一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统及方法与流程

1.本发明涉及烟气中气体含量测量技术领域，具体涉及一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统及方法。


背景技术：

2.为保护气候，减缓全球变暖，需连续测定固定污染源烟气中co2的含量。现有多种测量污染源烟气中co2含量的方法，具体包括非分散红外法、分光光度法、容量滴定法、傅里叶变换红外光谱法、可调谐半导体激光吸收光谱法和气相色谱法。但基于以上方法，目前暂无二氧化碳含量在线监测设备。同时，现有的分光光度法测量固定污染源烟气中co2的含量，需人工配置吸收液，手动进行样品采集，做好样品保存流转，最后进行实验室分析，实现精准测量，但在实际操作过程中测试结果不具备时效性，无法实现固定污染源烟气中co2含量的连续精准测量，且对于大批量样本分析测定具有一定制约性，增加了固定污染源 co2治理的不确定性。
3.专利公开号cn213516856u，公开了林业生态环境的大气实时监测装置和专利公开号cn213181259u，公开了一种海洋二氧化碳分压原位检测装置，其中都包含分光光度计和采样单元，但它们都不涉及固定污染源烟气和二氧化碳选择性渗透，采样分析时效性较差。
4.因此，亟需一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统及方法。


技术实现要素：

5.本发明为解决现有技术中缺乏测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的在线监测设备，以及采用传统方法测定固定污染源烟气中二氧化碳含量时效性差的问题，提供了一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统及方法。
6.本发明为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统，该系统包括吸收池和吸收容器；
7.所述吸收池的内顶部设置有雾化器，所述雾化器的一输入端通过吸收液输送设备与吸收液池连接，另一输入端通过循环设备与所述吸收池的内底部连接，所述吸收池的一侧连接有样品气输送设备，所述吸收池的一侧与所述吸收容器之间连接有转送设备，所述吸收容器内贯穿设置有密封管，所述密封管与所述吸收容器连接的两端为透明窗口，所述透明窗口处设置有分光光度计，所述密封管内装有电解质溶液和指示剂，所述吸收容器的内部设置有测温元件；
8.其中，所述密封管的材质为二氧化碳选择性渗透膜。
9.优选地，所述二氧化碳选择性渗透膜为含有聚四氟乙烯或聚乙烯的半渗透膜。
10.优选地，所述吸收液输送设备包括输送管和输送泵；
11.所述输送泵的输入端和输出端通过输送管分别与所述吸收液池的输出端和所述雾化器的一输入端连接。
12.优选地，所述循环设备包括循环管和循环泵；
13.所述循环泵的输入端和输出端通过循环管分别与所述吸收池的内底部和所述雾化器的另一输入端连接。
14.优选地，所述转送设备包括转送管和转送泵；
15.所述转送泵的输入端和输出端通过转送管分别与所述吸收池靠近底部的一侧和所述吸收容器连接。
16.优选地，所述样品气输送设备包括样品气输送管、样品气输送泵和取样装置；
17.所述样品气输送泵的输入端和输出端通过样品气输送管分别与所述取样装置的输出端和所述吸收池的一侧连接。
18.优选地，所述取样装置包括依次连接的取样设备、粉尘过滤设备和冷凝设备；
19.所述冷凝设备的一端通过所述样品气输送管与所述样品气输送泵的输入端连接。
20.优选地，还包括定时设备，用于控制所述吸收液输送设备、所述循环设备和所述样品气输送设备以设定时间开启或关闭。
21.本发明为了实现上述目的，本发明第二方面提供了一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的方法，该方法使用所述测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统实施，该方法包括以下步骤：
