Способ определения концентрации углеводородов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ, включающий измерение разности ослабления лазерного излучения, частота которого совп,адает с областью центра одной из линий поглощения метана и полосой поглощения высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонньм газ, о т л и ч а- . ю щ и и с я тем, что, с целью определения суммарной концентрации углеводородов за исключением метана, срав нительный объем наполняют анализируемым газом, устанавливают в нем давление газа меньше, чем в измерительном объеме, так, чтобы оно находилось в диапазоне значений между давлением, при котором линии поглощения мётана сливаются в непрерывную полосу, и давлением, при котором лоренцевская ширина равна допплеровской ширине используемой линии погло (Л С щения метана, причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излучения метаном в обоих объемах было одинаково.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 и 21/25

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH П<НТ СССР (21) 3320154/18-25 (22) 24.07.81 (46) 15,02.89. Бюл. В 6 (71) Московский инженерно-физический институт (72) А.И.Попов и А.В»Садчихин (53) 535.338 (088.8) (56) Салодынский К.И. и др. Приборы для--газовой хроматографии. М., "Машиностроение", 1973, с. 5-9, 80-81.

Антропов.П.Я. и др. Использование методов лазерного газоанализа для решения ряда геологических и промас° ловых задач. "Советская геология", 1979, Ф 10 с. 92-98. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТ-

РАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ, включающий измерение разности ослабления лазерного излучения, частота которого сов щдает с областью центра одной из линий поглощения метана и полосой по. 1

Изобретение относится к области газового анализа и может. быть использовано в геохимических исследованиях, и при контроле загрязнения окружающей среды.

Известен способ. определения углеводородов в их смеси с помощью газовой хроматографии.

Недостатком указанного способе является малое быстродействие при проведении анализа (порядка 10 мин), что усложняет применение хроматографии при проведении газовой съемки на больших площадях.

„„SU„„1018496 А глощения высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонный газ, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью определения суммарной концентрации углево дородов за исключением метана, срав »- нительный объем наполняют анализируемым газом, устанавливают в нем дав- ление газа меньше, чем в измерительном объеме, так, чтобы оно находилось в диапазоне значений между давлением, при котором линии поглощения метана сливаются в непрерывную полосу, и давлением, при котором лоренцевская ширина равна допплеровской ширине используемой линии поглощения метана, причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излучения метаном в обоих объемах было одинаково.

Наиболее близким техническим решением является способ определения концентрации углеводородов, включающий измерение разности ослабления лазерного излучения, частота которого совпадает с областью центра одной из линий поглощения метана и полосой поглощения высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонный газ,,и последующее вычисление концентрации углеводородов.

25 з 101849

Целью изобретения является определение суммарной концентрации углеводородов за исключением метана.

Поставленная цель достигае гся тем, что в способе определения кон5 центрации углеводородов, включающем измерение разности ослабления лазерного излучения, частота которого совпадает с областью центра одной из ли-10 ний поглощения метана и полосой поглощения высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонный газ, сравнительный объем наполняют анализируемым газом, устанавливают в нем давление газа меньше„чем в измерительном объеме, так, чтобы оно находилось в диапазоне значений между давлением, при котором линии поглощения метана сливаются в непрерывную полосу, н давлением, при котором лоренцевская ширина равна допплеровской ширине используемой линии поглощения метана, причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излучения метаном в обоих .объемах было одинаково.

На чертеже представлена реализа. ция способа.

Устройство содержит лазер 1, например Не-Ne с Л = 3,3922 мкм, оптические элементы 2, 3, 4, 5, образую35 щие двухканальную оптическую систему, измерительный объем (кювета) 6 с анализируемым газом при атмосферном давлении, сравнительный объем

40 (кювета) ? с анализируемым газом пониженного давления, например

0,1 атм, .противофазный модулятор 8 лучей, аттенюатор 9 для выравнивания интенсивностей в каналах оптической системы, фотоприемник 10.

Реализуют способ следующим образом. Иеред измерениями уравнивают интенсивности лазерного излучения в каналах двухлучевой системы, поэтому

50 в случае отсутствия анализируемого газа в кюветах переменный сигнал на выходе схемы отсутствует. После этого в кюветы напускают анализируемый газ при давлении, например 1,0 и

О, 1 атм, и устанавливают согласно из-, 55 вестной зависимости коэффициента поглощения метана от давления газовой среды для излучения Л = 3,3922 мкм

4 длины кювет так, чтобы поглощение лазерного излучения за счет метана в обоих кюветах было одинаково. При указанных давлениях газа в кюветах их длины, при которых поглощение лазерного излучения в них будет одинаково, соотносятся как 1,О

1 О сютм

= 0,78 1, „ . Как показали измерения, коэффициенты поглощения высших углеводородов для излучения

= 3,3922 мкм примерно равны и имеют одинаковые зависимости от давления газовой среды. При этом, т.к. излучение с Й = 3,3922 мкм попадает в область максимума одной из линий поглощения метана, эти зависимости в диапазоне изменения давлений от величины давления, при котором лоренцевская ширина становится сравнимой с допплеровской шириной используемой линии поглощения метана (примерно 0,05 атм), до величины давления, при котором отдельные линии поглощения метана сливаются в непрерывную полосу (примерно 2 атм), существенно отличны от зависимости коэффициента поглощения метана от давления. газовой среды. В силу того, что давление газа в измерительном и сравнительном объемах (1,0 атм и 0,1 атм) лежит в указанной области, равенство интенсивностей излучений в каналах системы нарушается, и на выходе двухлучевой оптической системы на частоте модуляции лучей возникает переменный сигнал, регистрируемый фотоприемником 10, который соответсвует содержанию высших углеводородов в анализируемом газе.

Концентрацию высших углеводородов можно вычислить с помощью закона

Бугера. Интенсивность лазерного излучения в каналах системы равна

I „= I ехр (-К, 1 „с — К „1, с ) м м

I = I + d Х = I exp(-K lzc — Кь11сь), где I — интенсивность лазерного изо лучения в каналах системы в отсутствие анализируемого газа; dI — разность поглощений лазерного излучения в двух кюветах; индексы 1, 2 относятся соответственно к кюветам с давлением О, 1 и 1,0 атм; К", К вЂ” соответетвенно -коэффициент поглощения метана и средний коэффициент поглощения высших углеводородов; 1 — длина кюветы. Решая полученную систему

8496

По этой формуле, измеряя величины I

mdI и зная значения K„Kb, l„и 1, можно вычислить суммарное содержание углеводородов ц анализируемом газе за исключением метана.

Составитель Э.Яшкова

Редактор Н.Сильнягина Техред И. Ходанич Корректор И,Муска

Заказ 755 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ- Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035> Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 101 уравнений относительно с с учетом того, что К 1, = К 1,. получим:

c . t ln(1 + I/I 3 /(К,l,— К 1,) 6

Предложенный способ позволяет определять содержание суммы высших углеводородов на уровне до 10 э от содержания метана. Такая селективная способность к обнаружению суммы высших углеводородов на фоне метана вполне достаточна, например, при измерениях, в геохимических исследованиях, при контроле загрязнения окружакицей среды.