一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量的快速测量方法技术

本发明专利技术提供一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法，包括如下步骤：S1：在线取样与快速灰化；S2：CO2纯化与进样；S3：超强电离质谱仪对CO2中的14C/12C进行快速测量；S4：生物质燃料碳含量的分析与数据反馈。本发明专利技术实现混合燃料中生物质燃料碳含量的快速测量，快速测量是指在线测量和准在线测量两种，在线测量是指：在燃料燃烧过程中直接提取燃烧后的产物样品(CO2、H2O等)，直接进样和直接测量，不需要有一个样品制备的过程。一般从取样到进样，再到给出测量结果，一般在2

【技术实现步骤摘要】
一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量的快速测量方法


[0001]本专利技术涉及一种质谱仪应用领域，具体涉及一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法。

技术介绍

[0002]人类的能源燃料包括：化石燃料、生物质燃料和核燃料。化石燃料是埋藏在地下不可再生能源的燃料资源，具体包括煤、石油、油页岩、天然气和油砂。生物质燃料泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料，是可再生能源，它可以部分代替或全部替代煤、汽油和柴油等不可再生能源，是能源开发利用的重要方向。生物质具体包括：植物、动物和微生物，其不同于石油、煤炭、核能等传统燃料，是新兴的燃料。核燃料核燃料(nuclear fuel)通过核反应堆中通过核裂变或核聚变产生实用核能的材料。
[0003]为了降低温室气体排放，要求在燃煤、燃油、燃气等燃料中必须添加一定比例或者全部采用生物质燃料，因为生物质燃料属于可再生能源。但是，如何从混合燃料中确定生物质燃料碳的比例是一个非常重要的、高难度的技术问题。
[0004]目前，最有效的方法是通过测量宇宙射线成因核素14C(其半衰期为5730年)来实现，因为在生物体内14C/12C的原子数比值是一个常数(约为1.2x10
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)，而化石燃料中则不存在14C。通过测量燃料燃烧时产生的CO2中14C/12C的原子数比值，就能够准确测定混合燃料中生物燃料碳的含量。
[0005]目前测量14C的方法只有液体闪烁探测和加速器质谱仪两种方法，在实际应用中这两种方法都存在一些问题。液体闪烁方法存在测量灵敏度低、测量速度慢和测量精度低等问题；加速器质谱方法存在仪器庞大、运行成本高、维护困难等。两种方法都不能够实现快速的在线测量。
[0006]为了解决上述两种方法存在的问题，满足快速、高精度、低成本和同时得到更多生物质燃料特征信息，故有必要提出一种新的质谱仪系统方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法，其克服液体闪烁探测方法和加速器质谱仪方法存在的测量速度慢和测量精度低等问题。
[0008]本专利技术提供一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法，包括如下步骤：
[0009]S1：在线取样与快速灰化；
[0010]混合燃料通过快速燃烧生成由CO2、H2O和无机残留物组成的燃料样品，直接提取混合燃料在燃烧过程中产生的燃料样品并送入步骤S2进行进样和测量；
[0011]S2：CO2纯化与进样；
[0012]对燃料样品进行纯化并提取CO2，接着把CO2送入到超强电离质谱仪的离子源中；
[0013]S3：超强电离质谱仪对CO2中的14C/12C和δ13C进行快速测量；
[0014]S4：生物质燃料碳含量的分析与数据反馈。
[0015]进一步地，针对步骤S1，快速燃烧是在纯净氧气环境下迅速点燃待测量的混合燃料，产生由CO2、H2O、杂气和残留物组成的燃料样品。
[0016]进一步地，针对步骤S1，在线取样是针对混合燃料在燃烧过程，直接提取烟囱中的CO2，经过增加气体压力，直接将CO2送入到步骤S2的纯化装置内并进行进样和测量。
[0017]进一步地，针对步骤S2，纯化是利用物理和化学方法去除H2O和N2其它杂气，将CO2送入到质谱仪的离子源进行电离。
[0018]进一步地，针对步骤S2，进样是通过一个能够控制CO2进样速度的部件，确定好速度后，通过载气将CO2送入到超强电离质谱仪的离子源中。
