CN109939628A - 一种沥青烟的模拟发生设备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油化工领域，尤其涉及一种沥青烟的模拟发生设备及其应用。本发明提供的沥青烟的模拟发生设备包括：反应釜，所述反应釜内设置有搅拌装置和温度检测装置，所述反应釜上设置有沥青烟出口；用于对所述反应釜进行加热的加热装置；和空气输送管道，所述空气输送管道的进气端位于所述反应釜外；所述空气输送管道的出气端设置有气体分布器，且位于所述反应釜的釜底。本发明提供的设备通过利用气体分布器和搅拌装置，可使空气与沥青充分接触，极大地模拟了沥青在拌合楼中与空气的作用状态，从而更合理的模拟沥青烟的发生过程，使得到的沥青烟非常接近真实工况。

Description

一种沥青烟的模拟发生设备及其应用

技术领域

本发明属于石油化工领域，尤其涉及一种沥青烟的模拟发生设备及其应用。

背景技术

沥青是路面建设中的重要材料，虽然在混合料中占比较小，但却在混合料的黏结性、柔韧性等方面起到关键作用。施工过程中为了使沥青获得较好的流动性，需要对沥青高温加热，并在拌合楼中对石料和沥青充分混合，此过程沥青中轻组分受热挥发，同时裹覆在石料表面的沥青膜被空气氧化，从而产生大量沥青烟。

对沥青烟组分分析来看，除了一部分轻烃、苯系物，还有硫化物、氮化物等大量有毒有害物质，这些物质严重危害了人体健康，对环境造成污染，因此，通过科学的手段对沥青烟进行定性、定量的检测分析，掌握沥青烟溢出规律，对防范和治理提供指导。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种沥青烟的模拟发生设备及其应用，本发明提供的设备可以对沥青烟发生过程进行模拟，得到的沥青烟非常接近真实工况。

本发明提供了一种沥青烟的模拟发生设备，包括：

反应釜，所述反应釜内设置有搅拌装置和温度检测装置，所述反应釜上设置有沥青烟出口；

用于对所述反应釜进行加热的加热装置；

和空气输送管道，所述空气输送管道的进气端位于所述反应釜外；所述空气输送管道的出气端设置有气体分布器，且位于所述反应釜的釜底。

优选的，所述气体分布器为中空结构，其表面分布有孔。

优选的，所述孔的孔径为0.075～1.18mm。

优选的，还包括空气压缩气瓶；所述空气压缩气瓶的出气口与所述空气输送管道的进气端相连。

本发明提供了一种沥青烟的模拟发生和检测系统，包括：

上述技术方案所述的沥青烟的模拟发生设备；

与所述反应釜的沥青烟出口相连接的无机气相成分检测装置；

与所述反应釜的沥青烟出口相连接的有机化合物吸附装置；

和用于对所述有机化合物吸附装置中吸附的有机化合物进行检测的有机成分检测装置。

优选的，所述无机气相成分检测装置为紫外差分气体分析仪；

所述有机化合物吸附装置中装填的吸附剂为活性炭；

所述有机成分检测装置为气相色谱仪。

优选的，还包括尾气吸收装置，所述尾气吸收装置的进气口与所述有机化合物吸附装置的出气口相连。

本发明提供了一种沥青烟的模拟发生和检测方法，包括以下步骤：

a)将沥青加入到上述技术方案所述的沥青烟的模拟发生设备的反应釜内，启动所述搅拌装置和所述加热装置，并通过所述温度检测装置对沥青的温度进行监测；

b)待所述沥青的温度升至设定温度后，向所述空气输送管道内通空气，所述空气在加热条件下与沥青接触反应生成沥青烟，生成的沥青烟在空气的携带下从所述沥青烟出口排出；

c)对所述沥青烟出口排出的气体进行成分检测，得到检测结果。

优选的，所述沥青的搅拌速率为100～1000rad/s；所述设定温度为100～200℃；所述沥青的体积与所述空气的流速的比为5mL：(1～10)mL/min。

优选的，所述步骤c)具体包括：

c1)对所述沥青烟出口排出的气体进行无机气相成分检测，得到沥青烟中无机气相成分的检测结果；

c2)对所述沥青烟出口排出的气体中的有机成分进行吸附富集，之后对吸附富集的有机成分进行分离，并对分离得到的有机成分进行检测，得到沥青烟中有机化合物成分的检测结果；

