(duì)煤vocs揮發(fā)的影響，對(duì)優(yōu)化儲(chǔ)煤條件具有重要意義。而國(guó)內(nèi)外鮮有對(duì)此的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述不足之處，本發(fā)明涉及一種煤揮發(fā)性及揮發(fā)成分測(cè)定裝置及測(cè)定方法。通過(guò)此裝置，可以很好的模擬煤炭揮發(fā)的情況，以及可以對(duì)不同條件下煤炭的揮發(fā)成分進(jìn)行檢測(cè)，可以優(yōu)化儲(chǔ)煤條件，降低有害成分的揮發(fā)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案在于：煤揮發(fā)性及揮發(fā)成分測(cè)定裝置，它包括密閉的第一箱體，第一箱體內(nèi)設(shè)有用于存放待測(cè)樣品的密閉的容器，容器通過(guò)連接管與位于第一箱體外的氣相平衡袋相連，容器通過(guò)連接管還與采樣袋相連；采樣袋位于第二箱體內(nèi)，第二箱體通過(guò)連接管與負(fù)壓泵相連；容器與采樣袋和所述的第二箱體與負(fù)壓泵之間的連接管上分別設(shè)有閥門(mén)；第一箱體設(shè)有恒溫控制裝置。

優(yōu)選的是：恒溫控制裝置包括位于第一箱體外部的控制器，以及與控制器相連、且位于第一箱體內(nèi)部的恒溫裝置和溫度監(jiān)測(cè)裝置。

優(yōu)選的是：恒溫控制裝置還包括位于第一箱體內(nèi)部的風(fēng)扇。

優(yōu)選的是：第一箱體設(shè)有操作口。

優(yōu)選的是：第一箱體設(shè)有可視窗。

優(yōu)選的是：第二箱體與負(fù)壓泵之間的連接管上設(shè)有過(guò)濾器。

本發(fā)明還提供一種利用煤揮發(fā)性及揮發(fā)成分測(cè)定裝置進(jìn)行測(cè)定的方法，包括如下步驟：

a、打開(kāi)操作口，將待測(cè)樣品放置容器內(nèi)，關(guān)閉操作口確保其不透氣；

b、連接管路；

c、關(guān)閉閥門(mén)，使用控制器設(shè)定第一箱體內(nèi)的溫度值，打開(kāi)風(fēng)扇使其旋轉(zhuǎn)，確保第一箱體內(nèi)的溫度均勻；

d、按照設(shè)計(jì)的采樣方案，在設(shè)計(jì)的采樣時(shí)間開(kāi)啟負(fù)壓泵及閥門(mén)進(jìn)行采樣，采樣完畢后迅速關(guān)閉負(fù)壓泵及閥門(mén)；

e、將采集到得氣體樣品經(jīng)過(guò)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行測(cè)定。

本發(fā)明的有益效果在于：通過(guò)密閉的空間，在排除外界干擾的情況下，模擬煤炭的揮發(fā)情況，并且對(duì)揮發(fā)的氣體進(jìn)行采集檢測(cè)，得到煤揮發(fā)性氣體的種類(lèi)及其含量，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，為優(yōu)化儲(chǔ)煤的條件提供理論依據(jù)，從而降低煤揮發(fā)對(duì)空氣造成的污染情況。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，值得推廣。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的第一箱體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的煤揮發(fā)曲線；

圖4是本發(fā)明的煤揮發(fā)分對(duì)nmhc排放量的影響；

圖5是本發(fā)明的儲(chǔ)存溫度對(duì)nmhc濃度的影響；

圖6是本發(fā)明的噴淋對(duì)nmhc濃度的影響；

圖7是本發(fā)明的儲(chǔ)煤量對(duì)nmhc總量的影響。

圖中，1-容器；2-橡膠塞；3-氣相平衡袋；4-連接管；5-閥門(mén)；6-快速連接頭陽(yáng)極；7-采樣袋；8-第二箱體；9-快速連接頭陰極；10-過(guò)濾器；11-負(fù)壓泵；12-第一箱體；13-溫度監(jiān)測(cè)裝置；14-觀察窗；15-控制器；16-恒溫裝置；17-操作口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示的煤揮發(fā)性及揮發(fā)成分測(cè)定裝置，它包括密閉的第一箱體12，第一箱體122內(nèi)設(shè)有用于存放待測(cè)樣品的密閉的容器1，容器1通過(guò)連接管4與位于第一箱體12外的氣相平衡袋3相連，容器1通過(guò)連接管4還與采樣袋7相連；采樣袋7位于第二箱體8內(nèi)，第二箱體8通過(guò)連接管4與負(fù)壓泵11相連；容器1與采樣袋7和所述的第二箱體8與負(fù)壓泵11之間的連接管4上分別設(shè)有閥門(mén)5；第一箱體12設(shè)有恒溫控制裝置。

