CN205484187U

CN205484187U - 一种库仑测硫装置

Info

Publication number: CN205484187U
Application number: CN201620088273.0U
Authority: CN
Inventors: 胡彪; 张勇; 罗建明; 莫晓山; 熊知明; 周四清
Original assignee: HUNAN MEASUREMENT INSPECTION RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: HUNAN MEASUREMENT INSPECTION RESEARCH INSTITUTE; Hunan Institute of Metrology and Test
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2026-01-29

Abstract

本实用新型公开了一种库仑测硫装置，包括高温分解单元、储气单元、电解单元和后续处理单元；所述高温分解单元通过管路与所述存储单元储气单元连接，所述储气单元通过管路与所述电解单元连接，所述电解单元通过管路与所述后续处理单元连接。本实用新型在原有的库仑测硫装置上增加储气单元，对高温炉内燃烧分解生成的气体先进行存储，使气体中的SO₂均匀稀释后再通向电解单元，以平缓电解单元内的电解过程，避免由于SO₂释放不均匀导致的电解滴定控制困难的问题。实现高效、完全的电解滴定，既保证试样测试结果的重复性，又有利于拓宽测试量程范围，提高实验的准确度。

Description

一种库仑测硫装置

技术领域

本实用新型涉及可燃物质中含硫量的测量，尤其涉及一种库仑测硫装置。

背景技术

硫是煤、石油等可燃烧物质中最主要的有害成分，当可燃物质燃烧后，硫以硫氧化物如SO₂和SO₃的形式排放到空气中，造成大气和环境的污染。因此针对可燃物质中硫含量的检测是能源使用者、环境监测者等关注的焦点。现有的硫含量测试方法主要有艾士卡法、红外光谱法和库仑滴定法。其中艾士卡法为化学试剂分析方法，操作复杂，劳动强度大；红外光谱法的仪器成本高；而从仪器成本、操作难易程度、仪器计量特性等综合分析来看，库仑滴定法测定物质中的硫含量是最优的方式。目前，国内的煤炭硫含量测定95％以上采用库仑滴定法进行测定。

库仑滴定法通常采用库仑测硫装置来测定硫含量。请参阅图1，其是现有库仑测硫装置的结构示意图。现有的库仑测硫装置包括依次连接的高温分解单元1’、电解单元2’和后续处理单元3’。所述高温分解单元1’包括依次连接的净化管11’、第一抽气泵12’、第一流量计13’和高温炉14’；所述电解单元2’为一电解池；所述后续处理单元3’包括依次连接的干燥管31’、第二流量计32’和第二抽气泵33’。空气通过净化管11’净化后，由第一抽气泵12’抽入送到第一流量计13’中，由第一流量计13’指示送入高温炉14’的气体流量；在催化剂的作用下，待测样品在1150℃左右的高温炉14’内与空气中的氧气反应产生SO₂和少量的SO₃气体后，输送到电解池2’内；少量的SO₃在电解池2’内与H₂O反应生成H₂SO₄，而大量的SO₂与H₂O反应生成H₂SO₃，H₂SO₃再被电解液中的I₂(Br₂)氧化成H₂SO₄，导致电解液中的I₂(Br₂)减少，I^-(Br^-)增多，从而破坏电解液的电离平衡，使得电解池2’内的指示电极电位升高，进而使电解池2’的电解电极启动电解，并根据指示电极的电位高低，控制与之对应的电解电流与时间，使电解电极上生成的I₂(Br₂)与H₂SO₃消耗的量相等，从而使电解液重新回到平衡状态；电解后的气体通过干燥管31’干燥后流到第二流量计32’中，所述第二流量计32’指示通向第二抽气泵33’的气体流量，最后由第二抽气泵33’抽出。通过计算对电解产生的I₂(Br₂)所消耗的电量的积分，再根据法拉第电解定律计算即可获得待测样品中硫的含量。

