碳氢测定——燃烧吸收法

一、方法原理

一定量的煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸收剂吸收，由吸收剂的增量计算煤中碳和氢的含量。煤样中硫和氧对碳测定的干扰在三节炉中用铬酸铅和银丝卷消除，在二节炉中用高锰酸银热解产物消除。氢对碳测定的干扰用粒状二氧化锰消除。

二、试剂和材料

( D ：化学纯，粒度1 一Zmm ：或碱石灰：化学纯，粒度0 一Zmm 。( 2 ）无水氯化钙：分析纯，粒度2 一smm ；或：分析纯，粒度1 一3mm。

( 3 ）氧化铜：化学纯，线状（长约smm ）。

( 4 ）铬酸铅：分析纯，粒度1 一mm 。

( 5 ）银丝卷：丝直径约0 . 25mm。

( 6 ）铜丝卷：丝直径约0 . smm 。

( 7 ）氧气：99 . 9 % ，不含氢。氧气钢瓶上配用氧气吸入器。

( 8 ）三氧化钨：分析纯。

( 9 ）粒状二氧化锰：化学纯，市售或用硫酸锰和高锰酸钾制备。制法：称取259 硫酸锰，溶于soomL 蒸馏水中，另称取16 . 49 高锰酸钾，溶于300mL 蒸馏水中。两溶液分别加热到50 一60 ℃ ．在不断搅拌下将高锰酸钾溶液慢慢注入硫酸锰
水分（M . d )重复性

< 50 . 20

5 ? 10 0 . 30

> 100 . 40

溶液中，并加以剧烈搅拌。然后加入10mL ( 1 + 1 ）硫酸（分析纯）。将溶液加热到70 一80 ℃ 并继续搅拌smin ，停止加热，静置2 一3h 。用热蒸馏水以倾泻法洗至中性。将沉淀移至漏斗过涟，除去水分，然后放入干燥箱中，在150 ℃ 左右干燥2 一3h ，得到褐色、疏松状的二氧化锰，小心破碎和过筛，取粒度0 . 5 一Zmm 的备用．

( 10 ）高锰酸银热解产物：当使用二节炉时，需制备高锰酸银热解产物。制备方法如下：将1009 化学纯高锰酸钾，溶于ZL 蒸馏水中，煮沸。另取107 . 59化学纯硝酸银溶于约50mL 蒸馏水中，在不断搅拌下，缓缓注入沸腾的高锰酸钾溶液中，搅拌均匀后逐渐冷却并静置过夜。将生成的深紫色晶体用蒸馏水洗涤数次，在60 一80 ℃ 下干燥1h , 然后将晶体一小部分一小部分地放在瓷皿中，在电炉上缓缓加热至骤然分解，成银灰色疏松状产物，装入磨口瓶中备用。（不能贮存受热分解）。

( 11 ）真空硅脂。

( 12 ）硫酸：化学纯。

( 13 ）带磨口塞的玻璃管或小型干燥器（不放干燥剂）.

三、测试装里― 碳氢测定仪      碳、氢测定仪包括净化系统、燃烧装置和吸收系统三个主要部分，结构如图l 所示。

( 1 ）净化系统，包括以下部件：

a ．气体干燥塔：容量soomL , 2 个，一个（A ）上部（约2 乃）装入无水抓化钙（或无水高抓酸镁），下部（约1 乃）装（或碱石灰）：另一个（B ）装无水氛化钙（或无不高抓酸镁）。

b ．流t 计：测量范围0 一150mUmin 。

( 2 ）燃烧装置，由一个三节（或二节）管式炉及其控温系统构成，主要包括以下部件：

a ．电炉：三节炉或二节炉（双管炉或单管炉），炉膛直径约35mm。三节炉：一节长约230mm，可加热到（850 士10 ）℃ ，并可沿水平方向移动；第41二节长330 一350mm，可加热到（800 士10 ）℃ ；第三节长130 一150mm，可加热到（600 士10 ）℃ ，二节炉：一节长约230mm，可加热到（850 士10 ）℃ ．并可沿水平方向移动；第二节炉长130 一巧omm ，可加热到（5oo 士10 ）℃ 。每节炉装有热电偶、测温和控温装置．b ．燃烧管：素瓷、石英、刚玉或不锈钢制成，长noo 一1200mm（使用二节炉时，长约80 ( ) mm ) ，内径2 压22mm，壁厚约Zmm 。c ．燃烧舟：素瓷或石英制成，长约80mm .

