Устройство для определения содержания углеводородов в грунтах

Авторы патента:

G01N33/24 - грунтов (G01N 33/42 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2488820:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Мета-хром" (RU)

Изобретение относится к области качественного и количественного анализа состава грунтов при определении территорий предполагаемых месторождений нефти, а также при бурении скважин в местах предполагаемых месторождений нефти. В устройстве, содержащем снабженную нагревателем и терморегулятором-программатором температуры, расположенную вертикально трубчатую печь с коаксиально расположенным в ней цилиндрическим контейнером с образцом грунта, вход которой соединен с трубопроводом с побудителем расхода инертного газа, а выход через легкоразъемное соединение соединен с датчиком углеводородов, в качестве которого использован пламенно-ионизационный детектор, на входе которого установлен кварцевый капилляр, а контейнер для грунта выполнен в виде тонкостенного стакана из нержавеющей стали с пористым дном, обращенным к входу трубчатой печи. Достигается повышение точности и информативности анализа. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для качественного и количественного анализа грунтов на наличие и фракционный состав углеводородов в грунтах при определении территорий предполагаемых месторождений нефти.

Уровень техники

Известно устройство для определения содержания органических веществ в грунтах RU 59836 U1. Известно также устройство RU 84566 U1, работающее по принципу определения химического потребления кислорода при сжигании органических веществ в пробе.

Недостатками данных устройств являются невозможность определения фракционного состава углеводородов в грунтах, а также низкая точность измерения, обусловленная окислением компонентов, не относящихся к искомым компонентам, что приводит к дополнительному расходу кислорода.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является определение качественного и количественного состава углеводородов, содержащихся в грунтах на месте предполагаемых месторождений нефти. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем снабженную нагревателем и регулятором-программатором температуры, расположенную вертикально трубчатую печь с коаксиально расположенным в ней цилиндрическим контейнером с образцом грунта, вход которой соединен трубопроводом с побудителем расхода инертного газа, а выход через легкоразъемное соединение соединен с датчиком углеводородов, в качестве датчика углеводородов использован пламенно-ионизационный детектор, на входе которого установлен кварцевый капилляр, а контейнер для грунта выполнен в виде тонкостенного стакана из нержавеющей стали с пористым дном, обращенным к входу печи, при этом трубопровод, связывающий побудитель расхода инертного газа с входом трубчатой печи, снабжен теплообменником, расположенным на входе трубчатой печи. В состав устройства могут быть включены детектор по теплопроводности, вход сравнительной ячейки которого соединен с побудителем расхода инертного газа, а выход сравнительной ячейки через трубопровод - с входом трубчатой печи, который также связан через пневмосопротивление с побудителем расхода кислорода, при этом вход измерительной ячейки детектора по теплопроводности через распределительный кран соединяется со вторым побудителем расхода инертного газа или с выходом трубчатой печи, а выход измерительной ячейки детектора по теплопроводности соединен с атмосферой.

Описание чертежей

На Фиг.1 представлена общая схема предлагаемого устройства.

Осуществление изобретения

Устройство состоит из снабженной нагревателем 1 и регулятором-программатором температуры 2, расположенной вертикально трубчатой печи 3 с коаксиально расположенным в ней цилиндрическим металлическим стаканом 4, имеющим пористое дно 5, в который помещен образец исследуемого грунта 6. Внутренний объем стакана 4 через кварцевый капилляр 7 соединен с входом пламенно-ионизационного детектора 8, на выходе которого формируется сигнал в виде электрического тока, величина которого пропорциональна количеству молекул углеводородов, находящихся в данный момент времени в ионизационной камере детектора 8. Выходной сигнал детектора 8 через электрометрический усилитель 9 подается на вход регистратора 10 сигнала детектора 8, в качестве которого может быть использован самописец или персональный компьютер, на входе которого имеется аналого-цифровой преобразователь. Внутренний объем стакана 4 соединен также через трубопровод 11 с распределительным краном 12, два других порта которого соединены соответственно с побудителем расхода 13 гелия и входом измерительной ячейки 14 детектора по теплопроводности 15, сравнительная ячейка которого связана своим входом со вторым побудителем расхода 17, а выходом - с трубопроводом 18, через который поток гелия поступает сначала в теплообменник 19, а затем через пористое дно 5 стакана 4 и образец грунта 6 вместе десорбировавшими с грунта 6 углеводородами во внутренний объем стакана 4. Вход теплообменника 19 связан также через пневмосопротивление 20 с побудителем расхода кислорода 21.

