Способ избирательного измерения концентрации компонентов горючих смесей

 

СПОСОБ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ, включающий удаление из смесей перед анализом части сопутствующих горючих компонентов путем их избирательного выжигания на каталитически активной поверхности, температуру которой поддерживают ниже температуры начала окисления анализируемого компонента,и измерение концентрации анализируемого компонента по тепловому эффекту его беспламенного окисления на каталитически активной поверхности, температура которой меньше температуры окисления любого из сопутствующих компонентов с более высокими температурами окисления, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений путем обеспечения возможности диффузионной подачи смеси, выжигание i неизмеряемых компонентов проводят непосредственно в камере датчика, iw причем осуществляют его со скоростью, превьшающей скорость диффузии указанных компонентов камеру датчика. го &I ел

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕ1-11-1Ь! Й НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОТ ЕТЕНИЧ1 И ОТНРЬПИй (2 l ) 34487 63/24-25 (22) 13.04.82 (46) 23.11.84. Бюл. ¹ 43 (72) Н.С.Белоголовин, А.С.Бурдейный, H.È.ÔóðìàH и А.Н.Щербань (71) Институт технической теплофизики АН Украинской CCP. (53) 543 ° 274(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 212609, кл. G 01 Б 27/16, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 480964, кл. С О1 И 27/16, 1972 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ, включающий удаление из смесей перед анализом части сопутствующих горючих компонентов путем их избирательного выжигания на ката.„ЯУ„„1125529 литически активной поверхности, температуру которой поддерживают ниже температуры начала окисления аналиэи" руемого компонента,и измерение концентрации анализируемого компонента по тепловому эффекту его беспламенного окисления на каталитически активной поверхности, температура которой меньше температуры окисления любого из сопутствующих компонентов с более высокими температурами окисления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем обеспечения возможности диффузионной подачи смеси, выжигание неизмеряемых компонентов проводят непосредственно в камере датчика, причем осуществляют его со скоростью, превышающей скорость диффузии укаэанных комп-нентов р камеру датчика.

1 11255

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке устройств, предназначенных для измерения концентраций компонентов горю5 чих смесей термохимическим методом в процессах получения бензинов и сжиженого газа на нефтеперерабатывающих заводах, для измерения концентрации метана и водорода при конт- о роле качества сжигания топлива, а также при контроле взрывоопасности атмосферы подземных выработок калийных рудников и для других целей.

Известен способ термохимического газового анализа, согласно которому температуру термоэлементов датчика стабилизируют на уровне, достаточной для окисления анализируемого компонента (1).

При этом горючие газы, температу-. ра начала окисления которых выше стабилизированной температуры термоэлементов (газы второй группы}, не окисляются на их поверхности, следовательно, не влияют на точность измерения. Однако газы, температура начала окисления (т,н.о.) которых ниже, чем у измеряемого компонента (газы первой группы), окисляются на поверхности чувствительного элемента, вызывают паразитный сигнал датчика и увеличивают погрешность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ избирательного измерения концентраций компонентов горючих смесей, включающий удаление иэ смесей перед анализом части сопутствующих горючих компонентов путем их избирательного выжигания на каталитически активной поверхности, температуру которой поддерживают ниже температуры начала окисления анали1 зируемого компонента, а измерение концентрации анализируемого компонента по тепловому эффекту его беспламенного окисления на каталитически активной поверхности, температура которой меньше температуры окис- о .ления любого из сопутствующих компо" нентов с более высокими температурами окисления f2 ).

Анализируемую смесь перед анализом подают в смеситель, где в строго И заданной пропорции разбавляют возду-: хом, играющим роль окислителя, затем смесь перекачивают в термофильтр, 29 2 где выжиганием из нее удаляют горючие компоненты первой группы, прорабатывают холодильником-осушителем и только после перечисленных операций охлажденную газовую смесь„ не содержащую горючих газов первой группы, подают в камеру датчика, температуру термоэлементов которого поддерживают постоянной, но достаточной для термохимического преобразования анализируемого компонента и недостаточной для беспламенного окисления газов второй группы. Таким образом, избирательность анализа достигается за счет предварительного (перед подачей в камеру датчика) удаления из анализируемой смеси сопутствующих, горючих газов первой груй1Ты, путем их „выжигания и устранения влияния сопутствующих газов второй группы на датчик за счет стабилизации температуры его термоэлементов на уровне, недостаточном для их окисления, Выжигание газов первой группы по известному способу осуществляется в специальном устройстве — термофильтре. С этой целью внутренняя полость термофильтра заполнена пористым носителем, покрытым мелкодисперсньв катализатором. Температура термофильтра, нри которой происходит беспламенное выжигание указанных компонентов, стабилизирована.