22.s1、采用所述样品气输送设备获取含有二氧化碳的样品气，并将获取到的含有二氧化碳的样品气向所述吸收池内输送以替换掉所述吸收池内原有的气体，当所述吸收池内的气体被替换完成时，关闭所述样品气输送设备；
23.s2、采用所述吸收液输送设备将所述吸收液池内一定量的吸收液输送至所述雾化器进行喷淋，并在输送完成后关闭所述吸收液输送设备；
24.s3、采用所述循环设备将所述吸收池内的液体循环输送至所述雾化器进行喷淋以获得待测液体，并在循环喷淋完成后关闭所述循环设备；
25.s4、采用所述转送设备将所述吸收池内的待测液体转送至所述吸收容器内，并在转送完成后关闭所述转送设备，其中，待测液体中的离子渗入所述密封管内并与其中的电解质溶液混合，混合后的电解质溶液的ph值发生改变，在指示剂的作用下显色；
26.s5、采用所述分光光度计对所述密封管内混合后的电解质溶液的吸光度进行测定，并基于吸光度和温度计算二氧化碳的浓度。
27.优选地，所述吸收液和所述电解质溶液均为碳酸氢钾溶液或碳酸氢钠溶液，所述指示剂为酚红；
28.所述分光光度计对所述密封管内混合后的电解质溶液的吸光度进行测定时的波长为555nm。
29.根据上述技术方案，基于该系统通过所述样品气输送设备获取含有二氧化碳，并将获取到的含有二氧化碳的样品气向所述吸收池内输送以替换掉所述吸收池内原有的气体，通过所述吸收液输送设备将所述吸收液池内一定量的吸收液输送至所述雾化器进行喷淋，以及所述循环设备将所述吸收池内的液体循环输送至所述雾化器进行喷淋以获得待测液体，再通过所述转送设备将所述吸收池内的待测液体转送至所述吸收容器内，其中，待测液体中的离子渗入所述密封管内并与其中的电解质溶液混合，混合后的电解质溶液的 ph值发生改变，在指示剂的作用下显色，最后通过所述分光光度计对所述密封管内混合后的电解质溶液的吸光度进行测定，并基于吸光度和温度计算二氧化碳的浓度。实现了根据需
要对固定污染源烟气中二氧化碳含量的连续准确测定，具有操作简单、成本低的优点。
附图说明
30.图1是测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统的结构示意图；
31.图2是测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的方法的流程图。
32.附图标记说明
33.吸收池1；雾化器2；样品气输送管3；样品气输送泵4；取样装置5；
34.输送管6；输送泵7；吸收液池8；循环管9；循环泵10；转送管11；
35.转送泵12；吸收容器13；密封管14；透明窗口15；光源16；
36.单色器17；光检测器18；测温元件19。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
38.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含、可能存在或添加一个或更多其他特征、单元、组件和/或其组合。
39.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.本发明第一方面提供了一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统，如图1所示，该测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统包括吸收池 1和吸收容器13；
41.所述吸收池1的内顶部设置有雾化器2，所述雾化器2的一输入端通过吸收液输送设备与吸收液池8连接，另一输入端通过循环设备与所述吸收池 1的内底部连接，所述吸收池1的一侧连接有样品气输送设备，所述吸收池 1的一侧与所述吸收容器13之间连接有转送设备，所述吸收容器13内贯穿设置有密封管14，所述密封管14与所述吸收容器13连接的两端为透明窗口 15，所述透明窗口15处设置有分光光度计，所述密封管14内装有电解质溶液和指示剂，所述吸收容器13的内部设置有测温元件19，所述密封管14 的材质为二氧化碳选择性渗透膜。其中，在所述吸收容器13的内部设置有测温元件19的原因在于大多数显色反应需要经过一定的时间才能完成，其长短与温度的高低有关，不同温度下的吸光度时间曲线不一致。优选地，所述的系统还包括显示器，用于显示所述测温元件19测量的温度值。