所述步骤c1)和c2)没有先后顺序。

与现有技术相比，本发明提供了一种沥青烟的模拟发生设备及其应用。本发明提供的沥青烟的模拟发生设备包括：反应釜，所述反应釜内设置有搅拌装置和温度检测装置，所述反应釜上设置有沥青烟出口；用于对所述反应釜进行加热的加热装置；和空气输送管道，所述空气输送管道的进气端位于所述反应釜外；所述空气输送管道的出气端设置有气体分布器，且位于所述反应釜的釜底。设备使用时，首先将沥青加入到所述反应釜内，之后启动所述搅拌装置和所述加热装置，并通过所述温度检测装置对沥青的温度进行监测；待所述沥青的温度升至设定温度后，向所述空气输送管道内通空气，所述空气在加热条件下与沥青接触反应生成沥青烟，生成的沥青烟在空气的携带下从所述沥青烟出口排出。本发明提供的设备通过利用气体分布器和搅拌装置，可使空气与沥青充分接触，极大地模拟了沥青在拌合楼中与空气的作用状态，从而更合理的模拟沥青烟的发生过程，使得到的沥青烟非常接近真实工况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的沥青烟的模拟发生设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的气体分布器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的沥青烟的模拟发生和检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种沥青烟的模拟发生设备，包括：

反应釜，所述反应釜内设置有搅拌装置和温度检测装置，所述反应釜上设置有沥青烟出口；

用于对所述反应釜进行加热的加热装置；

和空气输送管道，所述空气输送管道的进气端位于所述反应釜外；所述空气输送管道的出气端设置有气体分布器，且位于所述反应釜的釜底。

参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的沥青烟的模拟发生设备的结构示意图；图2是本发明实施例提供的气体分布器的结构示意图。图中，1表示空气压缩气瓶，2表示压力表，3表示流量计，4表示搅拌装置，5表示温度检测装置，6表示加热装置，7表示反应釜，8表示气体分布器，12表示螺纹接口，13表示孔。

本发明提供的模拟发生设备包括反应釜7、加热装置6和空气输送管道。其中。反应釜7用于模拟沥青与空气接触生成沥青烟的过程，内部设置有搅拌装置4和温度检测装置5。在本发明提供的一个实施例中，反应釜7的容积为0.5～5L，具体可为0.5L、1L、1.5L、2L、2.5L、3L、3.5L、4L、4.5L或5L。在本发明提供的一个实施例中，反应釜7的材质为不锈钢，优选为304不锈钢。在本发明提供的一个实施例中，搅拌装置4为电动搅拌器。在本发明提供的一个实施例中，温度检测装置5为热电偶。

在本发明中，加热装置6用于对反应釜7进行加热。在本发明提供的一个实施例中，加热装置6为油浴锅。在本发明提供的一个实施例中，温度检测装置5与所述油浴锅的TIC控制单元相连接，从而实时准确调控反应釜7的加热温度。

在本发明中，所述空气输送管道用于将外界的空气输送到反应釜7内，所述空气输送管道的进气端位于反应釜7外，出气端位于反应釜7的釜底。在本发明中，所述空气输送管道的出气端设置有气体分布器8。在本发明提供的一个实施例中，气体分布器8的形状为管状或纺锤体状。在本发明提供的一个实施例中，气体分布器8的进气端设置有螺纹接口12，用于连接所述空气输送管道的出气端。在本发明提供的一个实施例中，气体分布器8为中空结构，其表面分布有孔13。在本发明提供的一个实施例中，孔13的孔径为0.075～1.18mm，具体可为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm或1.18mm。在本发明提供的一个实施例中，气体分布8的材质为陶瓷、不锈钢或聚四氟乙烯。

在本发明提供的一个实施例中，所述模拟发生设备还包括空气压缩气瓶1，空气压缩气瓶1的出气口与所述空气输送管道的进气端相连。在本发明提供的一个实施例中，空气压缩气瓶1的出气口安装有减压阀。

在本发明提供的一个实施例中，所述模拟发生设备还包括压力表2，所述压力表2安装在所述空气输送管道上。

在本发明提供的一个实施例中，所述模拟发生设备还包括流量计3，所述流量计3安装在所述空气输送管道上。

设备使用时，首先将沥青加入到所述反应釜内，之后启动所述搅拌装置和所述加热装置，并通过所述温度检测装置对沥青的温度进行监测；待所述沥青的温度升至设定温度后，向所述空气输送管道内通空气，所述空气在加热条件下与沥青接触反应生成沥青烟，生成的沥青烟在空气的携带下从所述沥青烟出口排出。