现有的库仑测硫装置中，将燃烧后的气体直接抽入电解池中进行电解，并未考虑此时抽入的气体中SO₂的浓度，而由于样品燃烧的过程不一样，SO₂的释放也是不一样的，每次电解的反馈情况也会不一致，因此难以保证测试的重复性。另外，当测试硫含量比较高的可燃物质时，在燃烧过程中，可燃物迅速燃烧，陡然产生大量的SO₂气体，电解液不能短时间内溶解过量的SO₂气体，会导致部分SO₂气体未被氧化就被抽气泵抽走，致使测量出的样品中硫的含量偏低；同时，由于电解电流上限的限制，电解曲线不能实时反映高硫释放后的电解过程，还会导致电解过程滞后。此外，由于燃烧过程中产生的SO₂先是突增，之后又是陡降的，会导致电解系统难以及时反应，产生过电解。以上原因，导致目前国内大多库仑测硫装置硫含量测试范围难以真正突破10％。

实用新型内容

本实用新型在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种避免电解滞后、可保证实验结果的重复性、可拓宽测试范围、准确度高的库仑测硫装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种库仑测硫装置，包括高温分解单元、储气单元、电解单元和后续处理单元；所述高温分解单元通过管路与所述储气单元连接，所述储气单元通过管路与所述电解单元连接，所述电解单元通过管路与所述后续处理单元连接。

相比于现有技术，本实用新型在原有的库仑测硫装置上增加储气单元，对高温炉内燃烧分解生成的气体先进行存储，使气体中的SO₂均匀稀释后再通向电解单元，以平缓电解单元内的电解过程，避免由于气体中的SO₂浓度不均匀导致的电解滞后、电解过冲的问题。实现高效、完全的电解滴定，既保证试样测试结果的重复性，又有利于拓宽测试量程范围，提高实验的准确度。

进一步地，所述储气单元包括储气装置、第一通气支路和稳流装置；所述储气装置的进气端通过所述第一通气支路与所述高温分解单元连接，所述储气装置的出气端与所述稳流装置连接，并将所述储气装置内的气体输送到所述稳流装置；所述稳流装置通过控制气体流量大小将气体稳定输送到所述电解单元。

进一步地，所述储气装置包括储气罐、进气阀、出气阀、活塞和活塞驱动装置；所述进气阀设置在所述储气罐的进气端；所述出气阀设置在所述储气装置的出气端；所述活塞设置在储气罐内，所述活塞驱动装置驱动活塞在储气罐内上下移动以抽取高温分解单元分解的气体或将气体输送到所述稳流装置。

进一步地，所述稳流装置包括稳流腔体和楔形块；所述楔形块设置在所述稳流腔体内，并靠近所述稳流腔体的出气口处，且可随气流而摆动并堵住部分出气口。

进一步地，所述存储单元还包括第二通气支路和调节阀；所述第二通气支路并联在所述储气装置和稳流装置两端，所述高温分解单元燃烧分解生成的气体通过所述第二通气支路输送到所述电解单元；所述调节阀设置在所述第二通气支路内。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1是现有库仑测硫装置的结构示意图；

图2是本实用新型库仑测硫装置的结构示意图；

图3是实施例1中存储单元2的结构示意图；

图4是实施例1中稳流装置23的结构示意图；

图5是实施例2中存储单元的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图2，其是本实用新型库仑测硫装置的结构示意图。一种库仑测硫装置，包括高温分解单元1、储气单元2、电解单元3和后续处理单元4。所述高温分解单元1通过管路与所述储气单元2连接，所述储气单元2通过管路与所述电解单元3连接，所述电解单元3通过管路与所述后续处理单元4连接。所述高温分解单元1将分解生成的气体输送到所述储气单元2；所述储气单元2将气体存储并稀释后输送到所述电解单元3；所述电解单元3对气体部分吸收后，再将剩余气体输送到所述后续处理单元4。

所述高温分解单元1包括净化管11、第一抽气泵12、第一流量计13和高温炉14。所述净化管11与所述第一抽气泵12连接，所述第一抽气泵12通过所述第一流量计13与所述高温炉14连接。空气通过所述净化管11净化后，由所述第一抽气泵12抽出并输送到所述第一流量计13中，由所述第一流量计13指示送入所述高温炉14的气体含硫量；在催化剂的作用下，待测样品在1150℃左右的高温炉14内与空气中的氧气反应分解为SO₂和少量的SO₃气体后，输送到所述存储单元2内。

