CN109708989A - 一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置及其使用方法，包括温度控制器、电加热丝、热电偶、计算机、耐高温玻璃纤维滤膜、双层耐高温玻璃管、检测棉、水冷管、三通管、收集器、油水分离膜。采用多段耐高温玻璃纤维滤膜收集颗粒物，且设有最后一段耐高温玻璃纤维滤膜作为检测膜，其前后质量无变化，则认为所有的颗粒物已均被拦截下来；采用水冷管使和焦油冷凝下来；采用油水分离膜分离焦油和水，且在管道出口处设有检测棉，检测棉的前后质量无变化则说明气体中颗粒物、焦油、水已均被拦截；采用计算机自动控制各段的数据采集和记录，准确性高。本发明中采取的加热‑过滤‑冷却‑收集机制，使得生物质气化产物中的颗粒物、焦油、水、气化气体分步分离，实现了分离、测量一体化，具有很好的实验性能判断机制。

Description

一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置及其使用 方法

技术领域

本发明涉及一种用于气体中油、水及颗粒物的分离测定方法，特别是一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置及其使用方法。

背景技术

生物质气化是实现生物质转化利用的最新技术之一，主要目的是将生物质的内在能量转化为可燃烧气体，从而实现生物质能源的清洁高效利用。气化产物主要是燃气、焦油、水、颗粒物，其中焦油、水和颗粒物在气化产物的中占有一定比重，但在实际气化过程中，由于焦油、水和颗粒物难于被收集且冷凝以后容易堵塞管道，容易影响气化设备运行，同时会造成二次污染。在不同气化工况下，各产物含量有着明显的差异与关联性，故在生物质气化过程中，对气化各产物含量进行测定，具有很强的指导意义。因此生物质气化产物的有效分离监测已成为生物质气化领域关注的重点问题之一。

目前，生物质气化产物的分离和测量普遍存在分离精度低、缺少判断机制、测定数据不准确以及分离方式过于复杂等问题。因此，围绕生物质气化产物不能被有效分离测量的问题，一种新型的用于生物质气化产物分离、测量一体化的装置已成为生物质气化高效利用的关键。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在设计一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置及其使用方法，通过对双层耐高温玻璃管高温加热的方式，实现颗粒物的分离测量，并通过一段三通管进行低温冷却，实现焦油和水的分离测量，整个装置管道可拆卸，具有操作简便、适用性强的优点。

本发明的技术方案：

一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置，其特征是，包括玻璃管、双层耐高温玻璃管、三通管、温度控制器，所述三通管由横管、竖管连接而成；所述双层耐高温玻璃管的两端分别连接玻璃管、三通管的横管；所述双层耐高温玻璃管的夹层中缠绕有电加热丝，所述电加热丝与温度控制器相连，所述双层耐高温玻璃管的管腔中设有若干耐高温玻璃纤维滤膜；所述三通管外侧缠绕有水冷管，三通管竖管顶部设有检测棉，检测气体中颗粒物、油和水是否被阻截，竖管底部连接有收集器，收集器内嵌有油水分离膜，油水分离膜将收集器空腔分为上层收集器、下层收集器。

优选的，所述耐高温玻璃纤维滤膜为五段，靠近三通管的一段作为检验段；所述双层耐高温玻璃管中设有五个可插入式卡槽，用于放置与双层耐高温玻璃管内层截面等大的耐高温玻璃纤维滤膜。

优选的，所述双层耐高温玻璃管的两端分别通过管道连接件与玻璃管、三通管相连，管段拆卸方便。

优选的，所述收集器为上小下大的类锥形双层收集器。

优选的，该装置还包括计算机、质量流量计、热电偶测温装置和电子天平，所述计算机通过集成电路板与质量流量计、热电偶测温装置、温度控制器和电子天平相连；

所述质量流量计布置于燃气出口，质量流量计经集成电路板与计算机相连，控制流量在1-10L/min,实现管道数据采集与自动控制；所述热电偶测温装置置于三通管的竖管中部，并与温度控制器相连，温度控制器通过集成电路连接到计算机，计算机实时记录三通管竖管段的温度，保证温度在0℃以下，若温度高于0℃，则计算机发出报警信号；电子天平通过USB插口连接计算机，前期自动存储五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的初始质量，同时，自动记录测量完成后的五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的质量，自动计算两者的差值，准确度高，自动保存生成的excel表格，从而分别得到颗粒物、焦油、水的质量，提高自动化测量水平。