Устройство работает следующим образом. Потоки гелия из формирователей потоков 17 и 13 поступают в сравнительную 16 и измерительную 14 ячейки детектора по теплопроводности 15, на выходе измерительного моста которого формируется сигнал в виде базовой линии. С выхода сравнительной ячейки 16 детектора по теплопроводности 15 поток гелия через трубопровод 18 поступает в теплообменник 19, имеющий температуру, равную температуре трубчатой печи 3, величина которой поддерживается постоянной регулятором-программатором температуры 2, связанным с нагревателем 1 трубчатой печи 3, выполняющим также функцию датчика температуры. Нагретый до температуры трубчатой печи 3 гелий через пористое дно 5 стакана 4 поступает во внутренний объем стакана 4, заполненного исследуемым грунтом 6, который предварительно обезвожен, а также размолот и отсеян для целей получения однородности фракций грунта, подвергающихся исследованию. Пройдя через грунт 6, гелий вместе с десорбировавшими при данной температуре газообразными углеводородами поступает через кварцевый капилляр 7 в горелку пламенно-ионизационного детектора 8, где при сгорании углеводородов образуются ионы, формирующие ток детектора 8, который прямо пропорционален количеству молекул углеводородов, проходящих через горелку детектора 8 в единицу времени. Сигнал детектора 8 усиливается электрометрическим усилителем 9 и регистрируется самопишущим потенциометром 10 или персональным компьютером, снабженным аналого-цифровым преобразователем и соответствующей программой. Начальная температура трубчатой печи 3 устанавливается обычно в диапазоне 25÷30°C, т.е. выбирается температура, при которой не наблюдается активной десорбции углеводородов. После включения и стабилизации системы включается режим линейного программирования температуры трубчатой печи 3.

По мере роста температуры трубчатой печи 3 и соответственно температуры исследуемого образца грунта 6 из него будут десорбироваться, переходя в газообразное состояние, углеводороды, температура кипения которых соответствует текущим значениям температуры печи 3. Пары углеводородов, вытесняемые гелием из внутреннего объема стакана 4, через кварцевый капилляр 7 поступают в горелку пламенно-ионизационного детектора 8, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный количеству молекул углеводородов, проходящих через горелку в единицу времени. Сигнал регистрируется регистратором 10 в виде кривой, отклонение которой от базовой линии соответствует количеству углеводородов, десорбировавших из грунта 6 при текущей температуре печи 3. Площадь, заключенная между кривой, полученной в результате полного цикла программирования температуры трубчатой печи 3, и базовой линией пламенно-ионизационного детектора, соответствует количеству углеводородов, десорбировавших из грунта 6. Фракционный состав углеводородов, десорбировавших из грунта 6, определяется путем измерения площадей участков под кривой, заключенных между значениями температуры по оси абсцисс, соответствующих температурам десорбции соответствующих компонентов. После окончания цикла программирования температуры, верхнее значение температуры которого составляет 400÷450°С, в грунте 6 еще остаются молекулярно связанные с грунтом 6 молекулы углеводородов. Для определения их количества в грунте 6 в стакан 4 через пневмосопротивление 19 подается кислород, поток которого формируется формирователем потока кислорода 20, а также формируется вторая программа подъема температуры печи 3 от 400 до 850°С, в процессе реализации которой происходит пиролиз оставшихся углеводородов, т.е. превращение в CO₂, количество которого соответствует количеству углеводородов. В связи с тем, что пламенно-ионизационный детектор 8 не регистрирует CO₂, измерение его количества осуществляется с помощью детектора по теплопроводности 15. Для этого перед началом второго этапа программирования температуры трубчатой печи 3 распределительный кран 12 переводится в положение, при котором внутренний объем стакана 4 через трубопровод 11 и кран 12 соединяется со входом измерительной ячейки 14 детектора по теплопроводности 15, при этом поток гелия из стакана 4 вместо пламенно-ионизационного детектора 8 поступает в измерительную ячейку 14 детектора 15, т.к. пневматическое сопротивление кварцевого капилляра 7 более чем в десять раз больше, чем пневматическое сопротивление трубопровода 11 и ячейки 14 детектора 15. Кварцевый капилляр 7 на входе пламенно-ионизационного детектора 8 необходим также для исключения утечки водорода из горелки пламенно-ионизационного детектора 8 во время разгерметизации системы, необходимой для замены стакана 4 на новый с очередным образцом грунта 6. Соединение входа измерительной ячейки 14 детектора 15 с внутренним объемом стакана 4 не приводит к разбалансу измерительного моста детектора 15, т.к. его балансировка производится именно в этом режиме работы, а величина расхода потока гелия, формируемого формирователем 13, подбирается таким образом, что при переключении крана 12 в исходное состояние баланс измерительного моста детектора 15 не нарушается. После перевода крана 12 в положение, при котором производится определение количества CO₂, в стакан 4 подается кислород и включается режим программирования температуры с 400 до 850°C с максимальной скоростью, при этом продукты, получаемые в результате пиролиза, поступают в измерительную ячейку 14 детектора 15, где производится измерение их количества и регистрация регистратором 10 результатов измерения. Количество кислорода, поступающего в стакан 4, не превышает 0,5 мл/мин.