请参阅图3，其是实施例1中存储单元2的结构示意图。所述存储单元2包括储气装置21、第一通气支路22和稳流装置23。所述储气装置21的进气端通过所述第一通气支路22与所述高温分解单元1连接，所述储气装置21的出气端与所述稳流装置23连接，并将所述储气装置21内的气体输送到所述稳流装置23；所述稳流装置23通过控制气体流量大小将气体稳定输送到所述电解单元3，使气体得以在所述电解单元3内平缓参与电解反应。

所述储气装置21包括储气罐211、进气阀212、出气阀213、活塞214和活塞驱动装置(图中未示)。所述进气阀212设置在所述储气罐211的进气端；所述出气阀213设置在所述储气罐211的出气端；所述活塞214设置在储气罐211内，所述活塞驱动装置驱动活塞214在储气罐211内上下移动以抽取高温炉1分解的气体或将气体输送到所述稳流装置23。

请参阅图4，其是实施例1中稳流装置23的结构示意图。所述稳流装置23包括稳流腔体231和楔形块232。所述稳流腔体231的进气口2311与所述储气罐211的出气端连接，所述稳流腔体231的出气口2312与所述电解单元3连接。所述楔形块232设置在所述稳流腔体231内并靠近所述稳流腔体231的出气口2312处，且可随气流摆动并堵住部分出气口2312，以调节出气口2312大小，进而调节气体流量大小，从而控制进入电解单元3的气体流量。

所述电解单元3为一电解池。所述电解池内有一对铂金指示电极和一对铂金电解电极，并装有主要成分为KI和KBr的电解液。所述电解池的指示电极间的电位反映了电解液中I^-(Br^-)离子浓度变化，通过该电位控制电解电极上的电解电流与电解时间。从稳流装置23通入的少量SO₃直接在所述电解池内与水反应生成H₂SO₄；而大量的SO₂与水反应生成H₂SO₃，H₂SO₃再被电解液中的I₂(Br₂)氧化成H₂SO₄，导致电解液中的I₂(Br₂)减少，I^-(Br^-)增多，从而破坏电解液的电离平衡，使得电解池3内的指示电极电位升高，进而使得电解池3自动启动电解，并根据指示电极的电位高低，控制与之对应的电解电流与时间，使电解电极上生成的I₂(Br₂)与H₂SO₃消耗的量相等，从而使电解液重新回到平衡状态。

所述后续处理单元4包括干燥管41、第二流量计42和第二抽气泵43；所述干燥管41通过所述第二流量计42与所述第二抽气泵43连接。经所述电解池吸收后的剩余气体通过所述干燥管41干燥后，输送到所述第二流量计42中；所述第二流量计42指示通向所述第二抽气泵43的气体流量，最后由所述第二抽气泵43抽出。

使用时，打开所述储气装置的进气阀212，经所述高温炉14分解后的气体通过所述第一通气支路22先输入到所述储气罐211内；所述活塞驱动装置驱动所述活塞214在所述储气罐211内由下而上匀速运动，逐步把所述高温炉14分解产生的气体抽取到所述储气罐211内。待样品完全燃烧分解生成的气体全部被收集到所述储气罐211，并在所述储气罐211内稀释后，关闭所述储气装置的进气阀212，打开所述储气装置21的出气阀213，启动活塞驱动装置，将所述活塞214由上而下匀速运动，进而将稀释后的气体从所述储气罐211内压出并输送到所述稳流装置23内。所述稳流装置23内的楔形块232在所述稳流腔体231内根据气流量的大小而摆动，以堵住所述稳流腔体231的部分出气口2312，进而调节出气口2312的大小，从而调节气流量大小，使得稀释后的气体得以稳定输送到电解池内进行充分、均匀的平缓的电解反应。

相比于现有技术，本实用新型在原有的库仑测硫装置上增加储气装置，对高温炉内燃烧分解生成的气体先进行存储，使气体中的SO₂稀释后再通向电解单元，以平缓电解单元内的电解反应过程，避免由于SO₂释放不均匀导致的电解不及时，电解过冲等问题。进一步地，通过稳流装置，确保将稀释后的气体稳定输入到电解池内，使电解反应过程得到进一步地缓和，实现高效、完全的电解滴定，既保证试样测试结果的重复性，又有利于拓宽测试量程范围，提高实验的准确度。

