CN110998290B - 确定乙烯中的杂质气体的方法和测量系统 - Google Patents

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Abstract

为了确定纯度大于99％的乙烯中的杂质气体，用光(14)透射在测量单元(1)中的乙烯的样品(2)，其中改变光(14)的波长，以根据波长来扫描杂质气体的选定的吸收线。在透射样品(2)之后检测光(14)，以便根据在被扫描的吸收线的位置处的、光(14)的波长特定的吸收来确定杂质气体的浓度。杂质气体的乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度分别根据在它们的以下吸收线之一处的吸收被确定：‑在3.02575μm、3.0223μm、3.0099μm或7.423μm处的乙炔吸收线，‑在4.2347μm、4.2396μm、4.23225μm或4.2875μm处的二氧化碳吸收线，‑在4.61μm、4.58765μm或4.74515μm处的一氧化碳吸收线，‑在6.1496μm、6.4046μm、6.4066μm或6.18425μm处的氨吸收线。

Description

确定乙烯中的杂质气体的方法和测量系统
技术领域
本发明涉及用于确定纯度大于99％的乙烯中的杂质气体的方法和测量系统。
背景技术
乙烯是化学工业中最重要的原料之一，也是多种石化产品(例如聚乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、乙酸纤维素)的原料。乙烯的生产在工业规模上通过在存在蒸汽时将石油馏分(例如石脑油、粗柴油)或气态烃(蒸汽裂解)热裂解来实现。生成的裂化气体经过多级蒸馏处理，直至获得包括乙烯在内的纯的最终产品。蒸馏是高开销的，因为需要非常高的纯度。例如乙烯的纯度必须超过99％，以便能够用于聚合。
为了满足乙烯生产中的高纯度要求并且在必要时能够影响过程，需要快速测量最终产品中的杂质气体的最小浓度。
P.Kluczynski等人在《应用物理B：激光与光学》、2011年第2期、第427-434页的“在乙烯和聚乙烯制造过程中使用可调谐半导体激光光谱法在3μm范围中检测乙炔杂质”显示了一种可行方案，通过半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy-TDLAS)在2975和3125nm之间的乙炔吸收带中在0-5ppm的测量范围内检测乙炔(Ethin)对纯乙烯的污染，其不受乙烯、乙烷、丙烷和丙烯(Propen)等破坏性碳氢化合物的影响。在此波长间隔中存在很强的隔离的乙炔线，在研究中使用大约3059.56nm的吸收线来确定乙炔浓度。根据波长调制光谱法(WMS)进行测量，其中，在关注的吸收线上周期性地改变可调谐的半导体激光器的光的波长，并且还以高频和小幅度对其进行正弦调制；在透射被乙炔污染的乙烯后检测光强度，并以两倍的调制频率(2f-WMS)进行评估。
发明内容
本发明的目的是，在制造乙烯时检测乙烯的纯度。
因此，本发明涉及一种用于确定纯度大于99％的乙烯中的杂质气体的方法，其中，用光透射在测量单元中的乙烯的样品，改变光的波长，以根据波长来扫描杂质气体的选定的吸收线，在透射样品之后检测光，并且根据在被扫描的吸收线的位置处的、光的波长特定的吸收来确定杂质气体的浓度，其中，杂质气体乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度分别根据它们的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在3.02575μm、3.0223μm、3.0099μm或7.423μm处的乙炔吸收线，
-在4.2347μm、4.2396μm、4.23225μm或4.2875μm处的二氧化碳吸收线，
-在4.61μm、4.58765μm或4.74515μm处的一氧化碳吸收线，
-在6.1496μm、6.4046μm、6.4066μm或6.18425μm处的氨吸收线。
本发明还涉及一种用于确定纯度大于99％的乙烯中的杂质气体的测量系统，该测量系统具有：用于接收乙烯的样品的测量单元，在波长方面能调节的并且透射测量单元的光源，控制光源的控制装置，在透射样品之后检测光源的光的检测器、以及位于检测器的下游的评估装置，该评估装置根据杂质气体对光的波长特定的吸收来确定杂质气体的浓度，其中，光源和控制装置被设计用于以一个范围调节光的波长，该范围对于杂质气体乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨中的每一种分别包括以下吸收线之一，并且评估装置被设计用于根据在以下吸收线之一处的吸收分别确定杂质气体乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度：
-在3.02575μm、3.0223μm、3.0099μm或7.423μm处的乙炔吸收线，
-在4.2347μm、4.2396μm、4.23225μm或4.2875μm处的二氧化碳吸收线，
-在4.61μm、4.58765μm或4.74515μm处的一氧化碳吸收线，
-在6.1496μm、6.4046μm、6.4066μm或6.18425μm处的氨吸收线。