在以往的沥青烟发生模拟过程中，一般会忽略两点：第一是空气对沥青的氧化作用，空气中的氧在高温下很容易与沥青中的活性基团发生反应，掠夺自由基，从而生成硫化物和氮化物，这类物质具有较强的刺激性气味，因此也是沥青烟气味的主要来源；第二是忽略空气与沥青的相互作用状态，在拌合楼中，沥青裹覆在石料表面形成极薄的沥青薄，沥青膜与炽热的空气充分接触，加速了两者之间的相互作用。

针对第一个问题，本发明提供的设备设置了空气输送管道，空气一方面作为载气，另一方面也作为氧化剂。针对第二个问题，本发明提供的设备通过利用气体分布器和搅拌装置，可使空气与沥青充分接触，极大地模拟了沥青在拌合楼中与空气的作用状态，从而更合理的模拟沥青烟的发生过程，使得到的沥青烟非常接近真实工况。

本发明还提供了一种沥青烟的模拟发生和检测系统，包括：

上述技术方案所述的沥青烟的模拟发生设备；

与所述反应釜的沥青烟出口相连接的无机气相成分检测装置；

与所述反应釜的沥青烟出口相连接的有机化合物吸附装置；

和用于对所述有机化合物吸附装置中吸附的有机化合物进行检测的有机成分检测装置。

参见图3，图3是本发明实施例提供的沥青烟的模拟发生和检测系统的结构示意图。图中，1表示空气压缩气瓶，2表示压力表，3表示流量计，4表示搅拌装置，5表示温度检测装置，6表示加热装置，7表示反应釜，8表示气体分布器，9表示有机化合物吸附装置，10表示尾气吸收装置，11表示无机气相成分检测装置。

本发明提供的系统包括所述模拟发生设备、有机化合物吸附装置9、无机气相成分检测装置11和有机成分检测装置。其中，所述模拟发生设备在上文中已经介绍，在此不再赘述。

在本发明提供的系统中，有机化合物吸附装置9的进气口与反应釜7的沥青烟出口相连接，用于对沥青烟中的有机成分进行吸附富集。在本发明提供的一个实施例中，有机化合物吸附装置9中装填的吸附剂为活性炭。在本发明提供的一个实施例中，所述系统还包括尾气吸收装置10，尾气吸收装置10的进气口与有机化合物吸附装置9的出气口相连，用于吸收有机化合物吸附装置9排出的尾气。在本发明提供的一个实施例中，尾气吸收装置10中添加的吸收剂包括但不限于乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺中的一种或多种。

在本发明提供的系统中，所述有机成分检测装置用于对有机化合物吸附装置9中吸附的有机化合物进行检测。在本发明提供的一个实施例中，所述有机成分检测装置具体为气相色谱仪。

在本发明提供的系统中，无机气相成分检测装置11的进样口与反应釜7的沥青烟出口相连接，用于对沥青烟中的无机气相成分进行检测。在本发明提供的一个实施例中，无机气相成分检测装置11具体为紫外差分气体分析仪。在本发明提供的一个实施例中，所述紫外差分气体分析仪的检测精度为1mg/m³。

在本发明提供的一个实施例中，反应釜7的沥青烟出口连接有三通阀，所述三通阀的两个出气口分别与无机气相成分检测装置11以及有机化合物吸附装置9相连接。

系统运行时，首先将沥青加入到所述反应釜内，之后启动所述搅拌装置和所述加热装置，并通过所述温度检测装置对沥青的温度进行监测；待所述沥青的温度升至设定温度后，向所述空气输送管道内通空气，所述空气在加热条件下与沥青接触反应生成沥青烟；生成的沥青烟在空气的携带下从所述沥青烟出口排出，进入到无机气相成分检测装置中进行无机气相成分检测，得到沥青烟中无机气相成分的检测结果；或者，沥青烟进入到有机化合物吸附装置中进行有机成分的吸附富集，之后对吸附富集的成分进行分离，并对分离成分中的有机化合物进行检测，得到沥青烟中有机化合物成分的检测结果。

本发明提供的系统通过设置所述模拟发生设备和烟气成分分析检测装置，不仅能更合理的对沥青烟发生过程进行模拟，而且可以对沥青烟的组分进行定性及定量分析，解决了以往因沥青烟发生、收集不合理而带来的误差问题。

