CN109632667B - 光谱和浓度间映射关系的获得方法 - Google Patents

光谱和浓度间映射关系的获得方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光谱和浓度间映射关系的获得方法，所述光谱和浓度间映射关系的获得方法包括以下步骤：(A1)气体通入酸溶液中，水和酸混合气逸出液面，并通过伴热管线传送到气体室；(A2)获得气体室内水和酸混合气的光谱；收集水和酸混合气，经分析获得酸气体浓度值；(A3)在所述光谱内选择波段，该波段内酸没有吸收，水有吸收；利用所述光谱以及水的光谱，解析出纯酸光谱，从而建立纯酸光谱和浓度间的映射关系。本发明具有准确、方便等优点。

Description

光谱和浓度间映射关系的获得方法
技术领域
本发明涉及光谱分析，特别涉及光谱和浓度间映射关系的获得方法。
背景技术
目前烟气成分检测中含硫气体仅检测SO2，但实际烟气产生过程中有部分SO2会被氧化为SO3，该部分含硫气体具有比SO2更强的成霾能力，因此对于烟气排放中的SO3的监测十分必要。
目前对于烟气中SO3含量监测方法一般采用GB/T 21508-2008燃煤烟气脱硫设备性能测试方法附录C烟气中SO3浓度的测定方法。该方法为化学测定法，操作繁琐复杂。
另外报道了一种通过FTIR红外吸收法监测SO3含量的方法，该方法通过将SO2标气在催化剂存在条件下，被氧化为SO3气体，然后将生成的SO3气体稀释到不同浓度从而构建FTIR的分析模型。该方法的主要不足在于：
构建SO3分析模型的装置比较复杂，需要精密控制SO2氧化生成SO3的反应条件，操作控制复杂，且生成的SO3气体不纯净，含有SO2、O3等气体，且SO2及SO3光谱重叠度高，严重影响了FTIR分析模型的准确性。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种映射关系准确、操作方便、低成本的光谱和浓度间映射关系的获得方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
光谱和浓度间映射关系的获得方法，所述光谱和浓度映射关系的获得方法包括以下步骤：
(A1)气体通入酸溶液中，水和酸混合气逸出液面，并通过伴热管线传送到气体室；所述酸溶液浓度为82％-95％；
(A2)获得气体室内水和酸混合气的光谱；
收集水和酸混合气，经分析获得酸气体浓度；
(A3)在所述光谱内选择波段，该波段内酸没有吸收，水有吸收；利用所述光谱以及水的光谱，解析出纯酸光谱，从而建立纯酸光谱和浓度间的映射关系。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.无需催化方法获得SO3，无需控制反应条件，仅需往高浓度硫酸中通气，带出部分SO3气体即可，方便快捷，也降低了成本；
2.使用离子色谱法或化学分析法准确地获得硫酸根含量，再利用获得的光谱，通过解析建立准确的映射关系。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的光谱和浓度间映射关系的获得方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的水和硫酸气体的光谱图；
图3是根据本发明实施例的纯硫酸的光谱图；
图4是根据本发明实施例的三氧化硫和硫酸气体的光谱图；
图5是根据本发明实施例的纯三氧化硫的光谱图。
具体实施方式
图1-5和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的光谱和浓度间映射关系的获得方法的流程图，如图1所示，所述光谱和浓度间映射关系的获得方法包括以下步骤：
(A1)气体通入酸溶液中，水和酸混合气逸出液面，并通过伴热管线传送到气体室；
伴热管线内的温度大于100度，防止水冷凝；
(A2)获得气体室内水和酸混合气的光谱；
收集水和酸混合气，如在吸收瓶中被吸收，检测酸根离子含量M，经分析获得酸气体浓度
Figure BDA0001921121340000031
V为吸收的水和酸混合气的体积；
(A3)在所述光谱内选择波段，该波段内酸没有吸收，水有吸收，通入酸中的气体没有吸收或吸收已知；利用所述光谱以及水的光谱，解析出纯酸光谱，从而建立纯酸光谱和浓度间的映射关系，具体为：
Figure BDA0001921121340000032
Figure BDA0001921121340000033