被测量的杂质气体(目标气体)乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度对乙烯的质量和进一步的可用性有决定性作用。这些目标气体的预期浓度在0至10ppm的范围内，但是它们的测量在足够的光谱分辨率方面受到乙烯的强烈吸收以及其他杂质气体(如水、氢气、甲烷和乙烷)的阻碍。根据本发明用于确定所提及的目标气体的浓度的吸收线具有的优点是，吸收线不受或仅非常轻微地受产品气体的乙烯的或彼此的影响，并且因此能够以高达10ppb的证明极限进行精确的测量。
当前不能提供以下单光源，其调节范围足够大以便根据波长同时扫描不同目标气体的各自选定的吸收线，因此由包含多个单光源的一个光源产生透射样品的光。使用半导体激光器作为单光源，优先使用量子级联激光器(Quantum Cascade Laser-QCL)、带间级联激光器(Interband Cascade Laser-ICL)或具有垂直谐振器的表面发射激光器(VerticalCavity Surface Emitting Laser-VCSEL)。激光器能够实现为单独的激光器模块，或者以阵列的形式实现在基板上。能够通过光束组合器(例如光纤耦合器、半透明镜、准直器光学器件、折射、衍射或色散元件(例如棱镜或光栅))将不同激光器产生的光耦合到样品中，以在透射样品后入射到探测器上。激光器能够以时分多路复用被连续控制和/或为了对由激光器产生的光进行单独调制而被控制，以便能够在单独激光器之后单独评估检测到的光。
根据本发明方法的一个有利的改进方案，除了乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度外，另外根据以下吸收线之一中的吸收来确定其他杂质气体甲烷和/或乙烷的浓度：
-在3.53571μm、3.53595μm或3.58134μm处的甲烷吸收线。
-在6.40545μm、6.40574μm、6.40646μm、6.40707μm、6.40737μm、6.40782μm、6.4082μm或6.40962μm处的乙烷吸收线。
所谓的乙烷吸收线中的每一个能由于其与在6.4046μm或者6.4066μm处的上述的氨吸收线的相邻性而与这两个氨吸收线中的一个或另一个一起根据波长被扫描，从而对于乙烷测量不需要另外的激光。
这同样适用于，根据在6.1854μm处的水吸收线处的吸收来确定水的浓度，其中，在这种情况中，仅借助一个激光器就能对水吸收线和6.18425μm处的氨吸收线一起根据波长进行扫描。
根据本发明的方法的有利的改进方案提出，在确定不同的杂质气体的浓度时，还一起评估相邻的乙烯光谱，以便确定乙烯浓度，并进而确定在相应监控阶段的乙烯制造过程的生产率。详细地，以下乙烯吸收线能够与杂质气体的吸收线一起被扫描：
-在3.02575μm处的乙炔吸收线附近的、在3.02529μm、3.02556μm、3.02559μm、3.0258μm或3.02588μm处的乙烯吸收线；
-在3.0223μm处的乙炔吸收线附近的、在3.02217μm、3.02229μm、3.02235μm、3.02249μm或3.02265μm处的乙烯吸收线；
-在3.0099μm处的乙炔吸收线附近的、在3.00919μm、3.00937μm、3.00947μm、3.0096μm、3.00979μm、3.00993μm或3.00999μm处的乙烯吸收线；
-在7.423μm处的乙炔吸收线附近的、在7.42398μm、7.42435μm或7.42483μm处的乙烯吸收线；
-在4.2347μm处的二氧化碳吸收线附近的、在4.2343μm、4.2345μm或4.2348μm处的乙烯吸收线；
-在4.2396μm处的二氧化碳吸收线附近的、在4.2393μm、4.2394μm或4.2397μm处的乙烯吸收线；
-在4.23225μm处的二氧化碳吸收线附近的、在4.23168μm、4.23195μm、4.2322μm、4.2323μm或4.2328μm处的乙烯吸收线；
-在4.2875μm处的二氧化碳吸收线附近的、在4.2874μm、4.2876μm、4.2877μm或4.2878μm处的乙烯吸收线；
-在4.61μm处的一氧化碳吸收线附近的、在4.6096μm、4.6097μm、4.6098μm或4.6099μm处的乙烯吸收线；
-在4.58765μm处的一氧化碳吸收线附近的、在4.5872μm、4.5873μm、4.5875μm、4.5877μm、4.5878μm或4.5879μm处的乙烯吸收线；
-在4.74515μm处的一氧化碳吸收线附近的、在4.74417μm、4.7449μm、4.74517μm、4.74527μm或4.74537μm处的乙烯吸收线；
-在6.1496μm处的氨吸收线附近的、在6.1483μm、6.1484μm、6.14912μm、6.14965μm、6.14979μm、6.14996μm或6.15022μm处的乙烯吸收线；
-在6.4046μm或6.4066μm处的氨吸收线附近的、在6.40146μm、6.40156μm、6.40471μm、6.40594m或6.40651μm处的乙烯吸收线；
-在6.18425μm处的氨吸收线附近的、在6.181μm、6.182μm、6.1838μm、6.1841μm、6.1844μm、6.1866μm、6.1881μm、6.1883μm或6.1892μm处的乙烯吸收线；
-在3.53571μm或3.53595μm处的甲烷吸收线附近的、在3.53569μm、3.53577μm或3.53599μm处的乙烯吸收线；
-在3.58134μm处的甲烷吸收线附近的、在3.58107μm、3.58113μm、3.58115μm、3.58119μm、3.58129μm、3.58142μm、3.58145μm或3.58158μm处的乙烯吸收线；
