CN220912767U - 沥青烟气富集及采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沥青烟气富集及采集装置，包括：加热单元，其为箱体结构且控温范围为25℃～200℃之间；烟气富集单元，其为金属容器结构且顶部设有可拆卸密封盖，该金属容器设置于箱体结构内并用于盛装先升温至流动状态而后完全冷却的沥青样品；恒压控制单元，其通过管路与金属容器连通，用于在烟气采集过程中保持金属容器内压力恒定；烟气采集单元，其通过管路与金属容器连通，并在管路上依次设置滤膜套筒组件以及设于真空箱内的气袋。本实用新型可在实验室内实现烟气的富集，沥青用量小且产烟量大；且可一次性高效收集沥青烟气中轻、重两种烟气组分。

Description

沥青烟气富集及采集装置

技术领域

本实用新型涉及道路沥青材料烟气检测技术领域，特别涉及一种沥青烟气富集及采集装置。

背景技术

沥青是道路施工过程中最重要的粘结材料。在生产施工的过程中，沥青会释放大量有毒有害刺激性的沥青烟气，对生态环境造成污染，并危害人体健康。因此，对沥青烟气的释放量进行测试是非常必要的。然而，现阶段尚未制定沥青烟气限制的相关标准，也缺乏统一的沥青烟气检测设备。

现有技术中存在有关沥青烟气检测的设施，例如中国发明专利申请CN105973742B公开了一种沥青中烟气含量的检测装置及其检测方法，检测装置包括蒸馏烧瓶，蒸馏烧瓶设置在油浴加热器中，蒸馏烧瓶上连接设有出气管，蒸馏烧瓶通过出气管与样品瓶相连接，样品瓶与活性炭管相连接，蒸馏烧瓶配有具塞堵头，在使用时耐热磁力转子通过颈口被投入蒸馏烧瓶内。该方案能够解决已有沥青烟气测试装置的测试温度范围窄、温控精度差、组成和操作复杂等问题。然而，该检测装置产生的沥青烟气易于吸附于烧瓶上造成实验结果误差，且烟气吸附部分也很难判断沥青烟气是否已经吸附饱和，影响测试结果。

另外，目前现有技术中的沥青烟气采样装置一般只能测试沥青烟气中颗粒物的含量，无法准确测定沥青烟气中挥发性有机物和含硫化合物的含量。

鉴于目前现有技术当中有关沥青烟气生成和采样装置存在的各种问题，亟需一种在实验室内可以有效产生和收集沥青烟气的设备，不仅沥青用量少、产烟量大，还可一次性高效收集沥青烟气中轻、重两种烟气组分，从而解决上述现有技术中的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种沥青烟气富集及采集装置，可在实验室内实现烟气的富集，沥青用量小且产烟量大；且可一次性高效收集沥青烟气中轻、重两种烟气组分。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种沥青烟气富集及采集装置，包括：加热单元，其为箱体结构且控温范围为25℃～200℃之间；烟气富集单元，其为金属容器结构且顶部设有可拆卸密封盖，该金属容器设置于箱体结构内并用于盛装先升温至流动状态而后完全冷却的沥青样品；恒压控制单元，其通过管路与金属容器连通，用于在烟气采集过程中保持金属容器内压力恒定；烟气采集单元，其通过管路与金属容器连通，并在管路上依次设置滤膜套筒组件以及设于真空箱内的气袋。

进一步，上述技术方案中，加热单元的箱体可以为高温烘箱、环境箱或高温试验箱，箱体内可设有用于承托所述金属容器的网状托盘，该网状托盘将金属容器承托于箱体的中心位置。

进一步，上述技术方案中，金属容器可以为圆柱体结构，圆柱体底面直径和高度可以为20cm～35cm；沥青样品质量不超过金属容器最大装载质量的10％。

进一步，上述技术方案中，烟气采集单元伸入金属容器中的第一管段长度小于恒压控制单元伸入金属容器的第二管段长度。

进一步，上述技术方案中，第二管段末端可位于金属容器的1/5高度处且高于沥青样品液面；第一管段末端可位于金属容器的4/5高度处。

进一步，上述技术方案中，烟气采集单元延伸至箱体外部的第三管段下游可依次设有第一球阀、用于采集烟气中重组分的滤膜套筒组件以及用于采集烟气中轻组分的气袋。

进一步，上述技术方案中，气袋可自带气阀，该气阀与烟气采集单元管路末端的不锈钢管段A连接，该不锈钢管段A设置在真空箱的接口处；真空箱通过PVDF管与气泵连通，用于为真空箱内提供负压，该PVDF管与真空箱的接口处设置不锈钢管段B。