上述用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置的使用方法，其特征是，包括以下步骤：

1）测量前将五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器置于恒温恒湿天平室进行恒重，电子天平通过USB插口连接计算机，前期自动存储五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的初始质量；然后打开温度控制器将双层耐高温玻璃管升温至300-400℃；

2）测量时气化产物经过双层耐高温玻璃管时，由于300-400℃时焦油和水都是气态，此时管内的滤膜只拦截颗粒物，所有颗粒物均附着于滤膜之上；

3）外侧缠绕的水冷管使三通管内温度降低，通过热电偶测温装置、温度控制器以及计算机保证温度降为0℃以下，从而使焦油和水均迅速冷凝下来，液化焦油与液化水在重力作用下落入类锥形双层收集器，经收集器内油水分离膜作用，液化水进入下层收集器，液化焦油留在上层收集器；

4）除去颗粒物、焦油和水后的燃气向上流动，从三通管的上部经过检测棉后通过质量流量计，最终进入气体分析仪；

5）取出装置内的五段耐高温玻璃纤维滤膜、油水分离膜、检测棉、下层收集器进行称量，由电子天平自动记录测量后的值，计算前后重量差即可得生物质气化过程中各产物的含量及气化效率；

靠近三通管的一段耐高温玻璃纤维滤膜前后质量无变化，则认为所有的颗粒物已均被拦截下来了，检测棉的前后质量无变化则说明气体中颗粒物、焦油、水已均被拦截；

6）由于最后一段靠近三通管的耐高温玻璃纤维滤膜为检验段，通过计算前四段耐高温玻璃纤维滤膜的质量差，可以得到气体中颗粒物的质量；通过计算油水分离膜前后的质量差，可以得到气体中焦油的质量；通过计算下层收集器的质量差，可以得到气体中水的质量，通过质量流量计的检测，可以得到气体的体积量。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种集收集、测量于一体的装置和方法，操作简单方便，功能结构紧凑，具有良好的实用性能。本发明中采取的加热-过滤-冷却-收集机制，使得生物质气化产物中的颗粒物、焦油、水、气化气体分步分离，实现了分离、测量一体化，具有很好的实验性能判断机制。

本发明的创新之处在于：

1）将普通玻璃管、双层耐高温玻璃管、三通管通过管道连接连成，形成多段可拆卸通气管道，操作方便。

2）根据气化产物的不同物理特性，采取加热-过滤-冷却-收集机制，实现了分离、测量一体化。

3）采用多段耐高温玻璃纤维滤膜收集颗粒物，且设有最后一段耐高温玻璃纤维滤膜作为检测膜，其前后质量无变化，则认为所有的颗粒物已均被拦截下来；采用油水分离膜分离焦油和水，且在管道出口处设有检测棉，检测棉的前后质量无变化则说明气体中颗粒物、焦油、水已均被拦截。

4）本发明中热电偶、质量流量计、电子天平等测量仪器均连接到计算机，采用计算机自动控制各段的数据采集和记录，准确性高，提高了自动化测量水平。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图中：计算机1、质量流量计2、温度控制器3、滤膜载片4、管道连接件5、电加热丝6、耐高温玻璃纤维滤膜7、双层耐高温玻璃管8、检测棉9、水冷管10、热电偶11、三通管12、上层收集器13、油水分离膜14、下层收集器15。

具体实施方式

1.如图所示，一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置，包括多段可拆卸通气管道，该多段通气管道由两段水平管道和一段三通管道组成，可自由拆卸，操作方便。