-在6.40545μm、6.40574μm、6.40646μm、6.40707μm、6.40737μm、6.40782μm、6.4082μm或6.40962μm处的乙烷吸收线附近的、在6.40594μm、6.40651μm、6.40681μm、6.40906μm或6.40922μm处的乙烯吸收线。
在最后提到的从6.4μm到6.41μm的波长窗口中，还有上面已经提到的在6.4046μm和6.4066μm处的氨吸收线，因此仅用一个激光器就能同时测量氨、乙烷和乙烯。
光谱测量在测量单元中实现，在该测量单元中，乙烯样品优选保持在10mbar与200mbar之间的范围中的减小的压力中，其优选小于100mbar，特别优选在10mbar与30mbar之间的范围内，从而减小吸收线的宽度，并进而获得所需的光谱分辨率。特别地，以超过99％的浓度存在的乙烯的线宽度的减小导致为待测量的目标气体打开测量窗。通过从乙烯制造过程中连续或不连续地采集样品并将其引入测量单元中，提取式测量目标气体。气体压力在此从原始过程压力(通常为35bar)降低到所需的测量压力。
该测量优选在约15℃至50℃的温度范围内实现。过程温度也在该温度范围内。为了达到所需的检测极限和10ppb的准确度，识别或测量测量温度是有利的，以便在从检测到的波长特定的吸收计算得出目标气体(杂质气体)的浓度时考虑测量温度，或者例如通过调节使测量温度保持恒定。
为了获得高的测量灵敏度和期望的检测极限，能够使用具有多次折叠的射束路径的多程测量单元，该射束路径的长度在5m至100m之间，优选地在10m左右或大于10m。
能够根据直接吸收光谱法或波长调制光谱法(WMS)进行测量，这两种方式也能够彼此组合，例如由DE 10 2012 223 874 B3已知。在这两种情况下，产生的光的波长在目标气体的分别关注的吸收线上周期性变化，并且在透射样品后检测到的光强度根据波长被评估。在WMS的情况下，还以高频和小幅度对波长进行正弦调制，并以调制频率的高次谐波(例如二次谐波)评估检测到的光强度。为了提高信噪比，还能够在调制频率和/或其他高次谐波下评估检测到的光强度。
附图说明
下面根据附图详细阐述本发明。以示意图并且未按比例示出：
图1示出了用于确定乙烯中的杂质气体的测量系统，以及
图2至图32示出了在杂质气体的为测量而选定的吸收线的区域中的吸收光谱。
具体实施方式
图1示出了测量系统的非常简化的示意图，该测量系统具有用于容纳要分析的气体样品2的测量单元1，该气体样品通过第一气体线路3被引入到测量单元1中并且通过第二气体线路4被引出测量单元1。在乙烯的制造过程5中，第一气体线路3从测量单元1引至采集点，例如引至具有旁路(快速循环)的采样系统分接点。制造过程5包括多阶段蒸馏过程，其中先前通过蒸汽裂化获得的裂化气体被分成它们的各个组分，直到存在包括乙烯的纯产品气体。在不同的蒸馏阶段中，产品气体与不同浓度的杂质气体共同存在，其中产品气体的浓度在每个较高的阶段是较大的，并且杂质气体的浓度在低的阶段中较小。最后一阶段包含高纯度的产品气体、例如纯度超过99％的乙烯以及仅微量的杂质气体。为了检查或监测乙烯的纯度，应检测杂质气体乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨，并使用测量系统确定它们的浓度。为了最佳地控制蒸馏，有利的是，为最后的蒸馏阶段以及任何先前或所有阶段都装备相同的测量系统。
从制造过程5中采集的乙烯样品2通过泵6被吸入到第二气体线路4中，其中，与第一气体线路3中的节流阀或阀7配合，测量单元1中的气体压力被降低到大约10mbar。能够连续或不连续地从制造过程5中采集乙烯样品2。泵6以及可能的阀7由控制装置8根据由压力测量传感器9检测到的测量单元1中的负压来控制或调节，以便在测量期间保持测量单元1中的气压恒定。
为了保持测量温度恒定，能够通过加热元件10或可能的冷却元件对测量室进行温度调节。温度调节由控制器11根据由温度传感器12在测量室处检测到的温度进行控制。晶体管也适合作为加热元件，该晶体管同时用作为加热元件和温度传感器，因此不需要大开销控制即可保持温度恒定。可替代地或补充地，将测量室布置在由绝缘材料、例如硬质聚苯乙烯泡沫或膨胀聚丙烯(EPP)制成的仅在此简示的容器13中。
测量单元1被设计为多程测量单元(例如Herriot单元或White单元)，其被来自波长可调的光源15的光14透射。光源15包括多个半导体激光器形式的单光源16、17、18，其光借助于光束组合器19(例如光纤耦合器)被引入测量单元1中。在测量单元1内，光14在入射到检测器20上之前被多次反射，其中，通过多次反射实现了大约10m量级的吸收距离。第一信号发生器22使用多路复用器21以斜坡或三角形电流周期性地依次控制各个光源16、17、18，以便在中红外范围内的预定波长范围中调节它们各自产生的光，杂质气体(目标气体)乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的选定的吸收线位于该中红外范围内。为了根据波长调制光谱法(WMS)的原理进行测量，能够借助于具有预定频率f的第二信号发生器23同时调制斜坡或三角形电流。激光器16、17、18也能够由分别分配给它们的信号发生器控制，从而能够省略多路复用器21。以相位敏感的方式，布置在检测器20下游的评估装置24在例如调制频率f的一个或多个高次谐波(例如二次谐波2f)处评估目标气体的选定的吸收线的位置处的光14的强度，并将其用作分析结果25，以确定乙烯样品2中杂质气体乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度。