Вольшие габариты термофильтра затрудняют обеспечение изотермического режима его катализатора, необходимого для эффективного выжигания мешающих компонентов без влияния на концентрацию анализируемого газа.

В то же время применение термофильтра, обладающего заметным пневматическим сопротивлением в виде конструктивно обособленного от датчика узла, исключает возможность естественно (диффузионной )подачи анализируемой смеси в камеру датчика. В результате этого возникает необходимость применения вспомогательных устройств, предназначенных для принудительной подачи анализируемой смеси (побудителей и стабилизаторов расхода газа, противопылевых фильтров и т.д. ), что усложняет газоанализатор и увеличивает трудоемкость обслуживания, снижает надежность прибора и увеличивает его погрешность из-за влияния нестабильности расхода анализируемой смеси на сигнал датчика.

3 11255

Цель изобретения — повышение точности измерения путем обеспечения возможности диффузионной подачи анализируемой смеси в камеру датчика.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу избирательного измерения концентрации компонентов горючих смесей, включаю- щему удаление из смеси перед анализом части сопутствующих горючих компонентов путем их избирательного вжигания на каталитически активной поверхности, температуру которой поддерживают ниже температуры нача15 ла окисления анализируемого компонента, и измерение концечтрации анализируемого компонента го тепловому эффекту его беспламенного окисления на каталитически активной поверхности, температура которой меньше температуры окисления любого нэ сопутствующих компонентов с более высокими температурами окисления, выжигание неизмеряемых компонентов про25 водят непосредственно в камере датчика, причем осуществляют его со скоростью, превышающей скорость диффузии указанных компонентов в камеру датчика.

Для обеспечения эффективного выжигания неизмеряемых компонентов и, следовательно, для устранения их влияния на точность измерения скорость выжигания этих компонентов должна быть больше максимальной ско- >5 рости их диффузии в камеру датчика.

В свою очередь максимальная скорость диффузии компонентов первой группы в камеру датчика наблюдается при максимальном перепаде их концентра- @ ции (парциального давления )между полостью камеры датчика и окружающей ее средой. Чаксимальный перепад концентраций этих компонентов может быть определен как разность максимальной концентрации их в окружающей среде, известной в каждом конкретном случае и максимально допустимой концентрации этих компонентов в камере датчика, при которой погреш"50 ность измерения, обусловленная их влиянием на датчик, не превышает допустимую.

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации- способа. 55

Устройство содержит датчик l в состав которого входит активный термоэлемент 2, стабилизатор 3 его тем29 4 пературы, подключенный к нему своим выходом и настроенный на температуру термоэлемента 2, достаточную для окисления измеряемого газа, но недостаточную для окисления сопутствующих газов с более высокими т.н.о., компенсационный термоэлемент .

4, стабилизатор 5 температуры термоэлемента 4, подключенный к нему своим выходом и настроенный на

1 температуру, равную температуре термоэлемента 2. Вторичный прибор 6, включенный между выходами стабилизаторов 3 и 5 температуры, термофильтр 7, в состав которого входит каталитически активная поверхность 8, ее нагреватель 9 и термометр 10 сопротивления, а также стабилизатор ll температуры каталитической поверхности 8 термофильтра, настроенный на температуру, недостаточную для окисления измеряемого газа, но достаточную для окисления сопутствующих газов с более низкими т.н.о., камеру 12, датчика с огнепреградителем 13 (выцолненным, например, в виде пористого металлокерамического колпачка ) °

Устройство работает следующим образом.