第一段管道为普通玻璃管，第二段管道为双层耐高温玻璃管，包括温度控制器3、五组可插入式卡槽通道（滤膜载片）4、耐高温玻璃纤维滤膜7，第三段管道为三通管，包括类锥形双层收集器13-15、燃气出口检测棉（过滤棉）9和水冷管10。

第二段通气管道内设有五组可插入式卡槽通道（即滤膜载片），用于放置与通气管截面等大的耐高温玻璃纤维滤膜。第二段通气管为双层结构，中部空心层环绕有加热电阻丝（电加热丝），通过温度控制器的显示屏控制管内温度在300-400℃左右，使管内气体中的焦油和水保持气态。

三通管的外部环绕有水冷管，用于冷却气态焦油和水。类锥形双层收集器上部设有油水分离膜，用于过滤水而拦截焦油，收集器上、下部均可拆卸。三通管上部设有检测棉，通过称量检测棉前后的质量无变化，说明气体中颗粒物、焦油、水已均被拦截。

燃气出口布置了质量流量计2，质量流量计经集成电路板与计算机相连，控制流量在1-10L/min,实现管道数据采集与自动控制；三通管竖管中部布置了热电偶测温装置，热电偶测温装置与温度控制器相连，温度控制器通过集成电路连接到计算机，计算机实时记录三通管竖管段的温度，保证温度在0℃以下，若温度高于0℃，则计算机发出报警信号；电子天平通过USB插口连接计算机，前期自动存储五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的初始质量，同时，自动记录测量完成后的五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的质量，自动计算两者的差值，准确度高，自动保存生成的excel表格，从而分别得到颗粒物、焦油、水的质量，提高自动化测量水平。

本发明的装置科学合理，操作性强，由多段可拆卸通气管道、多组可插入式卡槽通道、类锥形双层收集器组装而成，所用设备成本低，分离和测量效果好。

2.本发明的一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置的使用方法，包括如下步骤：

1）测量前将耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器置于恒温恒湿天平室进行恒重，电子天平通过USB插口连接计算机，前期自动存储五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的初始质量；然后打开温度控制器将双层耐高温玻璃管升温至400℃；

2）测量时气化产物经过双层耐高温玻璃管时，由于400℃时焦油和水都是气态，此时管内的滤膜只拦截颗粒物，所有颗粒物均附着于滤膜之上；

3）外侧缠绕的水冷管使三通管内温度降低，通过热电偶测温装置、温度控制器以及计算机保证温度降为0℃以下，从而使焦油和水均迅速冷凝下来，液化焦油与液化水在重力作用下落入类锥形双层收集器，经收集器内油水分离膜作用，液化水进入下层收集器，液化焦油留在上层收集器；

4）除去颗粒物、焦油和水后的燃气向上流动，从三通管的上部经过检测棉后通过质量流量计，最终进入气体分析仪；

5）取出装置内的耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、下层收集器、油水分离膜进行称量，由电子天平自动记录测量后的值，计算前后重量差即可得生物质气化过程中各产物的含量及气化效率。最后一段（靠近三通管的一段）耐高温玻璃纤维滤膜前后质量无变化，则认为所有的颗粒物已均被拦截下来了，检测棉的前后质量无变化则说明气体中颗粒物、焦油、水已均被拦截；

6）由于最后一段靠近三通管的耐高温玻璃纤维滤膜为检验段，通过计算前四段耐高温玻璃纤维滤膜的质量差，可以得到气体中颗粒物的质量；通过计算油水分离膜前后的质量差，可以得到气体中焦油的质量；通过计算下层收集器的质量差，可以得到气体中水的质量，通过质量流量计的检测，可以得到气体的体积量。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置，其特征是，包括玻璃管、双层耐高温玻璃管（8）、三通管（12）、温度控制器（3），所述三通管由横管、竖管连接而成；所述双层耐高温玻璃管的两端分别连接玻璃管、三通管的横管；所述双层耐高温玻璃管的夹层中缠绕有电加热丝（6），所述电加热丝与温度控制器相连，所述双层耐高温玻璃管的管腔中设有若干耐高温玻璃纤维滤膜（7）；所述三通管外侧缠绕有水冷管（10），三通管竖管顶部设有检测棉（9），检测气体中颗粒物、油和水是否被阻截，竖管底部连接有收集器，收集器内嵌有油水分离膜（14），油水分离膜将收集器空腔分为上层收集器（13）、下层收集器（15）。