d ．橡皮塞或橡皮帽（尽量用耐热硅橡胶）或铜接头。

( 3 ）吸收系统，包括以下部件：

a ．吸水U 形管（见图2 ）装药部分高100 一12Omm ，直径约15Inln ，入品端有一球形扩大部分，内装无不氯化钙或。

b ．吸收二氧化碳U 形管（见图3 ) 2 个。装药部分高100 一120mm，直径约巧mm , 前2 乃装或碱石灰，后l 乃装无水氛化钙或无水高氛酸镁。

c ．除氮U 形管（见图3 ) ：装药部分高1 ( X ］吐20mm，直径约15m，前

2 乃装粒状二氧化锰，后1 乃装无水抓化钙或。

d ．气泡计：容量约10mL ，内装浓硫酸。

四、试验准备

( 1 ）净化系统各化容器的充填和连接．

按规定在净化系统各容器中装入相应的净化剂，然后按图l 所示将各容器连接好。氧气可由氧气钢瓶通过可调节流量计的减压阀供给。净化剂经70 一100 次测定后，应进行检查或更换。

( 2 ）吸收系统各容器的充填和连接。

按规定在吸收系统各容器中装入相应的吸收剂。为系统气密，每个U 形管磨口塞处涂少许真容硅脂，然后按图1 所示顺序将各容器连接好。吸收系统的末端可连接一个空U 形管（防止硫酸倒吸）和一个装有硫酸的气泡计。

当出现下列现象时，应更换U 形管中试剂：

a ．吸水U 形管中的氯化钙开始溶化并阻碍气体畅通。

b ．第二个吸收二氧化碳的u 形管一次试验后的质量增加达50mg 时，应更换一个U 形管中的二氧化碳吸收剂；

c ．二氧化锰一般使用50 次左右应更换．上述U 形管更换试剂后，应以120m曰min 的流量通入氧气至质量恒定后方能使用。

( 3 ）燃烧管的填充

a ．使用三节炉时，按图4 所示填空：

用直径约0 . smm 的铜丝制做三个长约30mm和一个长约100mm直径稍小于燃烧管使之既能自由插入管内又与管壁密接的铜丝卷。从燃烧管出气端起，留50mm空间，依次充填30mm丝直径约0 . 25mm银丝卷，30mm铜丝卷，130 一150mm（与第三节电炉长度相等）铬酸铅（使用石英管时，应用铜片把铬酸铅与石英管隔开）, 30mm铜丝卷，330 一350mm（与第二节电炉长度相等）线状氧化铜，30mm铜丝卷，310Inln 空间和loomm 铜丝卷．燃烧管两端通过橡皮塞或铜接头分别同净化系统和吸收系统连接．橡皮塞使用前应在105 一110 ℃ 下干燥8h 左右。燃烧管中的填充物（氧化铜、铬酸铅和银丝卷）经70 一100 次测定后应检查或更换。

注：下列几种填充物经处理后可重复使用：

氧化铜，用lmm 孔径筛子筛去粉末；铬酸铅，可用热的稀碱液（约5 叼L 氢氧化钠溶液）浸渍、用水洗净、干燥，并在500 一600 , C 下灼烧0 . 5h 银丝卷，用浓氨水浸泡smin ，在蒸馏水中煮沸smin 用蒸馏水冲洗干净并干燥。b ．使用二节炉时，按图5 所示填充

按a 给出的细节，做两个长约10mm和一个长约loomm 的铜丝卷，再用100 目铜丝布剪成与燃烧管直径匹配的圆形垫片3 碑个（用防止高锰酸解热解产物被气带出）, 然后按图5 所示部位填入。