42.根据上述技术方案，基于该系统通过所述样品气输送设备获取含有二氧化碳，并将获取到的含有二氧化碳的样品气向所述吸收池内输送以替换掉所述吸收池内原有的气体，通过所述吸收液输送设备将所述吸收液池内一定量的吸收液输送至所述雾化器进行喷淋，以及所述循环设备将所述吸收池内的液体循环输送至所述雾化器进行喷淋以获得待测液体，再通过所述转送设备将所述吸收池内的待测液体转送至所述吸收容器内，其中，待测
液体中的离子渗入所述密封管内并与其中的电解质溶液混合，混合后的电解质溶液的 ph值发生改变，在指示剂的作用下显色，最后通过所述分光光度计对所述密封管内混合后的电解质溶液的吸光度进行测定，并基于吸光度和温度计算二氧化碳的浓度。实现了根据需要对固定污染源烟气中二氧化碳含量的连续准确测定，具有操作简单、成本低的优点。
43.在本发明所述的测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统中，还包括定时设备，用于控制所述吸收液输送设备、所述循环设备和所述样品气输送设备以设定时间开启或关闭，从而通过精确控制含有二氧化碳的样品气的通入量和吸收液的通入量以及循环喷淋的时间使吸收液充分吸收二氧化碳，以得到待测液体，进而实现对固定污染源烟气中二氧化碳的含量准确测定。
44.在本发明所述的测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统中，所述样品气输送设备包括样品气输送管3、样品气输送泵4和取样装置5，所述样品气输送泵4的输入端和输出端通过样品气输送管3分别与所述取样装置5 的输出端和所述吸收池1的一侧连接。在实际应用过程中，在所述样品气输送泵4的作用下，通过所述样品气输送管3将所述取样装置5中含有二氧化碳的样品气输送至所述吸收池1内。在具体的实施方式中，所述取样装置5 包括依次连接的取样设备、粉尘过滤设备和冷凝设备，所述冷凝设备的一端通过所述样品气输送管3与所述样品气输送泵4的输入端连接。在实际应用过程中，较佳地，为了保证对烟气中二氧化碳含量的准确测量，含有二氧化碳的样品气首先经由取样设备进行取样，接着送入粉尘过滤设备内进行过滤，以防止含有二氧化碳的样品气中掺杂的粉尘对测量结果造成影响，进一步再对过滤后的含有二氧化碳的样品气进行冷凝，从而使二氧化碳气体更好的被吸收液吸收。
45.在本发明所述的测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统中，所述吸收液输送设备包括输送管6和输送泵7；所述输送泵7的输入端和输出端通过输送管6分别与所述吸收液池8的输出端和所述雾化器2的一输入端连接。在实际应用过程中，在所述输送泵7的作用下，通过所述输送管6将所述吸收液池8内的吸收液输送至所述雾化器2的一输入端。其中，通过控制经由所述雾化器2通入所述吸收池1内的吸收液的量，以保证对二氧化碳进行有效吸收的同时，避免造成吸收液的浪费。在具体的实施方式中，所述循环设备包括循环管9和循环泵10；所述循环泵10的输入端和输出端通过循环管 9分别与所述吸收池1的内底部和所述雾化器2的另一输入端连接，以用于将所述吸收池1内底部的液体循环经由所述雾化器2进行喷淋，从而进一步与所述吸收液输送设备进行协同作用，进而在保证吸收液对二氧化碳气体进行有效吸收的同时，进一步避免造成吸收液的浪费。
46.在本发明所述的测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统中，所述转送设备包括转送管11和转送泵12；所述转送泵12的输入端和输出端通过转送管11分别与所述吸收池1靠近底部的一侧和所述吸收容器13连接。在实际应用过程中，在所述转送泵12的作用下，通过所述转送管11将所述吸收池1内的待测液体输送至所述吸收容器13内。
47.在本发明所述的测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统中，所述二氧化碳选择性渗透膜为含有聚四氟乙烯或聚乙烯的半渗透膜，从而使待测液体中的离子经由含有聚四氟乙烯或聚乙烯的半渗透膜渗入所述密封管14内，并与所述密封管14内的电解质溶液混合，混合后重新稳定的电解质溶液的 ph值发生改变，从而在指示剂的作用下使混合合重新稳定的电解质溶液显色，进而在显色后通过所述分光光度计对所述密封管14内混合后的电