2.根据权利要求1所述的一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置，其特征是，所述耐高温玻璃纤维滤膜为五段，靠近三通管的一段作为检验段；所述双层耐高温玻璃管中设有五个可插入式卡槽（4），用于放置与双层耐高温玻璃管内层截面等大的耐高温玻璃纤维滤膜。

3.根据权利要求1所述的一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置，其特征是，所述双层耐高温玻璃管的两端分别通过管道连接件（5）与玻璃管、三通管相连，管段拆卸方便。

4.根据权利要求1所述的一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置，其特征是，所述收集器为上小下大的类锥形双层收集器。

5.根据权利要求1所述的一种用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置，其特征是，该装置还包括计算机（1）、质量流量计（2）、热电偶测温装置（11）和电子天平，所述计算机通过集成电路板与质量流量计、热电偶测温装置、温度控制器和电子天平相连；

所述质量流量计布置于燃气出口，质量流量计经集成电路板与计算机相连，控制流量在1-10L/min,实现管道数据采集与自动控制；所述热电偶测温装置置于三通管的竖管中部，并与温度控制器相连，温度控制器通过集成电路连接到计算机，计算机实时记录三通管竖管段的温度，保证温度在0℃以下，若温度高于0℃，则计算机发出报警信号；电子天平通过USB插口连接计算机，前期自动存储五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的初始质量，同时，自动记录测量完成后的五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的质量，自动计算两者的差值，准确度高，自动保存生成的excel表格，从而分别得到颗粒物、焦油、水的质量，提高自动化测量水平。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于气体中油、水及颗粒物含量测量的装置的使用方法，其特征是，包括以下步骤：

1）测量前将五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器置于恒温恒湿天平室进行恒重，电子天平通过USB插口连接计算机，前期自动存储五段耐高温玻璃纤维滤膜、检测棉、油水分离膜、下层收集器的初始质量；然后打开温度控制器将双层耐高温玻璃管升温至300-400℃；

2）测量时气化产物经过双层耐高温玻璃管时，由于300-400℃时焦油和水都是气态，此时管内的滤膜只拦截颗粒物，所有颗粒物均附着于滤膜之上；

3）外侧缠绕的水冷管使三通管内温度降低，通过热电偶测温装置、温度控制器以及计算机保证温度降为0℃以下，从而使焦油和水均迅速冷凝下来，液化焦油与液化水在重力作用下落入类锥形双层收集器，经收集器内油水分离膜作用，液化水进入下层收集器，液化焦油留在上层收集器；

4）除去颗粒物、焦油和水后的燃气向上流动，从三通管的上部经过检测棉后通过质量流量计，最终进入气体分析仪；

5）取出装置内的五段耐高温玻璃纤维滤膜、油水分离膜、检测棉、下层收集器进行称量，由电子天平自动记录测量后的值，计算前后重量差即可得生物质气化过程中各产物的含量及气化效率；

靠近三通管的一段耐高温玻璃纤维滤膜前后质量无变化，则认为所有的颗粒物已均被拦截下来了，检测棉的前后质量无变化则说明气体中颗粒物、焦油、水已均被拦截；

6）由于最后一段靠近三通管的耐高温玻璃纤维滤膜为检验段，通过计算前四段耐高温玻璃纤维滤膜的质量差，可以得到气体中颗粒物的质量；通过计算油水分离膜前后的质量差，可以得到气体中焦油的质量；通过计算下层收集器的质量差，可以得到气体中水的质量，通过质量流量计的检测，可以得到气体的体积量。