容器1可以是玻璃材質(zhì)的試劑瓶，便于熱量的傳導(dǎo)，確保容器11內(nèi)的溫度能在最短的時(shí)間內(nèi)與第一箱體12內(nèi)的溫度保持一致，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。容器1與連接管4直接可以通過(guò)橡膠塞2進(jìn)行連接，確保容器1的密閉性。連接管4與第一箱體12之間也可以通過(guò)橡膠塞2進(jìn)行連接，確保第一箱體12的密閉性，保證試驗(yàn)溫度的恒定，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

連接管4伸入容器1內(nèi)的長(zhǎng)度不可太深，僅伸入容器口位置即可。這樣可以將容器內(nèi)的揮發(fā)的氣體較為全面的進(jìn)行采集。

通過(guò)第二箱體8與負(fù)壓泵11相連，當(dāng)開(kāi)啟負(fù)壓泵111的時(shí)候，通過(guò)負(fù)壓的原理，使得容器1內(nèi)的氣體全部快速的進(jìn)入采樣袋7內(nèi)，避免僅能采集容器1內(nèi)部分氣體，避免采樣的不準(zhǔn)確性從而影響檢測(cè)結(jié)果，且可以防止采樣袋內(nèi)的待測(cè)氣體再次返回到容器內(nèi)。

將采樣袋7與容器1之間的連接管4稱為第一連接管，將第二箱體8與負(fù)壓泵11之間的連接管4稱為第二連接管。第一連接管與采樣袋之間和第二箱體與第二連接管之間通過(guò)快速接頭相連，確保連接的方便性?？焖俳宇^分為陰極和陽(yáng)極，即快速連接頭陰極9和快速連接頭陽(yáng)極6。其中，快速連接頭陰極9位于第二箱體上，快速連接頭陽(yáng)極6位于連接管路上。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，恒溫控制裝置包括位于第一箱體12外部的控制器15，以及與控制器15相連、且位于第一箱體12內(nèi)部的恒溫裝置16和溫度監(jiān)測(cè)裝置13。

恒溫控制裝置用于確保第一箱體12內(nèi)以及容器1內(nèi)的溫度達(dá)到并恒定在設(shè)定的試驗(yàn)溫度。恒溫裝置16用于改變第一箱體12中介質(zhì)的溫度，其中，介質(zhì)優(yōu)選為空氣。溫度監(jiān)測(cè)裝置13用于測(cè)定第一箱體12中空氣的溫度信號(hào)，并發(fā)出給控制器15，控制器15將收到的溫度信號(hào)與預(yù)設(shè)溫度值比較，如果高于預(yù)設(shè)溫度值，則發(fā)出降溫控制指令給恒溫裝置，如果低于預(yù)設(shè)的溫度值，則發(fā)出升溫控制指令給恒溫裝置，恒溫裝置根據(jù)控制指令運(yùn)行，使得第一箱體內(nèi)的空氣溫度保持在預(yù)設(shè)的溫度。

恒溫裝置16設(shè)置在第一箱體12的內(nèi)部，優(yōu)選為第一箱體12內(nèi)部的下方，由于熱量容易往上部跑，所以恒溫裝置16可以設(shè)置在下方，有利于溫度的傳導(dǎo)均勻。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，恒溫控制裝置還包括位于第一箱體12內(nèi)部的風(fēng)扇。通過(guò)此風(fēng)扇，可以將第一箱體12內(nèi)的空氣介質(zhì)進(jìn)行混合均勻，使得第一箱體12內(nèi)各個(gè)位置的溫度均勻且恒定，確保容器1內(nèi)的溫度均勻且恒定。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，第一箱體12設(shè)有操作口17。通過(guò)操作口17，實(shí)驗(yàn)人員可以將待測(cè)樣品放置容器1內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)束后將待測(cè)樣品從容器1內(nèi)取出，再者還可以對(duì)容器進(jìn)行清潔處理，排除上一待測(cè)樣品殘留對(duì)于下一待測(cè)樣品試驗(yàn)的影響。

