[发明专利]石墨化装置、采样制样系统以及采样制样方法

说明书

本发明提供了一种石墨化装置、采样制样系统以及采样制样方法，其中，具有储存烟气样品的样品管，烟气样品中的CO₂和CO在样品管内被还原为石墨，样品管设置有：进气口，供烟气样品通入样品管；以及排气口，供烟气样品自样品管排出；石墨化装置能够通过进气口和排气口的开闭实现洗气与采样，样品管储存的烟气样品中的CO₂和CO最终在正压环境下被转化为石墨。

技术领域

本发明涉及同位素检测领域，具体涉及一种石墨化装置、采样制样系统以及采样制样方法。

背景技术

随着社会的发展与人类生活水平的提高，导致了对供能的需求增加。在可持续发展，绿色发展的大背景下，随着化石能源的储量下降，对能源的供应又提出了新的要求。

生物质能是一种“碳中性”的可再生能源。生物质燃料直接入炉燃烧供电技术在国内已十分成熟。国外经验表明，利用现有燃煤锅炉混烧生物质，是更优的生物质能利用方式。这种燃烧方式不仅能提高生物质燃料的发电效率，还能节省下生物质直燃电站的基建的投资费用，是一种高效且环保的能源获取方法。

在该燃烧方式中，有时需要对于生物质的掺混比进行测量。作为测量方式，碳-14被广泛利用。碳-14(¹⁴C)是碳元素的一种具放射性的同位素，于1940年2月27日由加州大学伯克利分校放射性实验室的马丁·卡门和萨姆·鲁本发现。

碳-14通过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生。活体生物由于参与全球碳循环过程，其含有的碳-14的丰度往往与当时当地大气水平一致。化石能源由于上百万年来深埋于地底，所以其含有的碳-14几乎为零。因此通过测量混合燃烧煤与生物质的混燃电站的锅炉烟气中二氧化碳含有的碳-14丰度数据，就能知道该电站燃烧燃料中是否掺混了生物质燃料，以及掺混生物质燃料的比例。

基于碳-14同位素的放射性定年法最早被用于考古学和地质学研究中，是一种有效的生物成分鉴别方法。将碳-14法应用于生物质与煤混燃电站的检测与垃圾焚烧电站检测应用的情况不同，生物质燃料供应受季节变化和收集半径的影响，在国内，混燃电站掺混生物质的比例可能难以超过5％。在低掺混比时，加速器质谱法是最精确的碳-14丰度检测方法，样品需先被转化成石墨，才能进行测试。

在现有技术中，碳-14丰度的整个测量过程需要在混燃电站以及实验室分开进行，具体来说，收集步骤在混燃电站完成，利用碱性吸收剂来捕集烟气中的二氧化碳气体，与之相对，制样步骤则在专业碳-14实验室完成，接收到从混燃电站运送来的采集样品后，在实验室的高真空环境管路中进行制样(石墨样品制备)，之后进行上机测试，从而得到碳-14丰度的相关数据。这一采样制样流程不仅花费的时间长，而且捕集到的二氧化碳在碱性吸收剂捕集前后的保存期内还难免受到大气二氧化碳的污染，使得烟气样品碳-14丰度测试结果产生偏差。

发明内容

本发明针对上述技术问题而提出，目的在于使得采样制样简便快速，且测试结果准确度更高，根据本发明，能够快速且准确地测量出混燃电站的烟气样品中的碳-14的丰度，从而计算出生物质的掺混比。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种石墨化装置，具有储存烟气样品的样品管，烟气样品中的CO₂和CO在样品管内被还原为石墨，样品管设置有：进气口，供烟气样品通入样品管；以及排气口，供烟气样品自样品管排出；其中，石墨化装置能够通过进气口和排气口的开闭实现洗气与采样，样品管储存的烟气样品中的CO₂和CO最终在正压环境下被转化为石墨。

该技术方案中，石墨化装置能够供烟气样品直接通入而进行制样，并且通过进气口和排气口的设置与开闭配合而实现洗气和采样，并能够在正压环境下制样。具体地，当进气口和排气口均打开时，自进气口通入烟气样品，能够对样品管进行洗气，经洗气的样品管中空气或其它杂质气体成分被排除，减少了现代碳对石墨样的影响；当洗气完成后，关闭进气口和排气口以完成烟气样品的采样。