本发明还提供了一种沥青烟的模拟发生和检测方法，包括以下步骤：

a)将沥青加入到上述技术方案中所述的沥青烟的模拟发生设备的反应釜内，启动所述搅拌装置和所述加热装置，并通过所述温度检测装置对沥青的温度进行监测；

b)待所述沥青的温度升至设定温度后，向所述空气输送管道内通空气，所述空气在加热条件下与沥青接触反应生成沥青烟，生成的沥青烟在空气的携带下从所述沥青烟出口排出；

c)对所述沥青烟出口排出的气体进行成分检测，得到检测结果。

在本发明提供的检测方法中，首先将沥青加入到所述模拟发生设备的反应釜内。其中，所述模拟发生设备在上文中已经介绍，在此不再赘述。之后，启动所述搅拌装置和所述加热装置，并通过所述温度检测装置对沥青的温度进行监测。在本发明中，所述沥青的搅拌速率为100～1000rad/s，优选为200～800rad/s，进一步优选为400～600rad/s。

在本发明提供的检测方法中，待所述沥青的温度升至设定温度后，向所述空气输送管道内通空气。其中，所述设定温度为100～200℃，优选为150～200℃，进一步的优选为150～180℃，更进一步的为160～170℃；所述沥青的体积与所述空气的流速比为5mL：(1～10)mL/min，优选为5mL：(1～5)mL/min。在本发明提供的一个实施例中，所述空气的流速优选为100～1000mL/min，优选200～500mL/min，进一步优选为200～300mL/min。在本发明中，向所述空气输送管道内通空气后，所述空气在加热条件下与反应釜内的沥青接触反应生成沥青烟，生成的沥青烟在空气的携带下从所述沥青烟出口排出。

在本发明提供的检测方法中，对所述沥青烟出口排出的气体进行成分检测，得到检测结果。在本发明中，为了避免系统内残余的空气影响检测结果，优选在通空气一段时间后再开始进行检测，具体可在通空气0.5min、1min、1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min或5min后再开始进行检测。在本发明提供的一个实施例中，所述成分检测的具体过程包括：

c1)对所述沥青烟出口排出的气体进行无机气相成分检测，得到沥青烟中无机气相成分的检测结果；

c2)对所述沥青烟出口排出的气体中的有机成分进行吸附富集，之后对吸附富集的有机成分进行分离，并对分离得到的有机成分进行检测，得到沥青烟中有机化合物成分的检测结果；

所述步骤c1)和c2)没有先后顺序。

在本发明上述实施例提供的检测过程中，步骤c1)具体为：将所述沥青烟出口排出的气体通入到紫外差分气体分析仪中进行检测，得到沥青烟中无机气相成分的检测结果。其中，通气的持续时间优选为3～30min，具体可为3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min或30min。

在本发明上述实施例提供的检测过程中，步骤c2)中，所述吸附富集的时间优选为3～10min，具体可为3min、3.5min、4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min或10min；所述分离的方法优选为热解法或解吸法；所述检测所用的仪器优选为气相色谱仪。

本发明提供的方法首先利用所述模拟发生设备对沥青烟发生过程进行模拟，获得接近真实工况的沥青烟；之后对所述沥青烟进行成分检测，得到检测结果。该方法不仅能更合理的对沥青烟发生过程进行模拟，而且可以对沥青烟的组分进行定性及定量分析，解决了以往因沥青烟发生、收集不合理而带来的误差问题。

为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

沥青烟模拟发生和检测系统

本实施例提供了一种如图3所示结构的沥青烟模拟发生和检测系统，包括沥青烟发生部分、沥青烟检测部分和尾气处理部分。

沥青烟发生部分由空气压缩气瓶1、空气输送管道(未标出)、压力表2、流量计3、反应釜7、搅拌装置4、温度检测装置5和加热装置6组成；沥青烟检测部分由无机气相成分检测装置11、有机化合物吸附装置9和有机成分检测装置(未绘制在图3中)组成；尾气处理部分由尾气吸收装置10组成。

在本实施例中，空气输送管道的进气端与空气压缩气瓶1相连，出气端设置有气体分布器8，气体分布器8位于反应釜7的釜底，压力表2和流量计3沿空气输送方向顺序设置在空气输送管道上。

在本实施例中，气体分布器8的结构如图2所示，管状结构，一端设置有螺纹接口12，内部中空，表面分布有孔径为0.3～0.6mm的孔13。

在本实施例中，反应釜7为密闭反应釜，其上设置有沥青烟出口，容积为1L；搅拌装置4和温度检测装置5固定在反应釜7上，用于对反应釜7内的物料进行搅拌和温度检测，搅拌装置4具体为电动搅拌器，温度检测装置5具体为热电偶。

在本实施例中，加热装置6用于对反应釜7进行加热，具体为油浴锅；加热装置6的TIC控制单元与温度检测装置5相连。

在本实施例中，反应釜7的沥青烟出口连接有三通阀，三通阀的两个出气口分别与无机气相成分检测装置11以及有机化合物吸附装置9相连接；无机气相成分检测装置11具体为紫外差分气体检测仪，有机化合物吸附装置9具体为装填有活性炭的玻璃管。