操作口17與第一箱體12之間設(shè)置密封圈，以確保第一箱體12的密封性，密封圈可以選擇硅膠密封圈。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，第一箱體12設(shè)有可視窗14。通過(guò)可視窗14可以觀察第一箱體12內(nèi)的情況，便于及時(shí)調(diào)節(jié)。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，第二箱體8與負(fù)壓泵11之間的連接管4上設(shè)有過(guò)濾器10。過(guò)濾器10可以對(duì)負(fù)壓泵起到一定的保護(hù)作用。

本發(fā)明還提供一種利用煤揮發(fā)性及揮發(fā)成分測(cè)定裝置進(jìn)行測(cè)定的方法，包括如下步驟：

a、打開(kāi)操作口17，將待測(cè)樣品放置容器1內(nèi)，關(guān)閉操作口17確保其不透氣；

b、連接管路；

c、關(guān)閉閥門(mén)5，使用控制器15設(shè)定第一箱體12內(nèi)的溫度值，打開(kāi)風(fēng)扇使其旋轉(zhuǎn)，確保第一箱體12內(nèi)的溫度均勻；

d、按照設(shè)計(jì)的采樣方案，在設(shè)計(jì)的采樣時(shí)間開(kāi)啟負(fù)壓泵11及閥門(mén)5進(jìn)行采樣，采樣完畢后迅速關(guān)閉負(fù)壓泵11及閥門(mén)5；

e、將采集到的氣體樣品經(jīng)過(guò)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行測(cè)定。

測(cè)定實(shí)施例

煤樣選擇與處理

實(shí)驗(yàn)原料選自某煤制烯烴企業(yè)煤倉(cāng)煤樣品(鄂爾多斯煙煤)，按照《煤的工業(yè)分析方法gb/t212-2008》進(jìn)行煤質(zhì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。選取煤樣均勻等量分成三份，經(jīng)稱量后分別放入三個(gè)相同的10l廣口瓶(即容器)，使煤塊均勻自然分布，料位處于80％。裝煤口使用膠塞密封并安裝采樣管，置入恒溫箱即第一箱體中，恒溫20℃。

表1鄂爾多斯煙煤煤質(zhì)分析

氣樣采集

使用負(fù)壓泵即電動(dòng)抽氣泵(3l/min)將第二箱體(3l)抽真空后，利用負(fù)壓效果收集第一箱體的容器內(nèi)氣體。氣樣保存到化學(xué)惰性優(yōu)良的tedlarpvf采樣袋中，避光儲(chǔ)存，并于6h內(nèi)分析。

樣品分析

使用nmhc濃度估算煤儲(chǔ)存過(guò)程vocs排放量。

nmhc的測(cè)定方法參照《hj38-1999固定污染源排氣中非甲烷總烴的測(cè)定氣相色譜法》，分析儀器選用配fid檢測(cè)器的gc9797-ⅱ氣象色譜儀。使用不銹鋼空白柱測(cè)定氣袋樣品中的總烴濃度，使用gdx-502型填充柱測(cè)定氣樣中甲烷的濃度，同時(shí)以除烴空氣求氧的空白值，扣除總烴色譜峰中氧峰的干擾。樣品非甲烷總烴濃度(以ch4計(jì))為總烴與甲烷濃度之差。

色譜條件：氮?dú)饬髁浚嚎罩?0ml/min，填充柱30ml/min，空氣流量：300ml/min，氫氣流量：30ml/min。進(jìn)樣器溫度120℃，柱溫80℃，檢測(cè)器fid溫度150℃。

每3h取樣一次，分析三套裝置nmhc濃度變化，以nmhc平均值繪制煤揮發(fā)曲線，詳見(jiàn)表2、圖2。

表2樣品nmhc濃度測(cè)定結(jié)果

結(jié)合圖表可以看出，nmhc濃度隨時(shí)間增加。最初3h，煤的揮發(fā)速率最快，此后3-12h保持較快的揮發(fā)速度。此后，由于nmhc的累積抑制了煤中有機(jī)物的揮發(fā)，揮發(fā)速率逐漸減緩。從揮發(fā)曲線可知，在24h后接近揮發(fā)平衡，濃度增長(zhǎng)極其緩慢。

假定煤倉(cāng)進(jìn)料與出料速度相同，倉(cāng)內(nèi)料位穩(wěn)定。由于煤倉(cāng)設(shè)有通風(fēng)系統(tǒng)，空氣流動(dòng)帶走煤揮發(fā)的vocs，維持了揮發(fā)動(dòng)力，故假設(shè)煤以最高速率揮發(fā)。經(jīng)計(jì)算得，煤倉(cāng)內(nèi)每噸煤vocs揮發(fā)速率為6.238×10^-5kg/h。建立煤儲(chǔ)存源項(xiàng)vocs揮發(fā)量排放系數(shù)法，詳見(jiàn)公式(1)。

e煤＝ef×q×h×10^-3(1)