进一步，上述技术方案中，不锈钢管段A与第一球阀之间的管路可采用PVDF管。

进一步，上述技术方案中，恒压控制单元延伸至箱体外部的第四管段上游可依次设有滤膜套筒、干燥套筒以及第二球阀。

进一步，上述技术方案中，滤膜套筒与第二球阀之间的管路可采用PVDF管。

进一步，上述技术方案中，第三管段和第一管段之间可通过一段PVDF管连接。第四管段和第二管段之间可通过一段PVDF管连接。

进一步，上述技术方案中，可拆卸密封盖可通过卡扣密封的方式与金属容器连接。

进一步，上述技术方案中，可拆卸密封盖上设有可密封的操纵孔，用于抽检金属容器中的沥青温度。

进一步，上述技术方案中，滤膜套筒组件可由3～5个PVDF滤膜套筒串联组成，PVDF滤膜套筒中装填疏水PVDF滤膜，用于过滤沥青烟气中大于1μm的液态颗粒状物质。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1)本实用新型的装置通过滤膜套筒组件和气袋的设置，可一次性高效收集沥青烟气中轻、重两种烟气组分；通过烟气富集单元中封闭的金属容器，使得试验用的沥青样品相对于现有开放式的烧瓶用量少、产烟量大，封闭的金属容器相对于烧瓶，可避免由设备气密性问题造成的试验结果误差；

2)本实用新型的烟气富集单元在沥青烟气富集的过程中整体处于高温氛围中(即整体均设于加热箱体内)，与传统在烧瓶中富集沥青烟气的方法相比，避免了烟气富集容器上下温度差，可以实现低容器吸附，进而避免了沥青烟吸附于容器壁导致的测试结果误差，使得烟气测试数据稳定性更好；

3)本实用新型的装置还可配合气相色谱、电化学检测仪等高端仪器对沥青烟气中轻、重组分的种类及含量进行进一步的测试，为沥青烟气快速检测提供基础协助。

上述说明仅为本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本实用新型的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型沥青烟气富集及采集装置的结构示意图。

图2是本实用新型烟气富集单元中可拆卸密封盖的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-加热箱体，11-不锈钢网状托盘，2-金属容器，21-沥青样品，3-可拆卸密封盖，31-卡扣，32-操纵孔，33-耐热硅胶密封圈，41-第一管段，42-第二管段，43-第三管段，44-第四管段，51-第一PVDF管，52-第二PVDF管，53-第三PVDF管，54-第四PVDF管，55-第五PVDF管，61-第一球阀，62-第二球阀，7-真空箱，711-不锈钢管A，712-不锈钢管B，72-气袋，81-PVDF滤膜套筒组件，82-PVDF滤膜套筒，9-干燥套筒，10-气泵。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1所示，本实用新型提供了一种沥青烟气富集及采集装置，包括加热单元、烟气富集单元、恒压控制单元以及烟气采集单元。其中，加热单元为箱体结构(即箱体1)且控温范围为25℃～200℃之间；烟气富集单元为金属容器结构(即金属容器2，为沥青烟气富集釜)且顶部设有可拆卸密封盖3，金属容器2设置于箱体1内并用于盛装先升温至流动状态而后完全冷却的沥青样品；恒压控制单元通过管路与金属容器连通，用于在烟气采集过程中保持金属容器2内压力恒定；烟气采集单元通过管路与金属容器2连通，并在管路上依次设置滤膜套筒组件81以及设于真空箱7内的气袋72。本实用新型的装置通过滤膜套筒组件和气袋的设置，可一次性高效收集沥青烟气中轻、重两种烟气组分；通过烟气富集单元中封闭的金属容器，使得试验用的沥青样品相对于现有开放式的烧瓶用量少、产烟量大，封闭的金属容器相对于烧瓶，可以实现低容器吸附，使得烟气测试数据稳定性更好。本实用新型的装置还可配合气相色谱、电化学检测仪等高端仪器对沥青烟气中轻、重组分的种类及含量进行进一步的测试，为沥青烟气快速检测提供基础协助。