1. Устройство для определения содержания углеводородов в грунтах, содержащее снабженную нагревателем и регулятором-программатором температуры, расположенную вертикально трубчатую печь с коаксиально расположенным в ней цилиндрическим контейнером с образцом грунта, вход которой соединен трубопроводом с побудителем расхода инертного газа, а выход через легкоразъемное соединение соединен с датчиком углеводородов, отличающееся тем, что в качестве датчика углеводородов использован пламенно-ионизационный детектор, на входе которого установлен кварцевый капилляр, а контейнер для грунта выполнен в виде тонкостенного стакана из нержавеющей стали с пористым дном, обращенным к входу трубчатой печи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод, связывающий побудитель расхода инертного газа с входом трубчатой печи, снабжен теплообменником, расположенным на входе трубчатой печи.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в состав устройства включен детектор по теплопроводности, вход сравнительной ячейки которого соединен с побудителем расхода инертного газа, а выход сравнительной ячейки через трубопровод с входом трубчатой печи, который также связан через пневмосопротивление с побудителем расхода кислорода, при этом вход измерительной ячейки детектора по теплопроводности через распределительный кран соединяется со вторым побудителем расхода инертного газа или с выходом трубчатой печи, а выход измерительной ячейки детектора по теплопроводности соединен с атмосферой.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. .

Способ выделения структурных отдельностей почвы // 2485500

Изобретение относится к области физики почв и предназначено для получения структурных отдельностей. .

Способ отбора проб для анализа почвы // 2485499

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для отбора проб для анализа почвы. .

Способ определения усредненной степени восстановленности торфяных почв // 2485498

Изобретение относится к области почвоведения и предназначено для определения усредненной степени восстановленности торфяных почв. .

Способ определения загрязнения почвы химическими элементами // 2482479

Изобретение относится к промышленной экологии, сельскому хозяйству, промышленному и гражданскому строительству. .

Способ определения токсичности почвы методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий paramecium caudatum ehrenberg // 2482478

Изобретение относится к области сельского хозяйства, экологии и может быть использовано для определения токсичности почвы методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg.

Способ изготовления стандартного образца состава низинного торфа // 2482477

Изобретение относится к области биологии и может быть использовано при проведении химических анализов многокомпонентных веществ. .

Способ измерения продольного сопротивления почвы рабочим органам с-х машин // 2481575

Изобретение относится к области испытаний с-х машин, в частности для измерения продольного сопротивления почвы рабочим органам с-х машин и агрегатов, и может быть использовано для создания более точных и адекватных приборов.

Способ определения эффективности биодеградации углеводородов нефти в нативных и загрязненных почвах // 2477472

Изобретение относится к биотехнологии защиты окружающей среды в нефтедобывающей промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано для определения углеводород-деградирующего потенциала почвенной микробиоты.