式中：

e煤——煤倉(cāng)vocs年排放量，t/a；

ef——煙煤排放系數(shù)，6.238×10^-5kg/th；

q——煤倉(cāng)煤量，t；

h——煤倉(cāng)年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，h/a。

煤儲(chǔ)存過(guò)程排放量影響因素分析

(1)煤的種類(lèi)

選取晉城無(wú)煙煤、神木半煙煤、鄂爾多斯煙煤、勝利褐煤為實(shí)驗(yàn)樣品，煤質(zhì)分析見(jiàn)表3。等量稱取四種煤分別放入相同四套實(shí)驗(yàn)裝置，恒溫20℃避光儲(chǔ)存24h。使用氣袋采樣，分別測(cè)定四種煤nmhc揮發(fā)濃度，如圖3所示。

表3實(shí)驗(yàn)煤樣分析

揮發(fā)分是煤分類(lèi)的重要指標(biāo)，反映了煤的變質(zhì)程度。從圖3中可以看出，煤儲(chǔ)存過(guò)程中非甲烷總烴濃度與揮發(fā)分含量具有極強(qiáng)相關(guān)性，nmhc濃度隨揮發(fā)分含量增加而增加。推測(cè)其主要因?yàn)槊悍N揮發(fā)分含量越高，可揮發(fā)的有機(jī)物越多，因此nmhc濃度隨之增大。

(2)儲(chǔ)存溫度

以鄂爾多斯煙煤為例，各裝置煤量相同，控制恒溫箱溫度在0、20、40、60℃，24h后采樣分析，研究?jī)?chǔ)存溫度對(duì)nmhc濃度的影響，二者關(guān)系如圖4所示。

從圖4中可知，煤儲(chǔ)存過(guò)程nmhc與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。0℃低溫對(duì)nmhc揮發(fā)抑制明顯，主要因?yàn)閚mhc為煤中有機(jī)物受熱分解產(chǎn)生，溫度越高，有機(jī)生成速率越快，因此溫度為影響煤vocs排放量的關(guān)鍵因素。

(3)空氣濕度

選取鄂爾多斯煙煤為樣品，向容器內(nèi)噴淋200ml水，20℃恒溫密閉儲(chǔ)存24h，24h后取樣分析，探究濕度對(duì)煤揮發(fā)量的影響。由圖5可知，噴淋水可增加空氣濕度，對(duì)煤揮發(fā)具有抑制作用，但作用有限。

(4)儲(chǔ)煤量

選取鄂爾多斯煙煤為樣品，改變實(shí)驗(yàn)裝置煤量，分析20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％料位時(shí)nmhc揮發(fā)總量情況。各裝置避光置于20℃恒溫箱，24h后采樣分析，結(jié)果見(jiàn)圖6。從圖6中可知，隨著實(shí)驗(yàn)裝置中煤量的遞增，煤炭非甲烷總烴揮發(fā)量隨之增加，nmhc總量與煤量近似為線性相關(guān)。

(5)煤堆表面積

選取鄂爾多斯煙煤為樣品，選取四份等量樣品放入四套實(shí)驗(yàn)裝置中，不同裝置煤堆表面積不同。將四套裝置放入20℃恒溫箱避光保存，24h后使用氣袋采樣，分析煤堆表面積對(duì)煤儲(chǔ)存揮發(fā)量的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。由表可知，改變煤堆表面積，nmhc濃度在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，無(wú)明顯變化。因此推斷，煤堆表面積對(duì)vocs的產(chǎn)生無(wú)明確影響。

表4煤堆表面積對(duì)nmhc濃度的影響

整個(gè)裝置設(shè)置密閉的第一箱體，使得整個(gè)測(cè)定操作過(guò)程在密閉箱體內(nèi)進(jìn)行，避免了外界的干擾；設(shè)置了控制測(cè)定時(shí)溫度的裝置，保證了溫度恒定以及可控，風(fēng)扇保證了溫度均勻，使得檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，通過(guò)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀可檢測(cè)煤揮發(fā)氣體的種類(lèi)及其含量。

本裝置可以設(shè)定模擬的條件，通過(guò)測(cè)定揮發(fā)的數(shù)據(jù)得出影響煤揮發(fā)的影響因素，本裝置模擬效果好，模擬結(jié)果準(zhǔn)確，可以在此基礎(chǔ)上給大型儲(chǔ)煤提供優(yōu)化條件的理論依據(jù)。