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专利名称：采用衍生法测定煤中碳氢元素的色谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化学衍生和色谱分离技术，是一种利用化学衍生技术与气相色谱 仪联用，测定煤中碳氢元素的检测装置。
背景技术：
煤是由可燃和不可燃的成份所组成，其中可燃成份分为挥发分与固定碳，如按 其化学组成来说，它们则是由碳、氢、氧、氮、硫5种元素所构成，煤中碳、氢的结合以及与 其它的一些元素的结合是十分复杂，目前一般认为煤是由带脂肪的侧链大芳环和稠环所 组成；碳元素是构成这些环的骨架，氢则和其它一些元素结合分布在侧链和桥键上，此外 煤中的碳、氢也存在于煤的矿物质中，如碳酸盐(CaC03、MgCO3等)中的C，矿物质结晶水 (Al2O3 · 2Si02 · 2H20、CaSO4 · 2H20)中的H，但这一部分C、H与前者不同，它们是不会燃烧的， 其含量增多，反而使煤的发热量降低；碳和氢是产生热量的主要来源，碳在氧充足的条件下 完全燃烧时，全部生成C02。一克碳完全燃烧产生34040J的热量，而在氧不足的条件下燃 烧，则生成C0，一克碳仅能生成9910J的热量，而当CO进一步燃烧生成CO2时，放出的热量 为24130J，当含碳量Cdaf ( 90%时，煤的高位发热量Qgr.daf随碳含量的增加而增高。煤中碳与氢元素的测定有多种方法1.氢的库仑法测定原理是，当煤燃烧时，H转化为H2O,含有H2O的气体通过电解池 时，水被P2O5吸收生成偏磷酸，通过HPO3的电解所消耗的电量可计算出氢的含量。该方法 就氢的测定而言，有助于实现操作的自动化，缺点是P2O5电极容易失效，导致电解不完全或 电解不终止，影响分析数据的准确性。2.碳氢的元素炉法(分为三节炉法和二节炉法)测定原理是，煤样置于氧气流中， 于850°C下，使其完全燃烧，碳与氢定量地转化为CO2和H20。生成的CO2和H2O分别用不同 的吸收剂所吸收，根据吸收剂的增重，就可以计算出煤中碳与氢的含量。该方法测定原理简 单，测定结果准确性差，存在的缺点是，测定装置复杂，系统残留有机物及水分对测定结果 有影响，吸收剂较易失效，受环境因素的影响使空白试验不容易达到恒定，分析耗时过长， 不宜做批量分析等。3.碳氢的红外吸收法(红外光谱法)测定原理是，基于双核分子对红外光具有吸 收的性质来进行测定的，煤在高温下燃烧生成CO2和H2O,通过红外检测池吸收，红外光所减 少的量与CO2和H2O的含量成正比关系。红外碳氢测定法是目前最先进的方法，它具有自动 化程度高，稳定性好，准确性高，测试速度快等优点。目前在国内电力系统使用该方法的仪 器日益增多，唯一缺陷是红外仪器价格昂贵，未能普遍推广。4.高温燃烧法，该法为某些国外规定的测定碳氢的标准方法之一，其测定原理是， 将煤样置于1350°C的高温炉中，在高压氧气流(200ml/min)中燃烧，煤中C和H完全燃烧后 生成CO2和H2O分别用不同的吸收剂来吸收，根据吸收剂的增重来计算C、H的含量。该方法 的特点是仪器装置结构简单，燃烧管内不必填装CaO CnCrO3、铜丝等，在吸收系统中减少装 有MnO2的吸收管，空白试验时间大幅度减少，提高了测试的效率。[0008]目前，公知煤中的碳氢元素测定是使用国标GB/T476-2008「煤中碳和氢的测定方 法」即电量-重量法，为最经典的分析方法，也是世界各国普遍采用的方法。由于该测定方 法存在操作繁琐，技术要求比较高，检测效率低等诸多因素，造成了分析测定用时较长且分 析结果不稳定、重现性差现象。发明内容为了克服现有测定煤中碳氢元素的GB/T476-2008测定方法不稳定、重现性差、操 作复杂、等诸多不足，本实用新型提供一种利用化学衍生技术与气相色谱联用的快速、准 确、简便的测定煤中碳氢元素的检测仪器。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是1.现有的气相色谱仪由氢-氮-空气钢瓶、减压阀、压力表、稳压阀、进样六通阀、 色谱柱、FID检测器、色谱工作站及显示等按气路顺序连接。在现有气相色谱仪(FID)的进 样系统和空气之间增加一个煤样品裂解转化装置，它是由一个六通阀与稳压空气、裂解炉、 滤灰管、转化管连接组成。