进一步如图1所示，加热单元的箱体1为高温烘箱、环境箱或高温试验箱等可准确控制体系内温度的箱体结构，箱体内尺寸长、宽、高均在50cm～120cm之间，优选的长、宽、高为100cm*100cm*100cm。加热箱体1内设有用于承托金属容器2的不锈钢网状托盘11，不锈钢网状托盘11可将金属容器2承托于加热箱体1的中心位置。加热箱体1上至少开设一个操作孔(图中未示出)，以便对加热箱体1内温度和金属容器2中的沥青温度进行抽检。

进一步如图1所示，烟气富集单元由金属容器2和可拆卸密封盖3组成。金属容器2可以采用圆柱体结构，圆柱体底面直径和高度可均为20cm～35cm；采用本实用新型的封闭式金属容器2进行沥青烟气收集，沥青样品质量不超过金属容器最大装载质量的10％即可完成烟气的测试，可大大减少沥青样品的用量，且保证测试结果的准确性。金属容器2的材质优选采用304不锈钢；底面直径在20cm～35cm之间，优选为25cm；高度也在20cm～35cm之间，优选为25cm；壁厚在0.5～1.5cm之间，优选为0.8cm。可拆卸密封盖3下端边缘可设置0.3～0.8cm深的凹槽，优选为0.5cm，凹槽宽度为0.5～1.5cm，优选为0.8cm，凹槽嵌入耐热硅橡胶圈33(参考图2)，其尺寸与凹槽匹配。可拆卸密封盖3上端边缘设有三个排列夹角为120°的卡扣31，卡扣31可与圆柱型金属容器2对接，使金属容器2与可拆卸密封盖3紧密接合。可拆卸密封盖3圆心处设有一可密封的操纵孔32(参考图2)，孔直径优选为10mm，用于抽检金属容器2中的沥青温度。

进一步如图1所示，烟气采集单元和恒压控制单元均通过相应管路穿设加热箱体1并伸入到金属容器2中。烟气采集单元伸入金属容器2中的第一管段41的长度小于恒压控制单元伸入金属容器2的第二管段42的长度。进一步地，优选而非限制性地，第二管段42末端位于金属容器2的1/5高度处且高于加热后的待测沥青样品液面；第一管段末端则位于金属容器的4/5高度处。通过这样高度差设置，在保证进出气压力平衡的前提下，可避免恒压控制单元进入的空气不会从第二管段42末端直接进入烟气采集单元的第一管段41，造成气体短路，可以有效提高金属容器2中沥青烟气的采集效率和采集量。进一步地，第一管段41和第二管段42从金属容器2外部探出长度相同，均不大于10cm，优选为5cm。

进一步如图1所示，烟气采集单元延伸至加热箱体1外部的第三管段43下游依次设有第一球阀61、用于采集烟气中重组分的前述滤膜套筒组件81以及用于采集烟气中轻组分的气袋72。优选而非限制性地，第三管段43和第一管段41均采用不锈钢管，两段管之间通过第一PVDF管51连接，第一PVDF管51长度在10cm～40cm之间，优选为20cm，避免管路受热变形引起的装置不稳定性。进一步地，滤膜套筒组件81可由3～5个PVDF滤膜套筒串联组成，PVDF滤膜套筒中装填疏水PVDF滤膜，用于过滤沥青烟气中大于1μm的液态颗粒状物质(也即沥青烟气中的重组分)。滤膜套筒组件81至气袋72之间的管路采用第三PVDF管53，其中，PVDF滤膜套筒组件81进气口与第一球阀61间的PVDF管长度小于2cm。气袋72自带气阀，该气阀与烟气采集单元管路末端的不锈钢管段A711连接，该不锈钢管段A711设置在真空箱7的接口处，此处使用硬管便于真空箱的密封，与图1中的不锈钢管段B712用于取气及平衡气压，二者在烟气采集真空箱7内外两侧长度均为2cm。气袋72的材质可以为Tedlar，容积大于3L，优选为5L。另外，真空箱7通过第五PVDF管55与气泵10连通，用于为真空箱7内提供负压，该第五PVDF管55与真空箱7的接口处设置同样便于密封的不锈钢管段B712，与前述不锈钢管段A711用于取气及平衡气压。真空箱7可以为长方体，其材质可采用亚克力，长、宽、高大于30cm，优选的长、宽、高为40cm*30cm*30cm，该真空箱7有一可开启顶盖，可用于安装气袋72，该顶盖关闭后可保证真空箱7内密闭。气泵10可采用恒流气体采样泵，流量控制范围在0.2L/min～2L/min之间。