分别使用以下吸收线之一确定上述杂质气体或目标气体的浓度：
乙炔：在3.02575μm、3.0223μm、3.0099μm或7.423μm处的吸收线，
二氧化碳：在4.2347μm、4.2396μm、4.23225μm或4.2875μm处的吸收线，
一氧化碳：在4.61μm、4.58765μm或4.74515μm处的吸收线，
氨：在6.1496μm、6.4046μm、6.4066μm或6.18425μm处的吸收线。
当前不能提供以下单光源，其调整范围足够大以便根据波长同时扫描不同目标气体乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的吸收线，因此需要四个激光器16、17、18，为此需要考虑量子级联激光器、带间级联激光器或VCSEL，并且能够将激光器实现为单独的激光器模块或以阵列的形式实现在基板上。在技术上已经能够生产超过3μm的VCSEL，其因此可用于测量乙炔。如图1的实例中所示，激光器16、17、18能够以复用方法被控制。但是，也能够同时控制它们并以不同的频率f16、f17、f18对其进行调制，其中，检测到的光14在调整频率的谐波nf16、nf17、nf18(n≥1)时被评估，以区分不同目标气体的吸收。
随后，图2至图15例如示出了乙烯样品2在目标气体(乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨存在以下气体基质“扰动气体”)的上述吸收线的区域中的吸收光谱：
水：<2ppm，
氢：痕量，
甲烷：50-200ppm，
乙烷：300ppm，
乙烯：99％。
图2示出了气体样品2在3.02575μm处的乙炔吸收线26的区域中的吸收光谱。
图3示出了气体样品2在3.0223μm处的乙炔吸收线27的区域中的吸收光谱。
图4示出了气体样品2在3.0099μm处的乙炔吸收线28的区域中的吸收光谱。
图5示出了气体样品2在7.423μm处的乙炔吸收线29的区域中的吸收光谱。
图6示出了气体样品2在4.2347μm处的二氧化碳吸收线30的区域中的吸收光谱。
图7示出了气体样品2在4.2396μm处的二氧化碳吸收线31的区域中的吸收光谱。
图8示出了气体样品2在4.23225μm处的二氧化碳吸收线32的区域中的吸收光谱。
图9示出了气体样品2在4.2875μm处的二氧化碳吸收线33的区域中的吸收光谱。
图10示出了气体样品2在4.61μm处的一氧化碳吸收线34的区域中的吸收光谱。
图11示出了气体样品2在4.58765μm处的一氧化碳吸收线35的区域中的吸收光谱。
图12示出了气体样品2在4.74515μm处的一氧化碳吸收线36的区域中的吸收光谱。
图13示出了气体样品2在6.1496μm处的氨吸收线37的区域中的吸收光谱。
图14示出了气体样品2在6.4046μm处的氨吸收线38的区域中的吸收光谱。
图15示出了气体样品2在6.18425μm处的氨吸收线39的区域中的吸收光谱。
所示的目标气体的吸收线26-39具有以下优点：吸收线不受或仅很小程度地受到产品气体的乙烯的或彼此的影响，因此能够以高达10ppb的证明极限精确测量目标气体。
如随后的图16至29所示，乙烯的浓度还能与目标气体乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨一起确定，而无需另外的激光器。为此，根据波长扫描至少一个用于测量的目标气体吸收线和位于其附近的至少一个乙烯吸收线。如果使用多个乙烯吸收线确定乙烯浓度，则能提高测量的稳定性。
图16示出气体样品2在3.025μm至3.026μm的范围内的WMS-2f(两倍调制频率)吸收光谱，其中乙炔吸收线26在3.02575μm处，乙烯吸收线40在3.02529μm、3.02556μm、3.02559μm、3.0258μm和3.02588μm处。
图17示出了气体样品2在3.022μm至3.023μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中乙炔吸收线27在3.0223μm处，乙烯吸收线41在3.02217μm、3.02229μm、3.02235μm、3.02249μm和3.02265μm处。
图18示出了气体样品2在3.009μm至3.01μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中乙炔吸收线28在3.0099μm处，乙烯吸收线42在3.00919μm、3.00937μm、3.00947μm、3.0096μm、3.00979μm、3.00993μm和3.00999μm处。
图19示出了气体样品2在7.421μm至7.425μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中乙炔吸收线29在7.423μm处，乙烯吸收线43在7.42398μm、7.42435μm和7.42483μm处。
图20示出了气体样品2在4.234μm至4.235μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中二氧化碳吸收线30在4.2347μm处，乙烯吸收线44在4.2343μm、4.2345μm和4.2348μm处。