( 4 ）炉温的校正

将工作热电偶插入三节炉（或二节炉）的热电偶孔内，使热端插入炉膛与高温计连接。将炉温升至规定温度，保温lh 。燃后沿燃烧管轴向将标准热电偶依次插到空燃烧管中对应于一、第二、第三节炉（或一、第二节炉）的中心处（注意勿使热电偶和燃烧管管壁接触）。根据标准热电偶指示，将管式电炉调节到规定温度并恒温smin 。记下相应工作热电偶的读数，以后即以此为准控制炉温。

( 5 ）试验

将仪器各部分按图1 所示连接，通电升温．将吸收系统各U 形管磨口塞旋至开启状态，接通氧气，调节氧气流量为120m日min ，并检查系统气密性．在升温过程中，将一节电炉往返移动儿次，通气约加min 后，取下吸收系统，将各U形管磨口塞关闭‘" , 用绒布擦净，在天平旁放置10min 左右，称量。当一节炉达到并保持在（850 士10 ) ℃ ，第二节炉达到并保持在（800 士10 ）℃ ，第三节炉达到并保持在（600 士10 ）℃ 后开始作试验。此时一节炉移至紧靠第二节炉，接上已经通气并称量过的吸收系统．在一个燃烧舟内加入三氧化钨（质量和煤样分析时相当）。打开橡皮塞，取出铜丝卷将装有三氧化钨的燃烧舟用镍铬丝推棒推至一节炉入口处，将铜丝卷放在燃烧舟后面，塞紧橡皮塞．接通氧气并调节流量为120mUmin 。移动一节炉，使燃烧舟位于炉子中心，通气23min ，将一节炉移回原位。Zmin 后取下吸收系统U 形管，将磨口塞关闭‘l '''' ，用绒布擦净，在天平旁放置10min 后称量。吸水U 形管增加的质量即为值．重复上述试验，直到连续两次测定值相差不超过0 . 00109 ，除氮管、二氧化碳吸收管后一次质量变化不超过0 . 00059 为止。取两次值的平均值作为当天氢的值。在做试验前，应先确定燃烧管的位置，使出口端温度尽可能高又不会使橡皮塞受热分解。如值不易达到稳定，可适当调节燃烧管的位置。

五、分析步骤

( l ）三节炉法分析步骤

a ．将一节炉炉温控制在（850 士10 ）℃ ，第二节炉炉温控制在（810 士10 ）℃ ，第三节炉炉温控制在（600 士10 ）℃ ，并使一节炉紧靠第二节炉．
b ．在预先灼烧的燃烧舟中称取粒度小于0 . 2mm的空气干燥煤样0 . 29 ，称准至0 . 00029 ，并均匀铺平．在煤样上铺一层三氧化钨。可将燃烧舟暂存入的磨口玻璃管或不加干燥剂的干燥器中。

c ．接上已称量的吸收系统，并以120mUmin 的流量通入氧气。打开橡皮塞，取出铜丝卷，迅速将燃烧舟放入燃烧管中，使其前端刚好在一节炉炉口，再放入铜丝卷，塞上橡皮塞。保持氧气流量为120mUmin 。lmin 后向净化系统方向移动一节炉，使燃烧舟的一半进入炉子；Zmin 后，移炉，使燃烧舟全部进入炉子：再Zmin 后，使燃烧舟位于炉子中央。保温18min 后，把一节炉移回原位Zmin 后，取下吸收系统，将磨口塞关闭‘" ，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量（除氮管不必称量）第二个吸收二氧化碳U 形管变化小于0 . 00059 计算时忽略．

( 2 ）二节炉法分析步骤

用二节炉进行碳、氢测定时，一节炉控温在（850 士10 ）℃ ，第二节炉控温在（ 5oo 士10 ）℃ 并使一节炉紧靠第二节炉。每次试验时间为20min 。燃烧舟移至炉子中心后，保温13min ，其他操作按（b ）和（c ）的规定进行。

( 3 ）试验装置可靠性检验

为了检查测定装置是否可靠，可用标准煤样，按规定的试验步骤进行测定。如实测的碳、氢值与标准煤样碳氢标准值的差值在标准煤样规定的不确定范围内，表明测定装置可靠。否则，须杳明原因并纠正后才能进行正式测定．