进一步如图1所示，恒压控制单元延伸至加热箱体1外部的第四管段44上游依次设有滤膜套筒82、干燥套筒9以及第二球阀62。滤膜套筒82与第二球阀62之间的管路采用第四PVDF管54。优选而非限制性地，第四管段44和第二管段42均采用不锈钢管，两段管之间通过第二PVDF管52连接，第二PVDF管52长度在10cm～40cm之间，优选为20cm，避免管路受热变形引起的装置不稳定性。进一步地，滤膜套筒82中装填疏水PVDF滤膜，直径在1cm～10cm之间，优选为5cm；滤膜孔径小于0.5μm，优选为0.1μm。干燥套筒9材质为亚克力，套筒底部直径大于3cm，优选为4cm。套筒长度大于10cm，优选为15cm，套筒内部可装填变色硅胶干燥剂。

进一步如图1所示，前述第一管段41、第二管段42、第三管段43以及第四管段44等均为不锈钢管且型号相同，材质均可选用304不锈钢，内径在5mm-20mm之间，优选为8mm。前述第一PVDF管51、第二PVDF管52、第三PVDF管53、第四PVDF管54以及第五PVDF管55等型号均相同，内径在10mm-30mm之间，优选为15mm。

实施例1

本实施例采用的基质沥青为中国石化东海牌70号A级沥青。对轻组分沥青烟气检测所使用的仪器如下表1所示：

表1沥青烟气检测仪器

下面将使用本实用新型的前述装置进行沥青烟气的富集和采集过程的实施例1详细说明如下(加热箱体1采用高温试验箱)：

1)用压缩空气清洗各个管路后，开启高温试验箱，高温试验箱的长、宽、高为100cm*100cm*100cm。使试验箱温升至163℃后(如采用改姓沥青，则升至183℃)，恒温30min；

2)将待测沥青样品升温至流动状态，随后将500g的沥青样品倒入金属容器2中，随后在室温条件下静置5h以上至沥青完全冷却。随后将可拆卸密封盖3覆盖在金属容器2上，合上卡扣，使金属容器2与可拆卸密封盖3紧密接合以组成本实用新型的烟气富集单元。可拆卸密封盖3的直径为25cm，厚度为0.8cm，金属容器2的底面直径及高均为25cm，壁厚为0.8cm；

3)将沥青加热，使其温度升至163℃；

4)将烟气富集单元移入高温试验箱后，使用第一PVDF管51及第二PVDF管52将第一管段41及第二管段42与第三管段43及第四管段44连接。第一管段41和第二管段42的外部探出长度均为5cm，第一管段41下端伸入金属容器2的长度为5cm，第二管段42下端伸入金属容器2的长度为20cm；

5)进一步对整套装置的密闭性进行检测：将烟气采集单元从第一球阀61处断开，使用另外一根PVDF管与第一球阀61连接，并将另一端插入水中，进一步使用气吹在恒压控制单元的上游吸气，当第一球阀61连接的PVDF管中水柱平稳不下落证明装置密闭性良好；