图21示出了气体样品2在4.239μm至4.24μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中二氧化碳吸收线31在4.2396μm处，乙烯吸收线45在4.2393μm、4.2394μm和4.2397μm处。
图22示出了气体样品2在4.231μm至4.232μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中二氧化碳吸收线32在4.23225μm处，乙烯吸收线46在4.23168μm、4.23195μm、4.2322μm、4.2323μm和4.2328μm处。
图23示出了气体样品2在4.287μm至4.288μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中二氧化碳吸收线33在4.2875μm处，乙烯吸收线47在4.2874μm、4.2876μm(4.28764μm)、4.2877μm和4.2878μm(4.28777μm)处。
图24示出了气体样品2在4.6093μm至4.6105μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中一氧化碳吸收线34在4.61μm处，乙烯吸收线48在4.6096μm(4.60956μm)、4.6097μm(4.60966μm、4.60973μm)、4.6098μm(4.60978μm、4.60984μm)和4.6099μm(4.60986μm)处。
图25示出了气体样品2在4.587μm至4.5885μm范围内的WMS-2f吸收光谱，其中一氧化碳吸收线35在4.58765μm处，乙烯吸收线49在4.5872μm、4.5873μm、4.5875μm、4.5877μm、4.5878μm(4.58777μm、4.58781μm)和4.5879μm(4.58786μm、4.58789μm)处。
图26示出了气体样品2在4.744μm至4.7455μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中一氧化碳吸收线36在4.74515μm处，乙烯吸收线50在4.74417μm、4.7449μm、4.74517μm、4.74527μm和4.74537μm处。
图27示出了气体样品2在6.1475μm至6.155μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中氨吸收线37在6.1496μm处，乙烯吸收线51在6.1483μm、6.1484μm、6.14912μm、6.14965μm、6.14979μm、6.14996μm和6.15022μm处。
图28示出了气体样品2在6.4μm至6.41μm范围内的WMS-2f吸收光谱，其中氨吸收线38在6.4046μm处，可替代使用的氨吸收线52在6.4066μm处，并且乙烯吸收线53在6.40146μm、6.40156μm、6.40471μm、6.40594m或6.40651μm处。
图29示出了气体样品2在6.18μm至6.19μm范围内的WMS-2f吸收光谱，其中氨吸收线39在6.18425μm处，乙烯吸收线54在6.181μm、6.182μm、6.1838μm、6.1841μm、6.1844μm、6.1866μm、6.1881μm、6.1883μm和6.1892μm处。在该波长范围内，还有一条水吸收线55在6.1854μm处，它能够以100ppb的分辨率确定100ppb至1000ppm范围内的水浓度。
如图30和图31所示，另外能够使用调节范围约为3.5356μm至3.5363μm或3.581μm至3.5817μm的另外的激光器来确定乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度、以及甲烷的浓度，可选地还确定乙烯的浓度。
图30示出了气体样品2在3.5356μm至3.5363μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中两个甲烷吸收线56、57在3.53571μm和3.53595μm处，而乙烯吸收线58在3.53569μm、3.53577μm和3.53599μm处。
图31示出了气体样品2在3.581μm至3.5817μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中甲烷吸收线59在3.58134μm处，乙烯吸收线60在3.58107μm、3.58113μm、3.58115μm、3.58119μm、3.58129μm、3.58142μm、3.58145μm和3.58158μm处。
最后，还能够确定乙烷的浓度。图32示出了气体样品2在6.4μm至6.41μm的范围内的WMS-2f吸收光谱，其中乙烷吸收线61-68在6.40545μm、6.40574μm、6.40646μm、6.40707μm、6.40737μm、6.40782μm、6.4082μm和6.40962μm处，并且乙烯吸收线69在6.40594μm、6.40651μm、6.40681μm、6.40906μm和6.40922μm处。在该波长范围内，图28所示的氨吸收线52还在6.4066μm处，因此能够仅使用一个激光器同时确定氨、乙烷和乙烯的浓度。这也同样适用于图14所示的6.4046μm处的氨吸收线38，由于其靠近上述乙烷吸收线61-68和乙烯吸收线69，因此其能够根据波长与其中至少一个一起被扫描。在这两种情况下，例如为了测量乙炔、二氧化碳、一氧化碳、氨、甲烷、乙烷和乙烯(直到>99％)，仅需要五个激光器。