为纯水光谱在所述波段内多个波长处的强度，S混合-i为所述水和酸混合气的光谱在选择波段内多个波长处的强度；
Figure BDA0001921121340000034
和S混合-i对应的波长相同，如
Figure BDA0001921121340000035
和S混合-1对应的波长相同，
Figure BDA0001921121340000036
和S混合-20对应的波长相同；
纯酸光谱
Figure BDA0001921121340000037
Figure BDA0001921121340000038
为纯水光谱，从而建立纯酸光谱S纯酸和浓度C间的映射关系。
实施例2：
根据本发明实施例1的光谱和浓度间映射关系在三氧化硫中的应用例。
本发明应用例的光谱和浓度间映射关系的获得方法包括以下步骤：
(A1)高纯氮气通入硫酸溶液中，水和硫酸混合气逸出液面，并通过伴热管线传送到气体室；
硫酸溶液浓度为82％-95％，硫酸容器处于恒温状态，如90度，伴热管线内的温度大于200度，气体室也被加热超过200度；
(A2)利用傅里叶光谱仪获得气体室内水和硫酸混合气的光谱，如图2所示；
利用吸收瓶收集水和硫酸混合气，混合气体积为V1，经分析获得硫酸根含量
Figure BDA0001921121340000041
从而获得硫酸气体浓度值
Figure BDA0001921121340000042
(A3)在所述光谱内选择波段：2000-2100波数，该波段内硫酸没有吸收，水有吸收，氮气没有吸收；利用所述光谱以及水的光谱，解析出纯硫酸光谱，从而建立硫酸光谱和浓度值间的映射关系，具体为：
Figure BDA0001921121340000043
Figure BDA0001921121340000044
为纯水光谱在所述波段内多个波长处的强度，S混合-i为所述水和硫酸的光谱在选择波段内多个波长处的强度，对应的波长均从2000波数递增到2100波数，每次递增4个波数；
纯硫酸光谱
Figure BDA0001921121340000045
如图3所示，
Figure BDA0001921121340000046
为纯水光谱，从而建立纯硫酸光谱
Figure BDA0001921121340000047
和浓度
Figure BDA0001921121340000048
间的映射关系；
(A4)高纯氮气体通入硫酸中，硫酸浓度大于98％，三氧化硫和硫酸混合气逸出液面，并通过伴热管线传送到气体室；
所述气体室和伴热管线的工作条件和步骤(A1)相同；
(A5)利用傅里叶光谱仪获得气体室内三氧化硫和硫酸混合气的光谱，如图4所示；
利用吸收瓶收集三氧化硫和硫酸混合气，混合气体积为V2，经分析获得硫酸根含量
Figure BDA0001921121340000051
包含了三氧化硫和硫酸气体的含量；
(A6)在所述三氧化硫和硫酸的光谱内选择波段：900-1200波数，该波段内三氧化硫没有吸收，硫酸有吸收，氮气没有吸收；利用所述三氧化硫和硫酸的光谱以及硫酸光谱，解析出纯三氧化硫光谱以及硫酸气体含量，具体为：
Figure BDA0001921121340000052
Figure BDA0001921121340000053
为硫酸光谱在选择波段内多个波长处的强度，S混合-i为所述三氧化硫和硫酸的光谱在选择波段内多个波长处的强度；
纯三氧化硫光谱
Figure BDA0001921121340000054
如图5所示，
Figure BDA0001921121340000055
为纯硫酸光谱；
硫酸气体含量
Figure BDA0001921121340000056
Figure BDA0001921121340000057
为步骤(A2)中获得的硫酸气体的浓度，并根据的硫酸根含量
Figure BDA0001921121340000058
获得三氧化硫含量
Figure BDA0001921121340000059
(A7)利用步骤(A5)中的硫酸根含量
Figure BDA00019211213400000510
及步骤(A6)中的硫酸气体含量
Figure BDA00019211213400000511
获得三氧化硫的含量
Figure BDA00019211213400000512
三氧化硫的浓度
Figure BDA00019211213400000513
(A8)根据三氧化硫光谱和浓度，从而建立三氧化硫光谱和浓度间的映射关系。
烟气中三氧化硫浓度的检测方法，所述检测方法为：
获得三氧化硫的光谱；
利用步骤(A8)中的映射关系以及三氧化硫的光谱，从而获得三氧化硫的浓度。

