廢氣中有機碳與總烴的關系研究

侯秀華，魏 昕，李 宇，張建華

(中國石油化工股份有限公司 北京化工研究院環保所，北京 100013)

1 引言

國家標準《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》中總烴的定義為規定測定條件下，在氣相色譜儀的氫火焰離子化檢測器上有響應的氣態有機化合物的總和(除非另有說明，結果以碳計)。通過定義可知總烴代表的是固定源廢氣中可測定出的烷烴、烯烴等有機蒸氣的量的總和。根據總烴的測定原理[1～4]相同濃度的不同有機物用測定總烴的檢測方法測定時，其在氫火焰離子化檢測器上的響應值是不同的，則測出的總烴濃度也是不同的, 僅從總烴的數據無法得出廢氣中真實有機碳的濃度,因此在實際工作中總烴的高低不能作為判斷廢氣真實污染程度的唯一標準。

對于總烴與總揮發性有機物的關系以往的文獻有過相關報道[5,6]， 但是對于廢氣中實際有機碳與總烴的關系未見有相關研究,本文研究了主要成分為異丁烷、氯乙烷和正己烷的某股廢氣中實際有機碳濃度與總烴濃度的相互關系，讓廣大環保工作者認識到廢氣的監測因子總烴濃度與有機碳濃度根據氣體中所含物質種類不同其相互關系是不同的，為治理技術的研究和治理效果的判斷提供詳實的科學依據。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1 試劑

甲烷和丙烷混合標準氣體：633 mg/m3(以碳計)，以氮氣為底氣；異丁烷標準氣體：826 mg/m3(以碳計)，以氮氣為底氣；氯乙烷標準氣體：352 mg/m3(以碳計)，以氮氣為底氣；正己烷標準氣體：350 mg/m3(以碳計)，以氮氣為底氣；直接購買市售有證標準物質。

氫氣：純度≥99.99%；氮氣(載氣)：純度≥99.99%；空氣：用凈化管凈化；高純氮氣(稀釋氣)：純度≥99.999%。

2.1.2 儀器和設備

氣相色譜儀：具氫火焰離子化檢測器；進樣器：帶1 mL定量管的六通閥；色譜柱：材質為不銹鋼，長2 m，內徑5 mm，內填充硅烷化玻璃微珠(60～80目)；一般實驗室常用儀器和設備。

2.2 儀器操作條件

進樣口溫度：110 ℃；柱溫：80 ℃；檢測器溫度：170 ℃；柱流量：10 mL/min；氫氣流量：40 mL/min；空氣流量：300 mL/min；尾吹氣流量：10 mL/min。

2.3 標準樣品及混合樣品的配制

2.3.1 總烴標準樣品配制

將甲烷和丙烷混合標準氣體用高純氮氣稀釋配制濃度分別為(以碳計)6.33 mg/m3、12.7 mg/m3、31.7 mg/m3、63.3 mg/m3、126.7 mg/m3、633.4 mg/m3的系列標準樣品。

2.3.2 混合樣品的配制

將異丁烷、氯乙烷和正己烷三種標準氣體混合配置7個混合樣品，其中異丁烷含量分別為(以碳計)8.26 mg/m3、16.5 mg/m3、41.3 mg/m3、82.6 mg/m3、165 mg/m3、413 mg/m3、826 mg/m3， 氯乙烷含量分別為(以碳計)3.53 mg/m3、7.06 mg/m3、17.6 mg/m3、35.3 mg/m3、70.6 mg/m3、176 mg/m3、352 mg/m3，正己烷含量分別為(以碳計)8.20 mg/m3、16.4 mg/m3、41.0 mg/m3、82.0 mg/m3、164 mg/m3、410 mg/m3、820 mg/m3。

2.4 實驗步驟

2.4.1 標準曲線繪制步驟

由低濃度到高濃度依次測定總烴標準樣品，以總烴的濃度(以碳計)mg/m3為橫坐標，以峰面積為縱坐標，繪制標準曲線。

2.4.2 配制的混合樣品的測定

將異丁烷、氯乙烷和正己烷三種氣體混合配置7個混合樣品采用總烴標準樣品測定的方法測定7個混合樣品的總烴濃度。

3 結果與討論

3.1 方法的線性范圍

利用已配制好的含碳量在6.33～633 mg/m3范圍內的標準氣體考察分析方法的線性范圍，實驗結果表明含碳量在6.33～633 mg/m3的范圍內，標準氣體的含碳量和氣相色譜的峰面積呈線性關系，其相關系數為0.9996。

3.2 方法的回收率

在方法的線性范圍內分別配置低濃度和高濃度2個樣品考察了分析方法的回收率，結果見表1。

表1 方法的回收率

3.3 方法的精密度

精密度可以檢驗分析方法重復測定同一試樣時各測定值之間彼此離散的程度，取同一試樣進行6次平行測定，精密度測定結果見表2。由表2可知，RSD小于2.0%，表明測定方法的重復性良好。

表2 精密度實驗數據

3.4 含異丁烷、氯乙烷和正己烷的廢氣實際有機碳濃度與總烴濃度的相互關系研究

根據某石化企業排放的廢氣中主要含有的有機氣體種類及其濃度組成，配制了一系列7個廢氣樣品，此股廢氣中主要含有異丁烷、氯乙烷和正己烷，采用和標準樣品同樣的測試條件測定配制的廢氣樣品，將測定的總烴濃度和樣品中實際有機碳濃度進行對比研究，其結果見表3。

由表3可知，此股廢氣中無論含有的有異丁烷、氯乙烷和正己烷濃度高低，其有機碳的實際濃度都比總烴濃度高。

針對廢氣樣品中實際有機碳濃度和總烴的濃度做進一步的關系研究發現，異丁烷、氯乙烷和正己烷在廢

氣中的組成比例固定的情況下其兩者之間的關系是呈線性相關的，其關系方程見式1。

y=1.3959x+19.415

(1)

式(1)中，y為廢氣中異丁烷、氯乙烷和正己烷三者含碳量之和，mg/m3；x為廢氣總烴的濃度(以碳計)，mg/m3。

表3 樣品中總烴的濃度和實際有機碳濃度

4 結論

(1)根據實驗結果可得出，總烴是在規定的測定條件下檢測出的廢氣中有機碳濃度，并不一定和廢氣中實際的有機碳濃度一致，其相關性和廢氣中有機氣體的種類有關。

(2)含有異丁烷、氯乙烷和正己烷的廢氣其實際有機碳濃度高于總烴的濃度，并具有很好的相關性，根據總烴的濃度可計算出具體含有有機碳的濃度，在選擇處理技術，特別是如果選取活性炭吸附技術處理此類廢氣時，一定要考慮實際有機碳含量，防止活性炭過載，處理效率下降。