在本实施例中，尾气吸收装置10的进气口与有机化合物吸附装置9的出气口相连，尾气吸收装置10中添加的吸收剂为乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、甲基二乙醇胺中的一种或多种。

在本实施例中，有机成分检测装置具体为气相色谱仪。

实施例2

沥青烟模拟发生和检测方法

利用实施例1提供的系统对三组沥青样品(1#、2#、3#)进行沥青烟的模拟发生和检测，具体步骤包括：

1)取热沥青500mL加入密闭反应釜中，打开搅拌器开关，控制搅拌速率500rad/s，打开油浴锅，设定温度160℃。

2)沥青温度升至160℃后，打开空气压缩气瓶，调整减压阀，并通过流量计控制空气流速至200mL/min。

3)为了消除管线中空气的影响，空气通入1min后再开始采样检测。调整三通阀，使沥青烟气进入紫外差分气体分析仪，取样时间为3min，计算取样时间区间内组分的平均浓度，结果表1所示。再次调整三通阀，使沥青烟气进入活性炭玻璃管，采用吸附法采集沥青烟中的有机化合物，进一步的采用解析法将吸附的组分分离，采用气相色谱仪分析有机化合物组成，并计算VOCs含量，结果如表2所示。

表1沥青烟采用紫外差分气体分析仪检测结果

样品	1#	2#	3#
				CO，mg/m<sup>3</sup>	0	0	0
H<sub>2</sub>S，mg/m<sup>3</sup>	297	86	332
				SO<sub>2</sub>，mg/m<sup>3</sup>	26	12	8
NO，mg/m<sup>3</sup>	2	0	3
				NO<sub>X</sub>，mg/m<sup>3</sup>	8	1	1

表2沥青烟采用气相色谱检测结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种沥青烟的模拟发生设备，包括：

反应釜，所述反应釜内设置有搅拌装置和温度检测装置，所述反应釜上设置有沥青烟出口；

用于对所述反应釜进行加热的加热装置；

和空气输送管道，所述空气输送管道的进气端位于所述反应釜外；所述空气输送管道的出气端设置有气体分布器，且位于所述反应釜的釜底。

2.根据权利要求1所述的模拟发生设备，其特征在于，所述气体分布器为中空结构，其表面分布有孔。

3.根据权利要求2所述的模拟发生设备，其特征在于，所述孔的孔径为0.075～1.18mm。

4.根据权利要求1所述的模拟发生设备，其特征在于，还包括空气压缩气瓶；所述空气压缩气瓶的出气口与所述空气输送管道的进气端相连。

5.一种沥青烟的模拟发生和检测系统，包括：

权利要求1～4任一项所述的沥青烟的模拟发生设备；

与所述反应釜的沥青烟出口相连接的无机气相成分检测装置；

与所述反应釜的沥青烟出口相连接的有机化合物吸附装置；

和用于对所述有机化合物吸附装置中吸附的有机化合物进行检测的有机成分检测装置。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述无机气相成分检测装置为紫外差分气体分析仪；

所述有机化合物吸附装置中装填的吸附剂为活性炭；

所述有机成分检测装置为气相色谱仪。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括尾气吸收装置，所述尾气吸收装置的进气口与所述有机化合物吸附装置的出气口相连。

8.一种沥青烟的模拟发生和检测方法，包括以下步骤：

a)将沥青加入到权利要求1～4任一项所述的沥青烟的模拟发生设备的反应釜内，启动所述搅拌装置和所述加热装置，并通过所述温度检测装置对沥青的温度进行监测；

b)待所述沥青的温度升至设定温度后，向所述空气输送管道内通空气，所述空气在加热条件下与沥青接触反应生成沥青烟，生成的沥青烟在空气的携带下从所述沥青烟出口排出；

c)对所述沥青烟出口排出的气体进行成分检测，得到检测结果。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述沥青的搅拌速率为100～1000rad/s；所述设定温度为100～200℃；所述沥青的体积与所述空气的流速的比为5mL：(1～10)mL/min。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤c)具体包括：

c1)对所述沥青烟出口排出的气体进行无机气相成分检测，得到沥青烟中无机气相成分的检测结果；

c2)对所述沥青烟出口排出的气体中的有机成分进行吸附富集，之后对吸附富集的有机成分进行分离，并对分离得到的有机成分进行检测，得到沥青烟中有机化合物成分的检测结果；

所述步骤c1)和c2)没有先后顺序。