实施例2

本实施例中的库仑测硫装置的结构与实施例1的结构大致相同，其区别仅在于：所述储气单元的不同。请参阅图5，其是实施例2中存储单元的结构示意图。所述储气单元包括储气装置21’、第一通气支路22’、稳流装置23’、第二通气支路24’和调节阀25’。所述高温炉通过所述第一通气支路22’与所述储气装置21’连接，所述储气装置21’通过所述稳流装置23’与所述电解单元连接；同时，所述高温炉还通过所述第二通气支路24’与所述电解单元连接，所述调节阀25’设置在所述第二通气支路24’内。待测样品在高温炉内分解产生的气体一部分通过所述第一通气支路22’输送到所述储气装置21’储存后，由稳流装置23’稳定输送到所述电解单元内，另外一部分气体通过所述第二通气支路24’直接通向所述电解单元。

所述储气装置21’包括储气罐211’、进气阀212’、出气阀213’、活塞214’和活塞驱动装置(图中未示)。所述进气阀212’设置在所述储气罐211’的进气端；所述出气阀213’设置在所述储气装置21’的出气端；所述活塞214’设置在储气罐211’内，所述活塞214’驱动装置驱动活塞214’在储气罐211’内上下移动以抽取高温炉分解的气体或将气体输送到所述稳流装置23’。所述稳流装置23’包括稳流腔体和楔形块(图中未示)。所述稳流腔体的进气口与所述储气罐211’的出气端连接，所述稳流腔体的出气口与所述电解单元连接。所述楔形块设置在所述稳流腔体内并靠近所述稳流腔体的出气口处，且可随气流摆动并堵住部分出气口，以调节出气口大小，进而调节气体流量大小，从而控制进入电解单元的气体流量。

所述第二通气支路24’并联设置在所述储气装置21’和稳流装置23’两端，所述高温炉燃烧分解生成的气体通过所述第二通气支路24’直接输送到所述电解单元内；所述调节阀25’设置在所述第二通气支路24’内。根据所述电解池内指示电极的电压与平衡电压的差值是否在预设值范围内，或关闭所述储气装置的进气阀212’、开启所述调节阀25’；或开启所述储气装置的进气阀212’、开启所述调节阀25’；或关闭所述调节阀25’、开启所述储气装置的进气阀212’。本实用新型中，还可根据所述电解单元中指示的电解电流或其他可以反应电解池电解情况，来控制所述储气装置的进气阀212’和调节阀25’的开度。

为更加智能的控制所述储气装置的进气阀212’和调节阀25’的开度，还包括一微处理器(图中未示)，所述微处理器与所述电解单元连接。所述微处理器上预设有电解电流值，所述微处理器根据电解反应达到高峰时，所述电解池内指示的电压与平衡电压的差值所决定的电解电流值是否处于电解电流预设值范围来预判试样中的硫含量，进而控制所述储气装置的进气阀212’和调节阀25’的开度。

具体的，通过所述微处理器分别开启所述储气装置的进气阀212’和调节阀25’，使所述高温炉产生的气体一部分通过所述第一通气支路22’输送到所述储气罐211’内存储，另外一部分通过所述第二通气支路24’输送到所述电解池内电解反应。当所述微处理器检测到所述电解池内指示的电压最高值比平衡电压高(0～150)mV时，定义硫含量处于低硫区段，此时测试样品为低硫样品；当所述微处理器检测到所述电解池内指示的电压最高值比平衡电压高(150～250)mV时，定义硫含量处于中硫区段，此时测试样品为中硫样品；当所述微处理器检测到所述电解池内指示的电压最高值比平衡电压高(250～350)mV时，定义硫含量处于高硫区段，此时测试样品为高硫样品。

当预判样品为低硫样品时，所述微处理器发送信号关闭所述储气装置的进气阀212’，停止所述储气装置的活塞驱动装置的运动，所述高温炉内分解产生的剩余气体全部通过所述第二通气支路24’直接输送到到所述电解池内。待所述第二通气支路24’内传送的气体全部电解反应完后；再打开所述储气装置的出气阀213’，将所述储气罐211’内存储的气体排放到所述电解池中。

