[发明专利]一种生物质燃料中碳氢氮元素含量的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质燃料中碳氢氮元素含量的测定方法。

背景技术

由于生物质具有环境友好和可再生的双重属性，生物质燃料被认为是最有潜力代替石油的资源，据统计我国生物质资源现存量6.74×10⁸t标准煤以上，被认为是世界上最为丰富的潜在可再生能源资源。生物质的基础性质，如元素分析指标，对生物质燃料收集、加工、给料中的应用以及对燃烧锅炉的选型都有着至关重要的影响。因此，对生物质燃料元素分析指标准确测定，具有理论和实践两方面的重要意义。与煤炭相比，固体生物质燃料，除掺合物和混合物的碳含量变化范围大（达85%～5%）、氢含量较低（1%～3%）外，其余种类的碳含量普遍在40%～55%范围内，与煤相比总体较低；氢含量范围为4%～6%，普遍高于煤；同时，我国煤炭氮含量平均值为0.98%，而生物质成型燃料中含氮量少于0.15%，低于煤炭。

目前，欧盟已发布了有关固体生物质燃料碳和氢含量测定方法的标准草案。但是，此标准草案只规定了碳、氢、氮测定的自动仪器法的总则，未给出详细的操作规程，该方法的准确度也有待进一步证明。针对成型的生物质燃料，美国也制定了ASTM等相关标准，但是归类比较分散，未成系统。我国对固体生物质燃料的检验方法基本上是参照煤炭检验方法，虽然两者均为固体燃料，但由于组成及结构上有一定差异，煤炭的检验方法不能完全适用于固体生物质燃料。其中，GB/T476中规定了煤中碳氢含量的测定采用三节炉法、二节炉法和半自动法；GB/T21923中规定了煤中氮含量的测定采用开氏法和蒸汽定氮法。上述经典方法操作复杂，测定效率较低，测定周期长且对从业人员要求较高，不易掌握，难以满足快速的测定需求。

另外，随着大量先进技术的出现，红外-热导联合法逐渐发展起来，该方法测定周期仅为5min-7min，且自动化程度高，能同时进行多组样品测定，测定准确度和效率较为理想，展现了良好的应用前景。然而现有的高温燃烧红外-热导是基于煤炭检测而设计，在实验室操作过程中的参数并不适宜生物质的检测，其测定结果的准确度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种生物质燃料中碳氢氮元素含量的测定方法，具有测定过程快速高效、测定结果准确度高、实施成本低的优点。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种生物质燃料中碳氢氮元素含量的测定方法，包括以下步骤：

步骤一，取样受测生物质燃料，并对受测样品进行称量获得样品质量；

步骤二，将受测样品用加热炉充分燃烧完全，其中，加热炉中设有用于去除CO₂、H₂、N₂和NO_x以外的燃烧产物的炉试剂；

步骤三，采集步骤二中受测样品燃烧产生的CO₂、H₂、N₂和NO_x，并将它们均匀混合成混合气体贮存在混气罐中；

步骤四，从混气罐中取样两份相同体积的混合气体样品，其中一份混合气体样品分别用CO₂红外检测池和H₂O红外检测池进行C和H的质量测定；另一份混合气体样品则由去除CO₂、H₂O后的高纯氦气携带，首先进入加热至750℃的内装铜丝的石英玻璃管把NO_x还原为N₂，然后经过碱石棉和高氯酸镁除去CO₂、H₂O，最后再进入热导池进行N的质量测定；

步骤五，结合步骤四中测定得出的C、H和N的质量，混合气体样品相对于混气罐中混合气体的体积占比，以及步骤一中获得的样品质量，分别计算出受测样品的全碳、全氢和全氮百分比含量C₀、H₀和N₀，其中，该全氮百分比含量N₀即为受测生物质燃料中的氮元素含量；

步骤六，测定受测生物质燃料的水分百分比含量M_ad，并按照下式计算得出受测生物质燃料中的氢元素含量H_ad：

H_ad＝H₀-0.1119M_ad，

式中，M_ad为受测样品中的水分百分比含量；