裂解炉气体进口与裂解六通阀的一侧连接至稳压空气一路；裂解 炉气体出口与滤灰管串联后，连接裂解六通阀的另一侧至转化管的一端，转化管的另一端 与收集混气罐下部的裂解气入口连接；煤样品置于裂解炉内，在高温(850°C )、贫氧的条件 下与催化剂的作用发生裂解反应，煤中的H与0反应转化为H2O,煤中的C与0反应转化为 CO和微量CO2。Coal+02 — S02+S03+C0+C02+H20+N02+C12+......反应生成的裂解气先经吸附剂，脱除酸性气体，再经过滤灰管除去粉尘后，通过填 充有碳化钙(CaC2)的转化管时，裂解气中的H2O与CaC2S生反应，生成为乙炔(C2C2)气体。2H20+CaC2 = C2H2+2Ca (OH) 22.在现有气相色谱仪(FID)的进样系统和空气之间增加一个煤样品裂解转化气 收集装置，它是由六通阀与稳压空气、收集混气罐、双逆变截止阀、压力计等连接组成。气 体收集混气罐用不锈钢制作，收集混气罐内用活塞隔离，分为上下两部，收集混气罐的容 积200毫升；收集混气罐上部的空气入口与裂解六通阀另外一侧连接，收集混气罐上部的 空气出口与双逆变截止阀的一个连接至放空；收集混气罐下部的裂解气出口与压力计串联 后，连接双逆变截止阀另一个至进样六通阀的一侧，稳压空气一路与裂解炉气体进口和收 集混气罐上部的空气入口通过裂解六通阀切换连接；裂解气在气体收集混气罐内混勻后， 经色谱定量管进行置换，置换后的尾气中的酸性气体经吸收瓶碱液吸收后排放至大气；收 集混气罐通过对双逆变截止阀和裂解六通阀的切换，来完成样品气的收集与进样置换。3.在现有气相色谱仪(FID)的检测系统和色谱柱之间增加一个COx转化装置，它 是由一个脱硫氯柱与甲烷化炉连接组成。甲烷化炉的一端连接脱硫氯柱至色谱柱出口，甲 烷化炉的另一端与FID检测器氢气进口连接；经分流进样后，样品气通过TDX-Ol色谱柱进 行分离，脱除硫氯后再进入甲烷化炉，CO和微量CO2，在氢气作用下发生甲烷化反应，转化生 成为甲烷(CH4)。
权利要求1.一种气相色谱仪，在气路系统中，氢氮空气钢瓶、减压阀、压力表、稳压阀、裂解六通 阀、裂解炉、滤灰管、转化管、收集混气罐、压力计、双逆变截止阀、进样六通阀、色谱柱、脱硫 氯柱、甲烷化炉、FID检测器、色谱工作站及显示等按气路顺序连接，其特征是裂解炉(8) 气体进口(8-1)与裂解六通阀(10)的一侧连接至稳压空气一路；裂解炉(8)气体出口 (8-8)与滤灰管(9)串联后，连接裂解六通阀(10)的另一侧至转化管(11)的一端，转化管 (11)的另一端与收集混气罐(12)下部的裂解气入口(12-5)连接。
2.根据权利要求1所述的气相色谱仪，其特征是收集混气罐(12)内用活塞(12-2)隔 离，分为上下两部，收集混气罐(12)的容积200毫升；收集混气罐(12)上部的空气入口 (12-3)与裂解六通阀(10)另外一侧连接，收集混气罐(12)上部的空气出口(12-4)与双 逆变截止阀(13)的一个连接至放空；收集混气罐(12)下部的裂解气出口(12-6)与压力计 (14)串联后，连接双逆变截止阀(13)另一个至进样六通阀(17)的一侧。
3.根据权利要求1所述的气相色谱仪，其特征是稳压空气一路与裂解炉(8)气体进 口(8-1)和收集混气罐(12)上部的空气入口(12-3)通过裂解六通阀(10)切换连接。
4.根据权利要求1所述的气相色谱仪，其特征是甲烷化炉(21)的一端连接脱硫氯柱 (20)至色谱柱(19)出口，甲烷化炉(21)的另一端与FID检测器(22)氢气进口连接。
专利摘要一种采用衍生法测定煤中碳氢元素的气相色谱仪，由六通阀、裂解炉、滤灰管、转化管、压力计、双逆变截止阀、收集混气罐、脱硫氯柱、甲烷化炉按结构气路连接，组成了两个转化装置及样品气收集与置换进样的装置，连接在色谱仪(FID)的气路之中；它是利用元素的化学反应，将煤中的C、H元素以化合态气体分子衍生出来；煤在贫氧的条件下，通过热裂解反应，煤中的H被转化为H2O分子，H2O与CaC2反应生成等量的C2H2，煤中C转化为CO和CO2，CO和CO2与H2进行甲烷化反应生成CH4，通过色谱柱的分离及检测出CH4和C2H2的浓度。利用化学衍生技术与气相色谱仪联用，可以快速、准确、简便的测定煤中碳氢元素的含量。
文档编号G01N30/02GK201788176SQ20102024288
公开日2011年4月6日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者吴振伟, 孙海勇, 张忠群, 彭剑声, 方华, 江萍, 黄华丽 申请人:吴振伟