Анализируемая газовоздушная смесь, содержащая наряду с измеряемым компонентом сопутствующие газы, т.н.о. которых ниже и выше, чем у него, через огнепреградитель 13 поступает в камеру 12 датчика. Здесь на каталитически активной поверхности 8 термофильтра 7 происходит глубокое. окисление сопутствующих газов с

t т.н.о. более низкими, чем у анализируемого. В результате эти газы уда ляются из пробы анализируемой смеси, ограниченной объемом камеры, и не влияют на сигнал датчика. Анализируемый компонент не окисляется на каталитически активной поверхности 8 термофильтра 7, так как температура его каталитической поверхности для этого недостаточна. При этом анализируемый компонент окисляется только на каталитически активной поверхности активного термоэлемента 2 датчика, температура которого достаточна для его окисления, но недостаточна для окисления сопутствующих газов с более высокими т.н.о., которые не вносят погрешность в результаты измерения.

1125529 6

Составитель Ю.Коршунан

Техред ".Ìèãóíîâà

Корректор .Зимакосов

Редактор A.Noòûëü

Заказ 8531 /32 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная„ А

Стабилизаторы 3, 5 и 11 температуры поддерживают постоянства температуры термоэлементов 2 и 4 датчика 1 и каталитически активной поверхности 8 термофиль rpa 7 путем регулирования электрической мощности их нагрева, изменяя с этой целью напряжение питания их нагревателей. При этом в силу идентичности термоэлементов 2 и 4, различаюшихся только каталити- lG ческой активностью, их напря>кения питания при отсутствии в анализируемой смеси измеряемого компонента одинаковы и показания выходного при". бора 6 равны нулю. При появлении н анализируемой смеси измеряемого компонента, он начинает окисляться на каталитически активной поверхности чувствительного термоэлемента 2 датчика. Стабилизатор 3, поддер>кивая температуру термоэлемента 2, компенсирует тепло, выделяющееся на ега поверхности при окислении rasa путем снижения напряжения питания термоэлемента 2. Равенство напря- >

>кений питания термоэлементов 2 и 4 датчика нарушается тем больше, чем выше концентрация анализируемого компонента. Разность этих напряже- ний подается на выходной прибор 6.

Использование предлагаемого способа обеспечит воэможность естественной (диффузионной подачи анилизируемой смеси в камеру датчика без предварительной проработки анилизи-.

35 руемой смеси благодаря тому, что выжигание неизмеряемых компонентсн проводится непосредственно в камере датчика, отделенной ат анилизируемой среды газапроницаемой перегородкой, 1О например, сеткой из металлической про волоки.В тойже газовой среде,в которой расположены чувствительные тер"моэлементы датчика, осущестнляющие измерение, происходит также и про-

4 работка анилизируемой смеси термо"-., фильтром. Таким образом, проработка газоной смеси и измерение проходят ,параллельно во времени и пространстве, а не r.îñëåäîâàòåëüí»> (сначала прорабаткя смеси B конструктивно обасаб ленном термофильтре, а затем ее принудительная перекачка в камеру конструктивно обособленного датчика и из- мерение, необходимость в принудительной подаче смеси отпадает >.

Переход с принудительной на естестванную подачу смеси существенно упрощает гаэоанализатор и повышает еrа надежность, отпадает необходимость н побудителе я стабилизаторе расхода, протинапылевых фильтрах и других узлах подготовки и подачи анализир.емой смеси. При этом исчезает и непостоянство скорости подачи, обусловленное несовершенством побудителей и стабилизаторов расхода и влияющее на результаты измерения, а значит повышает точность газоанализатора.

Энергоемкость и габариты устройства, реализующего с>особ, снижаются из-за отсутствия указанных узлов подготовки и принудительной подачи анализируемой смеси. имеющих значительные габариты и потребляк>щих электдоэнерги»> » в частности побудитель расхода)„ а также из-эа существенно меньших габаритов и потребления совмещенного узла термафильтр-датчик, что в свою очередь объясняется меньшими габаритами и потребгением термофильтра., распаложеннага в камере датчика и,следонательна, не имеющего собственной арматуры крепления и аконтуривающего каталитическую поверхность герметического металлического кожуха„ дополнительно рассеивающего тепло, полученное электронагревам.

Предл:-таемый способ обеспечит широкое применение приборов контроля на нефтеперерабатывающих заводах, улучшит . контроль за качеством сжигания топлива, ч o обеспечит экономичные режимы,и снизит количестно загрязняющих атмосферу вредных примесей.