解质溶液的吸光度进行测定，并基于吸光度和温度计算二氧化碳的浓度。其中，如图1所示，所述分光光度计包括光源16、单色器17和光检测器18，所述光源16和所述单色器17依次设置在所述密封管14一端的所述透明窗口15 处，所述光检测器18设置在所述密封管14另一端的所述透明窗口15处。具体地，在实际应用过程中，所述光源16发出一定强度的光，在所述单色器17的作用下被处理成单波长光(即555nm波长光)，接着单波长光穿过所述密封管14并在其另一端的所述透明窗口15透射出至所述光检测器18，所述光检测器18获取透射光的强度，而所述光检测器18获取的透射光的强度与所述光源16发出的光的强度的比值即为吸光度。所述二氧化碳选择性渗透膜可有效地双向通过待测液体中的离子，从而保证所述密封管14与所述吸收容器13内待测液体中的离子浓度一致。而基于吸光度和温度计算二氧化碳的浓度的机理为：在特定温度下，在入射光为平行单色光且垂直照射，吸光物质为均匀非散射体系，吸光质点之间无相互作用，辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象发生。吸光度与二氧化碳的浓度遵循朗伯-比尔定律，即物质对光吸收度有定量关系。依据朗伯-比尔定律在介质厚度确定的情况下其吸光度a与吸光物质的浓度c成正比，可建立二氧化碳浓度的标准曲线，具体计算式为：
[0048][0049]
其中，a为吸光度，i0为入射光强度，i
t
为投射光的强度，t为投射比，或透光度，k为系数，l为吸收介质收介质的厚度，c为吸光物质的浓度。
[0050]
根据不同浓度的二氧化碳标样建立的标准工作曲线，即可得出固定污染源中二氧化碳的浓度。
[0051]
本发明第二方面提供了一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的方法，如图2所示，该方法使用所述测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统实施，该方法包括以下步骤：
[0052]
s1、采用所述样品气输送设备获取含有二氧化碳的样品气，并将获取到的含有二氧化碳的样品气向所述吸收池1内输送以替换掉所述吸收池1内原有的气体，当所述吸收池1内的气体被替换完成时，关闭所述样品气输送设备；
[0053]
s2、采用所述吸收液输送设备将所述吸收液池8内一定量的吸收液输送至所述雾化器2进行喷淋，并在输送完成后关闭所述吸收液输送设备；
[0054]
s3、采用所述循环设备将所述吸收池1内的液体循环输送至所述雾化器 2进行喷淋以获得待测液体，并在循环喷淋完成后关闭所述循环设备；
[0055]
s4、采用所述转送设备将所述吸收池1内的待测液体转送至所述吸收容器13内，并在转送完成后关闭所述转送设备，其中，待测液体中的离子渗入所述密封管14内并与其中的电解质溶液混合，混合后的电解质溶液的ph 值发生改变，在指示剂的作用下显色；
[0056]
s5、采用所述分光光度计对所述密封管14内混合后的电解质溶液的吸光度进行测定，并基于吸光度和温度计算二氧化碳的浓度。
[0057]
在本发明所述的测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的方法中，所述吸收液和所述电解质溶液均为碳酸氢钾溶液或碳酸氢钠溶液，所述指示剂为酚红。具体地，当混合后的所述电解质溶液的ph值发生改变时，酚红使混合后的所述电解质溶液显色。在具体的实施方式中，所述分光光度计对所述密封管14内混合后的电解质溶液的吸光度进行测定时的波
长为555nm。
[0058]
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0059]
实施例1
[0060]
如图1所示，一种测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统，该系统包括吸收池1和吸收容器13；
[0061]