当预判样品为中硫样品时，所述高温炉内产生的气体分成两路输送，一路通过所述第一通气支路22’存储到所述储气罐211’中，另外一路通过所述第二通气支路24’输送到所述电解池内进行电解。此时，所述活塞214’驱动装置驱动活塞214’由下而上匀速运动，该活塞214’运动的速度为实施例1中活塞214’运动速度的一半，进而将部分气体抽入储气罐211’中存储，避免大量气体涌入电解池内时，由于电解反应不及时，造成实验不准确。待电解池内的气体全部电解完后，再启动所述活塞214’驱动装置驱动活塞214’由上而下匀速运动，将所述储气罐211’中已存储的气体排放到所述电解池中，使高温炉内产生的气体得以充分电解反应。

当预判样品为高硫样品时，关闭所述调节阀25’。高温炉内产生的剩余的气体全部存储到所述储气罐211’中。此时，所述活塞驱动装置驱动活塞214’由下而上匀速运动，把气体抽入到所述储气罐211’中，待分解气体全部抽入到所述储气罐211’并稀释后，再排放到所述电解池中进行电解。

相比于现有技术，本实用新型根据试样中硫含量的情况，通过控制所述储气装置的进气阀和所述调节阀的开度，以调节进入电解池中SO₂的含量，使得电解反应能够平缓进行，提高了电解效率，保证了试样测试结果的重复性；可适用于硫含量高于10％的测试，拓宽了测试量程范围，提高了实验的准确度。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。

Claims

1.一种库仑测硫装置，其特征在于：包括高温分解单元、储气单元、电解单元和后续处理单元；所述高温分解单元通过管路与所述储气单元连接，所述储气单元通过管路与所述电解单元连接，所述电解单元通过管路与所述后续处理单元连接。

2.根据权利要求1所述的库仑测硫装置，其特征在于：所述储气单元包括储气装置、第一通气支路和稳流装置；所述储气装置的进气端通过所述第一通气支路与所述高温分解单元连接，所述储气装置的出气端与所述稳流装置连接，并将所述储气装置内的气体输送到所述稳流装置；所述稳流装置通过控制气体流量大小将气体稳定输送到所述电解单元。

3.根据权利要求2所述的库仑测硫装置，其特征在于：所述储气装置包括储气罐、进气阀、出气阀、活塞和活塞驱动装置；所述进气阀设置在所述储气罐的进气端；所述出气阀设置在所述储气装置的出气端；所述活塞设置在储气罐内，所述活塞驱动装置驱动活塞在储气罐内上下移动以抽取高温分解单元分解的气体或将气体输送到所述稳流装置。

4.根据权利要求2所述的库仑测硫装置，其特征在于：所述稳流装置包括稳流腔体和楔形块；所述楔形块设置在所述稳流腔体内，并靠近所述稳流腔体的出气口处，且可随气流而摆动并堵住部分出气口。

5.根据权利要求2-4中任一权利要求所述的库仑测硫装置，其特征在于：所述储气单元还包括第二通气支路和调节阀；所述第二通气支路并联在所述储气装置和稳流装置两端，所述高温分解单元燃烧分解生成的气体通过所述第二通气支路输送到所述电解单元；所述调节阀设置在所述第二通气支路内。

6.根据权利要求5所述的库仑测硫装置，其特征在于：所述高温分解单元包括净化管、第一抽气泵、第一流量计和高温炉；所述净化管与所述第一抽气泵连接，所述第一抽气泵通过所述第一流量计与所述高温炉连接。

7.根据权利要求6所述的库仑测硫装置，其特征在于：所述后续处理单元包括干燥管、第二流量计和第二抽气泵；所述干燥管通过所述第二流量计与所述第二抽气泵连接；经所述电解池吸收后的剩余气体通过所述干燥管干燥后，输送到所述第二流量计中；所述第二流量计指示通向所述第二抽气泵的气体流量，最后由所述第二抽气泵抽出。

8.根据权利要求7所述的库仑测硫装置，其特征在于：所述电解单元为一电解池。