[0019]进一步地，对于步骤S4，将超强电离质谱仪测量出来的14C/12C数据进行在线计算就得到了燃料中生物质燃料碳的含量，具有采用如下公式(1)：
[0020]BC＝ (R
s
/R0)x 100％ (1)
[0021]式中，BC是混合燃料中生物燃料碳的百分含量，R0是纯生物燃料中14C/12C的测量值；R
s
为混合燃料中14C/12C的测量值。
[0022]本专利技术实现混合燃料中生物质燃料碳含量的快速测量，快速测量是指在线测量和准在线测量两种，在线测量是指：在燃料燃烧过程中直接提取燃烧后的产物样品(CO2、H2O等)，直接进样和直接测量，不需要有一个样品制备的过程。一般从取样到进样，再到给出测量结果，一般在2
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5分钟范围，并且能够连续取样连续测量；准在线测量是指：在燃料燃烧过程或燃烧前的燃料状态，通过快速取样，快速制样，快速进样和快速测量的过程。
附图说明
[0023]图1本专利技术的混合燃料中生物质燃料碳含量快速测量方法流程框图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]本专利技术公开一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法，本专利技术混合燃料为化石燃料和/或生物质燃料、或由化石燃料和生物质燃料进行混合的混合燃料。
[0026]本专利技术一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法，包括如下步骤：
[0027]S1：在线取样与快速灰化；
[0028]混合燃料通过快速燃烧生成由CO2、H2O和无机残留物组成的燃料样品，直接提取混合燃料在燃烧过程中产生的燃料样品并送入步骤S2进行进样和测量；
[0029]S2：CO2纯化与进样；
[0030]对燃料样品进行纯化并提取CO2，接着把CO2送入到超强电离质谱仪的离子源中；
[0031]S3：超强电离质谱仪对CO2中的14C/12C和δ13C进行快速测量；S4：生物质燃料碳含量的分析与数据反馈。
[0032]针对步骤S1，快速灰化是指将混合燃料(具体指固体、液体和气体燃料)通过快速燃烧生成CO2、H2O和无机残留物。
[0033]快速燃烧是在纯净氧气环境下迅速点燃待测量的混合燃料，产生由CO2、H2O、杂气和残留物组成的燃料样品。杂气存在于CO2中的少量的N2等，分别收集CO2、H2O、杂气和残留物形成的燃料样品以备进行提纯和进样。燃料样品的取样量一般控制在小于100毫克的一个小量，也使得燃烧速度加快。
[0034]针对步骤S1，CO2在线取样是为了直接测量燃料燃烧后产生的CO2中的14C/12C和δ13C等。
[0035]在线取样是针对混合燃料在燃烧过程(例如燃煤在发电过程中)，直接提取烟囱中的CO2，经过增加气体压力，直接将CO2送入到步骤S2的纯化装置内并进行进样和测量，步骤S1不需要一个专门的样品制备过程。
[0036]针对步骤S2，纯化是利用物理和化学方法去除H2O和N2等其它杂气，将CO2送入到质谱仪的离子源进行电离。纯化过程分为两步，第一步是排除H2O、N2和其它杂气。例如可以采用吸附CO2，然后再解析出CO2就可以排除H2O和N2等其它杂气。在吸附C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在线取样与快速灰化；混合燃料通过快速燃烧生成由CO2、H2O和无机残留物组成的燃料样品，直接提取混合燃料在燃烧过程中产生的燃料样品并送入步骤S2进行进样和测量；S2：CO2纯化与进样；对燃料样品进行纯化并提取CO2，接着把CO2送入到超强电离质谱仪的离子源中；S3：超强电离质谱仪对CO2中的14C/12C和δ13C进行快速测量；S4：生物质燃料碳含量的分析与数据反馈。2.根据权利要求1所述的用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法，其特征在于，针对步骤S1，快速燃烧是在纯净氧气环境下迅速点燃待测量的混合燃料，产生由CO2、H2O、杂气和残留物组成的燃料样品。3.根据权利要求1所述的用于混合燃料中生物质燃料的碳含量快速测量方法，其特征在于，针对步骤S1，在线取样是针对混合燃料在燃烧过程，直接提取烟囱中的CO2，经过增加气体压力，直接将CO2送入到步骤S2的纯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜山，
申请(专利权)人：启先核北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：