所述吸收池1的内顶部设置有雾化器2，所述雾化器2的一输入端通过吸收液输送设备与吸收液池8连接，另一输入端通过循环设备与所述吸收池 1的内底部连接，所述吸收池1的一侧连接有样品气输送设备，所述吸收池 1的一侧与所述吸收容器13之间连接有转送设备，所述吸收容器13内贯穿设置有密封管14，所述密封管14与所述吸收容器13连接的两端为透明窗口 15，所述透明窗口15处设置有分光光度计，所述密封管14内装有电解质溶液和指示剂，所述吸收容器13的内部设置有测温元件19；其中，所述密封管14的材质为二氧化碳选择性渗透膜。所述二氧化碳选择性渗透膜为含有聚四氟乙烯的半渗透膜。
[0062]
所述吸收液输送设备包括输送管6和输送泵7；所述输送泵7的输入端和输出端通过输送管6分别与所述吸收液池8的输出端和所述雾化器2的一输入端连接。所述循环设备包括循环管9和循环泵10；所述循环泵10的输入端和输出端通过循环管9分别与所述吸收池1的内底部和所述雾化器2的另一输入端连接。所述转送设备包括转送管11和转送泵12；所述样品气输送设备包括样品气输送管3、样品气输送泵4和取样装置5；所述样品气输送泵4的输入端和输出端通过样品气输送管3分别与所述取样装置5的输出端和所述吸收池1的一侧连接。所述转送泵12的输入端和输出端通过转送管11分别与所述吸收池1靠近底部的一侧和所述吸收容器13连接。所述取样装置5包括依次连接的取样设备、粉尘过滤设备和冷凝设备；所述冷凝设备的一端通过所述样品气输送管3与所述样品气输送泵4的输入端连接。还包括定时设备，用于控制所述吸收液输送设备、所述循环设备和所述样品气输送设备以设定时间开启或关闭。其中，分光光度计包括光源16、单色器 17和光检测器18，光源16和单色器17依次设置在密封管14一端的透明窗口15处，光检测器18设置在密封管14另一端的透明窗口15处。吸收液和电解质溶液均为碳酸氢钠溶液，指示剂为酚红。
[0063]
其中，所述测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的方法为：首先，取样设备获取固定污染源烟气中含有二氧化碳的样品气，并将获取到的含有二氧化碳的样品气依次经由粉尘过滤设备和冷凝设备进行除尘和冷凝，并在样品气输送泵4的作用下，通过样品气输送管3将经冷凝处理后的含有二氧化碳的样品气输送至吸收池1内，以替换掉吸收池1内原有的气体，替换时间为 30s，30s后关闭样品气输送设备，接着，在输送泵7的作用下，通过输送管 6将吸收液池8内的吸收液输送至雾化器2对吸收池1内的二氧化碳进行吸收，输送时间为10s，10s后关闭输送泵7，接着，在循环泵10的作用下，通过循环管9将吸收池1内的液体循环输送至雾化器2进行喷淋，从而进一步对吸收池1内的二氧化碳进行吸收，以得到待测液体，循环时间为50s， 50s后关闭循环泵10，接着，在转送泵12的作用下，通过转送管11将吸收池1内的待测液体转送至吸收容器13内，并在转送完成后关闭转送泵12，其中，待测液体中的离子渗入密封管14内并与其中的电解质溶液混合，混合后的电解质溶液的ph值发生改变，在指示剂的作用下显色，最后，采用分光光度计以555nm的波长，对密封管14内混合后的电解质溶液的吸光度进行测定，并基于吸光度和温度计算二氧化碳的浓度。
[0064]
经检测，将基于本发明方法测定的二氧化碳浓度和实验室分光光度计法测定的二
氧化碳浓度结果对比可知，本发明测定的二氧化碳的浓度相比实验室分光光度计法测定的二氧化碳的浓度的平均误差率仅为0.38％，具有极高的应用前景。
[0065]
本发明提供的测定固定污染源烟气中二氧化碳含量的系统，通过所述样品气输送设备获取含有二氧化碳的样品气，并将获取到的含有二氧化碳的样品气向所述吸收池内输送以替换掉所述吸收池内原有的气体，通过所述吸收液输送设备将所述吸收液池内一定量的吸收液输送至所述雾化器进行喷淋，以及所述循环设备将所述吸收池内的液体循环输送至所述雾化器进行喷淋以获得待测液体，再通过所述转送设备将所述吸收池内的待测液体转送至所述吸收容器内，其中，待测液体中的离子渗入所述密封管内并与其中的电解质溶液混合，混合后的电解质溶液的ph值发生改变，在指示剂的作用下显色，最后通过所述分光光度计对所述密封管内混合后的电解质溶液的吸光度进行测定，并基于吸光度和温度计算二氧化碳的浓度。实现了根据需要对固定污染源烟气中二氧化碳含量的连续准确测定，具有操作简单、成本低的优点。
[0066]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。