一、方法原理

一定量的煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸收剂吸收，由吸收剂的增量计算煤中碳和氢的含量。煤样中硫和氧对碳测定的干扰在三节炉中用铬酸铅和银丝卷消除，在二节炉中用高锰酸银热解产物消除。氢对碳测定的干扰用粒状二氧化锰消除。

二、试剂和材料

( D ：化学纯，粒度1 一Zmm ：或碱石灰：化学纯，粒度0 一Zmm 。( 2 ）无水氯化钙：分析纯，粒度2 一smm ；或：分析纯，粒度1 一3mm。

( 3 ）氧化铜：化学纯，线状（长约smm ）。

( 4 ）铬酸铅：分析纯，粒度1 一mm 。

( 5 ）银丝卷：丝直径约0 . 25mm。

( 6 ）铜丝卷：丝直径约0 . smm 。

( 7 ）氧气：99 . 9 % ，不含氢。氧气钢瓶上配用氧气吸入器。

( 8 ）三氧化钨：分析纯。

( 9 ）粒状二氧化锰：化学纯，市售或用硫酸锰和高锰酸钾制备。制法：称取259 硫酸锰，溶于soomL 蒸馏水中，另称取16 . 49 高锰酸钾，溶于300mL 蒸馏水中。两溶液分别加热到50 一60 ℃ ．在不断搅拌下将高锰酸钾溶液慢慢注入硫酸锰
水分（M . d )重复性

< 50 . 20

5 ? 10 0 . 30

> 100 . 40

溶液中，并加以剧烈搅拌。然后加入10mL ( 1 + 1 ）硫酸（分析纯）。将溶液加热到70 一80 ℃ 并继续搅拌smin ，停止加热，静置2 一3h 。用热蒸馏水以倾泻法洗至中性。将沉淀移至漏斗过涟，除去水分，然后放入干燥箱中，在150 ℃ 左右干燥2 一3h ，得到褐色、疏松状的二氧化锰，小心破碎和过筛，取粒度0 . 5 一Zmm 的备用．

( 10 ）高锰酸银热解产物：当使用二节炉时，需制备高锰酸银热解产物。制备方法如下：将1009 化学纯高锰酸钾，溶于ZL 蒸馏水中，煮沸。另取107 . 59化学纯硝酸银溶于约50mL 蒸馏水中，在不断搅拌下，缓缓注入沸腾的高锰酸钾溶液中，搅拌均匀后逐渐冷却并静置过夜。将生成的深紫色晶体用蒸馏水洗涤数次，在60 一80 ℃ 下干燥1h , 然后将晶体一小部分一小部分地放在瓷皿中，在电炉上缓缓加热至骤然分解，成银灰色疏松状产物，装入磨口瓶中备用。（不能贮存受热分解）。

( 11 ）真空硅脂。

( 12 ）硫酸：化学纯。

( 13 ）带磨口塞的玻璃管或小型干燥器（不放干燥剂）.

三、测试装里― 碳氢测定仪      碳、氢测定仪包括净化系统、燃烧装置和吸收系统三个主要部分，结构如图l 所示。

( 1 ）净化系统，包括以下部件：

a ．气体干燥塔：容量soomL , 2 个，一个（A ）上部（约2 乃）装入无水抓化钙（或无水高抓酸镁），下部（约1 乃）装（或碱石灰）：另一个（B ）装无水氛化钙（或无不高抓酸镁）。

b ．流t 计：测量范围0 一150mUmin 。

( 2 ）燃烧装置，由一个三节（或二节）管式炉及其控温系统构成，主要包括以下部件：

a ．电炉：三节炉或二节炉（双管炉或单管炉），炉膛直径约35mm。三节炉：一节长约230mm，可加热到（850 士10 ）℃ ，并可沿水平方向移动；第41二节长330 一350mm，可加热到（800 士10 ）℃ ；第三节长130 一150mm，可加热到（600 士10 ）℃ ，二节炉：一节长约230mm，可加热到（850 士10 ）℃ ．并可沿水平方向移动；第二节炉长130 一巧omm ，可加热到（5oo 士10 ）℃ 。每节炉装有热电偶、测温和控温装置．b ．燃烧管：素瓷、石英、刚玉或不锈钢制成，长noo 一1200mm（使用二节炉时，长约80 ( ) mm ) ，内径2 压22mm，壁厚约Zmm 。c ．燃烧舟：素瓷或石英制成，长约80mm .