Claims (33)

1.一种用于确定纯度大于99％的乙烯中的杂质气体的方法，其特征在于，用光（14）照射测量单元（1）中的乙烯样品（2），改变所述光（14）的波长，以根据波长来扫描所述杂质气体的选定的吸收线，在透射所述样品（2）之后检测所述光，并且根据在被扫描的所述吸收线的位置处的所述光（14）的特定波长的吸收来确定所述杂质气体的浓度，其中，所述杂质气体中乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度分别根据在乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在3.02575μm、3.0223μm、3.0099μm或7.423μm处的乙炔吸收线，
-在4.2347μm、4.2396μm、4.23225μm或4.2875μm处的二氧化碳吸收线，
-在4.61μm、4.58765μm或4.74515μm处的一氧化碳吸收线，
-在6.1496μm、6.4046μm、6.4066μm或6.18425μm处的氨吸收线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述杂质气体中甲烷的浓度根据在以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在3.53571μm、3.53595μm或3.58134μm处的甲烷吸收线。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述杂质气体中乙烷的浓度根据在以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在6.40545μm、6.40574μm、6.40646μm、6.40707μm、6.40737μm、6.40782μm、6.4082μm或6.40962μm处的乙烷吸收线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述乙烷的吸收线与在6.4046μm或6.4066μm处的所述氨的吸收线一起根据波长被扫描。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述杂质气体中水的浓度根据在6.1854μm处的水吸收线处的吸收被确定。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述水的吸收线与在6.18425μm处的所述氨的吸收线一起根据波长被扫描。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据在至少一个乙烯吸收线处的吸收来确定乙烯的浓度，所述至少一个乙烯吸收线在杂质气体吸收线中的至少一个杂质气体吸收线附近并且与所述至少一个杂质气体吸收线一起根据波长被扫描。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在3.02575μm处的乙炔吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在3.02529μm、3.02556μm、3.02559μm、3.0258μm或3.02588μm处的乙烯吸收线。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在3.0223μm处的乙炔吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在3.02217μm、3.02229μm、3.02235μm、3.02249μm或3.02265μm处的乙烯吸收线。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在3.0099μm处的乙炔吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在3.00919μm、3.00937μm、3.00947μm、3.0096μm、3.00979μm、3.00993μm或3.00999μm处的乙烯吸收线。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在7.423μm处的乙炔吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在7.42398μm、7.42435μm或7.42483μm处的乙烯吸收线。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在4.2347μm处的二氧化碳吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在4.2343μm、4.2345μm或4.2348μm处的乙烯吸收线。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在4.2396μm处的二氧化碳吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在4.2393μm、4.2394μm或4.2397μm处的乙烯吸收线。