Способ прямого измерения концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах при извлечении его углеаммонийным экстрагентом и устройства для его осуществления // 2474809

Изобретение относится к химическим методам анализа почв и может быть использовано для прямого измерения концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах при извлечении его углеаммонийным экстрагентом.

Способ определения токсичности почв // 2490630

Изобретение относится к области экологии и предназначено для определения токсичности почв

Способ установления величины пирогенного изменения мощности слоя торфа на участке мелиорируемых земель // 2491547

Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для установления величины пирогенного изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях

Способ получения образцов грунта ненарушенной структуры // 2494396

Изобретение относится к исследованию прочностных характеристик грунтов, а именно к получению почвенных и грунтовых проб определенных размеров ненарушенной структуры. Способ включает установку в вертикальное положение устройства в виде заключенного в корпусе металлического полого цилиндра, по внутренней и внешней стенке которого приварен режущий элемент в виде спирали, опускание цилиндра на заданную глубину при его вращении с вырезанием почвенного образца цилиндрической формы. Достигается упрощение и повышение надежности при получении образцов. 1 ил.

Способ дистанционного определения деградации почвенного покрова // 2497112

Способ дистанционного определения деградации почвенного покрова. Способ включает зондирование подстилающей поверхности, содержащей тестовые участки многоканальным спектрометром, установленнЫм на аэрокосмическом носителе с одновременным получением изображений на каждом канале; расчет методом зональных отношений амплитуд сигналов в каналах частных индексов деградации, а именно процентного содержания гумуса (Н), индекса засоленности (NSI) и индекса влагопотерь (W); определение интегрального показателя деградации D по многопараметрической регрессивной зависимости, вида: D = ( H 0 H ) 1,9 ⋅ ( N S I N S I 0 ) 0,5 ⋅ ( W 0 W ) 0,3 пересчет значениЙ пикселей яркости изображений в масштабе вычисленного показателя деградации каждого пикселя; выделение контуров их результирующих изображений с установленными градациями степени деградации. (Н0, NSI0, W0) - значения частных индексов деградации для тестовых эталонных участков. Технический результат заключается в повышении оперативности и достоверности определения степени деградации почвенного покрова. 5 ил., 3 табл.

Способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя // 2498014

Изобретение относится к строительному производству и предназначено для определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя. Способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя включает бурение скважины перед началом его промерзания, отбор образцов грунта, измерение глубины сезонного протаивания ξ, определение на образцах плотности сухого грунта ρd,th. Дополнительно бурение скважин производят после промерзания сезоннопротаивающего слоя, на образцах дополнительно определяют плотность сухого грунта после промерзания сезоннопротаивающего слоя ρd,f, а величина пучения определяется по приведенной зависимости. Технический результат состоит в снижении трудоемкости работ, повышении точности определения величины пучения, обеспечении снижения материалоемкости. 2 ил., 5 табл.

Способ комплексной оценки экологического состояния почв // 2501009

Изобретение относится к области экологии и предназначено для оценки экологического состояния почв. Отбирают пробы незагрязненной фоновой почвы и загрязненной тяжелыми металлами или нефтью и нефтепродуктами и для каждой пары образцов почв определяют численность аммонифицирующих бактерий, численность микроскопических грибов, обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы, активность инвертазы, всхожесть редиса. ИПС почвы рассчитывают по формуле: ИПС=Σ(Пзагрi/Пфонi)×100%/n, где Пзагрi - значение i-го показателя (численность аммонифицирующих бактерий, млн/г, численность микроскопических грибов, млн/г, обилие бактерий рода Azotobacter, % активность каталазы, мл O2/мин, активность инвертазы, мл глюкозы/24 ч, всхожесть редиса, % для загрязненной почвы, Пфонi - значение i-го/мин, показателя для незагрязненной почвы, n - число показателей (n=6). По снижению ИПС определяют экологическое состояние почв. Если значение ИПС в загрязненной почве более 95% констатируют нормальное экологическое состояние почвы. При снижении ИПС до 90-95% констатируют удовлетворительное состояние. При снижении ИПС до 75-90% констатируют неблагополучное состояние. При снижении ИПС ниже 75% констатируют катастрофическое состояние. Заявленный способ позволяет быстро и точно оценить экологическое состояние почвы. 17 табл., 2 пр.