6)将烟气采集单元与第一球阀61重新连接，并关闭第一球阀61、第二球阀62，开始沥青烟气富集，富集的时间为4h(富集时间可以根据需要在2h至8h之间调整)；

7)将全新并称重后的疏水PVDF滤膜装入PVDF滤膜套筒组件81中，同时将全新的气袋72与不锈钢管A711连接，打开气袋自带气阀后锁紧真空箱7，随后打开第一球阀61。PVDF滤膜的直径为5cm，孔径为1μm；

8)打开气泵10，以1L/min的流速进行吸气，吸气10s后打开第二球阀62，持续吸气至仪表显示吸气体积为2L后关闭气泵10，10s后关闭第一球阀61，打开真空箱7，关闭气袋自带气阀后取出气袋及疏水PVDF滤膜；

9)将疏水PVDF滤膜在干燥箱中干燥约2h后进行称重，通过疏水PVDF滤膜增重质量评估沥青烟气中重组分含量；

10)使用气相色谱、便携式烟气检测仪等仪器对气袋中沥青烟气进行测试，以评估沥青烟气中轻组分含量。

表2沥青烟气测试数据

参考表2，在相同条件下使用同种沥青进行三次平行测试，所得数据如表所示。由数据可知，使用本实用新型的装置对沥青烟气中的有害物质进行富集、采集并通过前述方式测试得到的数据稳定性较好。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (15)

1.一种沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，包括：

加热单元，其为箱体结构且控温范围为25℃～200℃之间；

烟气富集单元，其为金属容器结构且顶部设有可拆卸密封盖，该金属容器设置于所述箱体结构内并用于盛装先升温至流动状态而后完全冷却的沥青样品；

恒压控制单元，其通过管路与所述金属容器连通，用于在烟气采集过程中保持所述金属容器内压力恒定；

烟气采集单元，其通过管路与所述金属容器连通，并在管路上依次设置滤膜套筒组件以及设于真空箱内的气袋。

2.根据权利要求1所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述加热单元的箱体为高温烘箱、环境箱或高温试验箱，箱体内设有用于承托所述金属容器的网状托盘，该网状托盘将金属容器承托于所述箱体的中心位置。

3.根据权利要求1所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述金属容器为圆柱体结构，圆柱体底面直径和高度为20cm～35cm；所述沥青样品质量不超过所述金属容器最大装载质量的10％。

4.根据权利要求1所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述烟气采集单元伸入金属容器中的第一管段长度小于所述恒压控制单元伸入金属容器的第二管段长度。

5.根据权利要求4所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述第二管段末端位于金属容器的1/5高度处且高于沥青样品液面；所述第一管段末端位于金属容器的4/5高度处。

6.根据权利要求1所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述烟气采集单元延伸至所述箱体外部的第三管段下游依次设有第一球阀、用于采集烟气中重组分的所述滤膜套筒组件以及用于采集烟气中轻组分的所述气袋。

7.根据权利要求6所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述气袋自带气阀，该气阀与烟气采集单元管路末端的不锈钢管段A连接，该不锈钢管段A设置在所述真空箱的接口处；所述真空箱通过PVDF管与气泵连通，用于为真空箱内提供负压，该PVDF管与真空箱的接口处设置不锈钢管段B。

8.根据权利要求7所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述不锈钢管段A与第一球阀之间的管路采用PVDF管。

9.根据权利要求1所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述恒压控制单元延伸至所述箱体外部的第四管段上游依次设有滤膜套筒、干燥套筒以及第二球阀。

10.根据权利要求9所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述滤膜套筒与第二球阀之间的管路采用PVDF管。

11.根据权利要求6所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，第三管段和第一管段之间通过一段PVDF管连接。

12.根据权利要求9所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，第四管段和第二管段之间通过一段PVDF管连接。

13.根据权利要求1所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述可拆卸密封盖通过卡扣密封的方式与所述金属容器连接。

14.根据权利要求1所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述可拆卸密封盖上设有可密封的操纵孔，用于抽检所述金属容器中的沥青温度。

15.根据权利要求1所述的沥青烟气富集及采集装置，其特征在于，所述滤膜套筒组件由3～5个PVDF滤膜套筒串联组成，PVDF滤膜套筒中装填疏水PVDF滤膜，用于过滤沥青烟气中大于1μm的液态颗粒状物质。