d ．橡皮塞或橡皮帽（尽量用耐热硅橡胶）或铜接头。

( 3 ）吸收系统，包括以下部件：

a ．吸水U 形管（见图2 ）装药部分高100 一12Omm ，直径约15Inln ，入品端有一球形扩大部分，内装无不氯化钙或。

b ．吸收二氧化碳U 形管（见图3 ) 2 个。装药部分高100 一120mm，直径约巧mm , 前2 乃装或碱石灰，后l 乃装无水氛化钙或无水高氛酸镁。

c ．除氮U 形管（见图3 ) ：装药部分高1 ( X ］吐20mm，直径约15m，前

2 乃装粒状二氧化锰，后1 乃装无水抓化钙或。

d ．气泡计：容量约10mL ，内装浓硫酸。

四、试验准备

( 1 ）净化系统各化容器的充填和连接．

按规定在净化系统各容器中装入相应的净化剂，然后按图l 所示将各容器连接好。氧气可由氧气钢瓶通过可调节流量计的减压阀供给。净化剂经70 一100 次测定后，应进行检查或更换。

( 2 ）吸收系统各容器的充填和连接。

按规定在吸收系统各容器中装入相应的吸收剂。为系统气密，每个U 形管磨口塞处涂少许真容硅脂，然后按图1 所示顺序将各容器连接好。吸收系统的末端可连接一个空U 形管（防止硫酸倒吸）和一个装有硫酸的气泡计。

当出现下列现象时，应更换U 形管中试剂：

a ．吸水U 形管中的氯化钙开始溶化并阻碍气体畅通。

b ．第二个吸收二氧化碳的u 形管一次试验后的质量增加达50mg 时，应更换一个U 形管中的二氧化碳吸收剂；

c ．二氧化锰一般使用50 次左右应更换．上述U 形管更换试剂后，应以120m曰min 的流量通入氧气至质量恒定后方能使用。

( 3 ）燃烧管的填充

a ．使用三节炉时，按图4 所示填空：

用直径约0 . smm 的铜丝制做三个长约30mm和一个长约100mm直径稍小于燃烧管使之既能自由插入管内又与管壁密接的铜丝卷。从燃烧管出气端起，留50mm空间，依次充填30mm丝直径约0 . 25mm银丝卷，30mm铜丝卷，130 一150mm（与第三节电炉长度相等）铬酸铅（使用石英管时，应用铜片把铬酸铅与石英管隔开）, 30mm铜丝卷，330 一350mm（与第二节电炉长度相等）线状氧化铜，30mm铜丝卷，310Inln 空间和loomm 铜丝卷．燃烧管两端通过橡皮塞或铜接头分别同净化系统和吸收系统连接．橡皮塞使用前应在105 一110 ℃ 下干燥8h 左右。燃烧管中的填充物（氧化铜、铬酸铅和银丝卷）经70 一100 次测定后应检查或更换。

注：下列几种填充物经处理后可重复使用：

氧化铜，用lmm 孔径筛子筛去粉末；铬酸铅，可用热的稀碱液（约5 叼L 氢氧化钠溶液）浸渍、用水洗净、干燥，并在500 一600 , C 下灼烧0 . 5h 银丝卷，用浓氨水浸泡smin ，在蒸馏水中煮沸smin 用蒸馏水冲洗干净并干燥。b ．使用二节炉时，按图5 所示填充

按a 给出的细节，做两个长约10mm和一个长约loomm 的铜丝卷，再用100 目铜丝布剪成与燃烧管直径匹配的圆形垫片3 碑个（用防止高锰酸解热解产物被气带出）, 然后按图5 所示部位填入。