Способ контроля дыхания почвы в посеве // 2507517

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для контроля дыхания почвы в посеве. Для этого выполняют выбор в посеве контролируемого участка и его подготовку, процедуру контроля дыхания почвы на выбранном в посеве контролируемом участке путем измерения величины накопления (убыли) газообразного дыхательного субстрата CO2 (O2) в герметичной камере, которой накрывают контролируемый участок. Подготовка контролируемого участка дополнительно включает такой посев семян, при котором часть участка оставляют незасеянной. Для измерения используют отдельно и поочередно две разные герметичные камеры, с помощью одной из которых полностью накрывают только засеянную растениями часть контролируемого участка посева, а с помощью другой дополнительно к указанной выше площади накрывают частично или полностью также незасеянную часть контролируемого участка посева. При этом величину дыхания почвы, приходящейся на площадь контролируемого участка посева, рассчитывают путем определения разности между результатами измерений, полученными с помощью указанных выше герметичных камер, умноженной на величину отношения площади контролируемого участка посева к разности площадей оснований двух указанных выше герметичных камер. Изобретение обеспечивает возможность исследования в полевых условиях и одновременно не нарушает целостности взаимодействия корневой и наземной части растений. 1 ил.

Способ установления величины изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях // 2513837

(57) Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения величины изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях. Способ включает устройство разрезов, измерение мощности слоя оболочек почвенных биологических организмов в конце и начале периода наблюдения и расчет. При этом измеряют мощность уплотненного слоя оболочек раковинных амеб. Величину изменения мощности слоя торфа рассчитывают по формуле Нсраб=a·h, где Нсраб - величина уменьшения мощности слоя торфа, см; h - мощность уплотненного слоя оболочек раковинных амеб, см; а - коэффициент. Коэффициент а определяют по формуле а=(H1-H2)/(h1-h2), где Н2, H1 - мощности слоя торфа и h2, h1 - мощности уплотненного слоя оболочек раковинных амеб, соответственно в конце и начале периода наблюдения. Способ позволяет быстро и точно определить величину изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях. 1 пр.

Способ определения коэффициента фильтрации грунта // 2513849

Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения коэффициента фильтрации плывунного грунта в зоне распространения подзолистых почв. Через образец грунта пропускают поток воды. На поверхности образца грунта размещают грузик. Фиксируют начало погружения грузика. Измеряют параметры образца и потока воды. Рассчитывают по измеренным показателям коэффициент фильтрации грунта. Фиксируют величину концентрации фульвокислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта. При снижении величины концентрации на 10% от начального значения вводят в поток воды, направляемый в образец грунта, раствор фульвокислоты, восстанавливая величину концентрации фульвокислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта, до начального значения. Использование заявленного способа расширяет функциональные возможности определения коэффициента фильтрации грунта, позволяет быстро и точно определить коэффициент фильтрации грунта, подверженного воздействию фульвокислоты, в зоне распространения подзолистых почв. 1 табл., 1 пр.

Способ определения поражения горной долины лавинообразным потоком // 2518447

Изобретение относится к области экологии, в частности к способам выявления признаков природных катастроф, и может найти применение при оценке опасности поражения территорий. Способ включает фитоиндикацию по возрасту древесной растительности. Определение верхней границы поражения горной долины лавинообразным потоком, при сходе которого на склонах долины не остается растительности, проводят путем измерения разности высот между дном долины и нижней границей фитоиндикатора - коренных березняков, произрастающего над пораженным склоном; оценку даты поражения устанавливают путем измерения количества годичных колец на кернах древесины, высверленных возрастным буром, или на поперечных спилах у оснований стволов, на уровне корневой шейки наиболее крупных деревьев в новообразованных древостоях, возобновляющихся в зоне поражения ниже коренных березняков. Способ позволяет повысить эффективность выявления признаков опасных природных явлений. 1 ил., 1 пр.