Claims (9)

1.光谱和浓度间映射关系的获得方法，所述光谱和浓度映射关系的获得方法包括以下步骤：
(A1)气体通入酸溶液中，水和酸混合气逸出液面，并通过伴热管线传送到气体室；
(A2)获得气体室内水和酸混合气的光谱；
收集水和酸混合气，经分析获得酸气体浓度值；
(A3)在所述光谱内选择波段，该波段内酸没有吸收，水有吸收，通入酸溶液的所述气体没有吸收或吸收已知；利用所述光谱以及水的光谱，解析出纯酸光谱，从而建立纯酸光谱和浓度值间的映射关系；
纯酸光谱解析的方式为：
Figure FDA0003156698270000011
Figure FDA0003156698270000012
为纯水光谱在所述波段内多个波长处的强度，S混合-i为所述水和酸混合气的光谱在选择波段内多个波长处的强度；
纯酸光谱
Figure FDA0003156698270000013
Figure FDA0003156698270000014
为纯水光谱。
2.根据权利要求1所述的光谱和浓度间映射关系的获得方法，其特征在于：所述酸是硫酸，硫酸溶液浓度为82％-95％。
3.根据权利要求2所述的光谱和浓度间映射关系的获得方法，其特征在于：所述光谱和浓度间映射关系的获得方法进一步包括以下步骤：
(A4)气体通入硫酸中，三氧化硫和硫酸混合气逸出液面，并通过伴热管线传送到气体室；所述硫酸浓度大于98％；
(A5)获得气体室内三氧化硫和硫酸混合气的光谱；
收集三氧化硫和硫酸混合气，经分析获得硫酸根含量；
(A6)在所述三氧化硫和硫酸的光谱内选择波段，该波段内三氧化硫没有吸收，硫酸有吸收；利用所述三氧化硫和硫酸的光谱以及硫酸光谱，解析出纯三氧化硫光谱以及硫酸气体含量；
(A7)利用所述硫酸根含量及步骤(A6)中的硫酸气体含量获得三氧化硫的含量；
(A8)根据三氧化硫光谱和浓度，从而建立三氧化硫光谱和浓度间的映射关系。
4.根据权利要求2或3所述的光谱和浓度间映射关系的获得方法，其特征在于：硫酸保持恒温，伴热管线内的温度超过200度。
5.根据权利要求3所述的光谱和浓度间映射关系的获得方法，其特征在于：含有硫酸的气体被通入吸收瓶内，通过分析吸收瓶内溶液中硫酸根离子含量获得硫酸气体含量，或硫酸和三氧化硫气体含量之和。
6.根据权利要求2或3所述的光谱和浓度间映射关系的获得方法，其特征在于：在选择的波段内，通入硫酸中的气体没有吸收或吸收已知。
7.根据权利要求1所述的光谱和浓度间映射关系的获得方法，其特征在于：
Figure FDA0003156698270000021
和S混合-i对应的波长相同。
8.根据权利要求3所述的光谱和浓度间映射关系的获得方法，其特征在于：纯三氧化硫光谱和硫酸气体含量的解析方式为：
Figure FDA0003156698270000022
Figure FDA0003156698270000023
为硫酸光谱在选择波段内多个波长处的强度，S混合-i为所述三氧化硫和硫酸的光谱在选择波段内多个波长处的强度；
纯三氧化硫光谱
Figure FDA0003156698270000024
Figure FDA0003156698270000025
为纯硫酸光谱；
硫酸气体含量
Figure FDA0003156698270000031
Figure FDA0003156698270000032
为步骤(A2)中获得的硫酸气体的浓度。
9.三氧化硫含量的检测方法，所述三氧化硫含量的检测方法为：
获得三氧化硫的光谱；
利用权利要求3中三氧化硫光谱和浓度间的映射关系以及三氧化硫的光谱，获得三氧化硫的含量。
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