( 4 ）炉温的校正

将工作热电偶插入三节炉（或二节炉）的热电偶孔内，使热端插入炉膛与高温计连接。将炉温升至规定温度，保温lh 。燃后沿燃烧管轴向将标准热电偶依次插到空燃烧管中对应于一、第二、第三节炉（或一、第二节炉）的中心处（注意勿使热电偶和燃烧管管壁接触）。根据标准热电偶指示，将管式电炉调节到规定温度并恒温smin 。记下相应工作热电偶的读数，以后即以此为准控制炉温。

( 5 ）试验

将仪器各部分按图1 所示连接，通电升温．将吸收系统各U 形管磨口塞旋至开启状态，接通氧气，调节氧气流量为120m日min ，并检查系统气密性．在升温过程中，将一节电炉往返移动儿次，通气约加min 后，取下吸收系统，将各U形管磨口塞关闭‘" , 用绒布擦净，在天平旁放置10min 左右，称量。当一节炉达到并保持在（850 士10 ) ℃ ，第二节炉达到并保持在（800 士10 ）℃ ，第三节炉达到并保持在（600 士10 ）℃ 后开始作试验。此时一节炉移至紧靠第二节炉，接上已经通气并称量过的吸收系统．在一个燃烧舟内加入三氧化钨（质量和煤样分析时相当）。打开橡皮塞，取出铜丝卷将装有三氧化钨的燃烧舟用镍铬丝推棒推至一节炉入口处，将铜丝卷放在燃烧舟后面，塞紧橡皮塞．接通氧气并调节流量为120mUmin 。移动一节炉，使燃烧舟位于炉子中心，通气23min ，将一节炉移回原位。Zmin 后取下吸收系统U 形管，将磨口塞关闭‘l '''' ，用绒布擦净，在天平旁放置10min 后称量。吸水U 形管增加的质量即为值．重复上述试验，直到连续两次测定值相差不超过0 . 00109 ，除氮管、二氧化碳吸收管后一次质量变化不超过0 . 00059 为止。取两次值的平均值作为当天氢的值。在做试验前，应先确定燃烧管的位置，使出口端温度尽可能高又不会使橡皮塞受热分解。如值不易达到稳定，可适当调节燃烧管的位置。

五、分析步骤

( l ）三节炉法分析步骤

a ．将一节炉炉温控制在（850 士10 ）℃ ，第二节炉炉温控制在（810 士10 ）℃ ，第三节炉炉温控制在（600 士10 ）℃ ，并使一节炉紧靠第二节炉．
b ．在预先灼烧的燃烧舟中称取粒度小于0 . 2mm的空气干燥煤样0 . 29 ，称准至0 . 00029 ，并均匀铺平．在煤样上铺一层三氧化钨。可将燃烧舟暂存入的磨口玻璃管或不加干燥剂的干燥器中。

c ．接上已称量的吸收系统，并以120mUmin 的流量通入氧气。打开橡皮塞，取出铜丝卷，迅速将燃烧舟放入燃烧管中，使其前端刚好在一节炉炉口，再放入铜丝卷，塞上橡皮塞。保持氧气流量为120mUmin 。lmin 后向净化系统方向移动一节炉，使燃烧舟的一半进入炉子；Zmin 后，移炉，使燃烧舟全部进入炉子：再Zmin 后，使燃烧舟位于炉子中央。保温18min 后，把一节炉移回原位Zmin 后，取下吸收系统，将磨口塞关闭‘" ，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量（除氮管不必称量）第二个吸收二氧化碳U 形管变化小于0 . 00059 计算时忽略．

( 2 ）二节炉法分析步骤

用二节炉进行碳、氢测定时，一节炉控温在（850 士10 ）℃ ，第二节炉控温在（ 5oo 士10 ）℃ 并使一节炉紧靠第二节炉。每次试验时间为20min 。燃烧舟移至炉子中心后，保温13min ，其他操作按（b ）和（c ）的规定进行。

( 3 ）试验装置可靠性检验

为了检查测定装置是否可靠，可用标准煤样，按规定的试验步骤进行测定。如实测的碳、氢值与标准煤样碳氢标准值的差值在标准煤样规定的不确定范围内，表明测定装置可靠。否则，须杳明原因并纠正后才能进行正式测定．