[发明专利]燃煤飞灰中碳黑颗粒与残焦的分离及定量测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭高效低污燃烧利用领域，尤其是涉及一种燃煤飞灰中碳黑颗粒与残焦的分离及定量测定方法。

背景技术

煤炭是众多能源中使用最为广泛的一种，例如在中国的电力生产中，大约有70%的电力由燃煤发电产生。随着社会经济的发展，中国能源消耗呈现逐年上升的趋势。

在实际的锅炉燃煤过程中，由于煤粉的不完全燃烧，会形成未燃碳（包括碳黑颗粒和残焦），并最终混杂在飞灰中，既造成了燃料的浪费，又会带来大气环境的污染。未燃碳中碳黑颗粒是一种由含碳氢的气体前驱体通过一系列的复杂反应形成的粒径极细的团聚状的富碳颗粒物，一般直径小于0.1微米。碳黑颗粒很难被传统的除尘装置所捕集，一旦排放到大气中，即成为大气PM_2.5的重要组成部分，会对环境和人体健康产生严重的影响。研究表明，碳黑具有强烈的吸光特性，是造成温室效应的第二大原因。另外，碳黑颗粒具有极强的表面活性，可以吸附大气中对人体健康有很大威胁的污染物，如致癌、致畸、致突变物质等。残焦是煤粉颗粒不完全燃烧而残留下来的含碳产物，一般具有多孔结构，直径大于1微米。燃煤飞灰中残焦的存在不仅会降低煤炭的转化效率，还会影响燃煤飞灰的使用性能，如在利用燃煤飞灰制作水泥时，含碳量较高会导致水泥强度下降，从而不满足工业生产要求。

传统的关于燃煤飞灰中碳黑颗粒和残焦的分离与定量方法鲜有报道。Paul等（Fuel，1987，66:210-215）报道了使用热重分析仪研究残焦的燃烧，实验中检测到碳黑颗粒的存在。但这种方法只有在碳黑颗粒的量比较大时，热重分析仪才能有比较明显的信号；当碳黑颗粒的量较少时，就不能检测到碳黑颗粒的信号。并且这种方法不能实现碳黑颗粒和残焦的物理分离和定量研究。另外，热重分析仪一般价格比较昂贵，大多在高等院校和科研机构中使用，对于燃煤电厂来说使用较少。Sadakata等（Combustion and Flame,1984,56:245-249）提出了首先使用Andersen颗粒物撞击器收集燃煤过程中的亚微米颗粒物（其中包括碳黑颗粒），然后使用元素分析仪检测亚微米颗粒物中碳、氢的含量从而确定碳黑颗粒的质量。这种方法对于实际燃煤电厂来说具有较大难度，因为其需要使用专门的采样仪对颗粒物进行等速采样，一方面Andersen颗粒物撞击器价格昂贵，另一方面采样过程非常复杂，人为误差较大，并且这种方法无法对飞灰中的残焦进行定量检测。

因此，为评估煤粉的燃烧效率、碳黑颗粒物对环境的影响以及燃煤飞灰的可利用性，非常有必要对燃煤飞灰中的碳黑颗粒和残焦进行有效分离和定量测定。

发明内容

基于此，有必要提供一种燃煤飞灰中碳黑颗粒与残焦的分离和定量测定方法。

一种燃煤飞灰中碳黑颗粒与残焦的分离方法，包括如下步骤：

对所述燃煤飞灰使用液体分散剂进行分散，并进行超声震荡，得到燃煤飞灰悬浊液；

静置所述燃煤飞灰悬浊液使所述残焦发生沉淀，从而所述碳黑颗粒与所述残焦在所述液体分散剂中出现分层，生成含有所述碳黑颗粒的上浮相及含有所述残焦的沉淀相；

分别收集所述上浮相及所述沉淀相，即实现对燃煤飞灰中碳黑颗粒与残焦的分离。

在其中一个实施例中，所述分离方法还包括再重复分离并分别提纯所述碳黑颗粒与所述残焦的步骤，所述再重复分离并分别提纯所述碳黑颗粒与所述残焦的步骤具体包括：向收集的所述沉淀相中继续添加所述液体分散剂，并分别对含有所述沉淀相的液体分散剂及前一步收集的上浮相依次进行超声震荡和静置处理，再分别收集静置后分层的上浮相和沉淀相。

在其中一个实施例中，所述再重复分离并分别提纯所述碳黑颗粒与所述残焦直至所述上浮相经超声震荡和静置处理后没有沉淀相出现为止。

在其中一个实施例中，所述液体分散剂为水、甲醇、乙醇及乙二醇中的至少一种液体。

在其中一个实施例中，所述超声震荡的功率为0.1～0.5kW。

上述燃煤飞灰中碳黑颗粒与残焦的分离方法能够对燃煤飞灰中碳黑颗粒和残焦进行有效的分离，从而可以实现在扫描电子显微镜下观察碳黑颗粒和残焦的形貌。

一种燃煤飞灰中碳黑颗粒与残焦的定量测定方法，包括如下步骤：

按照上述任一实施例所述的燃煤飞灰中碳黑颗粒与残焦的分离方法分离得到所述上浮相与所述沉淀相；

将所述上浮相与所述沉淀相分别添加到燃烧皿中，其中，用于盛装所述上浮相的所述燃烧皿的净质量记为m₁₀，用于盛装所述沉淀相的所述燃烧皿的净质量记为m₂₀；