14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在4.23225μm处的二氧化碳吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在4.23168μm、4.23195μm、4.2322μm、4.2323μm或4.2328μm处的乙烯吸收线。
15.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在4.2875μm处的二氧化碳吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在4.2874μm、4.2876μm、4.2877μm或4.2878μm处的乙烯吸收线。
16.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述乙烯的浓度根据在4.61μm处的一氧化碳吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在4.6096μm、4.6097μm、4.6098μm或4.6099μm处的乙烯吸收线。
17.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在4.58765μm处的一氧化碳吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在4.5872μm、4.5873μm、4.5875μm、4.5877μm、4.5878μm或4.5879μm处的乙烯吸收线。
18.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在4.74515μm处的一氧化碳吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在4.74417μm、4.7449μm、4.74517μm、4.74527μm或4.74537μm处的乙烯吸收线。
19.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在6.1496μm处的氨吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在6.1483μm、6.1484μm、6.14912μm、6.14965μm、6.14979μm、6.14996μm或6.15022μm处的乙烯吸收线。
20.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在6.4046μm或6.4066μm处的氨吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在6.40146μm、6.40156μm、6.40471μm、6.40594 m或6.40651μm处的乙烯吸收线。
21.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在6.18425μm处的氨吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在6.181μm、6.182μm、6.1838μm、6.1841μm、6.1844μm、6.1866μm、6.1881μm、6.1883μm或6.1892μm处的乙烯吸收线。
22.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在3.53571μm或3.53595μm处的甲烷吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在3.53569μm、3.53577μm或3.53599μm处的乙烯吸收线。
23.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在3.58134μm处的甲烷吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在3.58107μm、3.58113μm、3.58115μm、3.58119μm、3.58129μm、3.58142μm、3.58145μm或3.58158μm处的乙烯吸收线。
24.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，乙烯的浓度根据在6.40545μm、6.40574μm、6.40646μm、6.40707μm、6.40737μm、6.40782μm、6.4082μm或6.40962μm处的乙烷吸收线附近的以下吸收线之一处的吸收被确定：
-在6.40594μm、6.40651μm、6.40681μm、6.40906μm或6.40922μm处的乙烯吸收线。
25.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于光源（15）产生所述光（14），所述光源包括多个单光源（16、17、18），所述单光源为量子级联激光器、带间级联激光器或具有垂直谐振器的表面发射激光器。
26.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对在测量单元（1）中的所述样品（2）施加压力，所述压力在10mbar与200mbar之间的范围中。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述压力在10mbar与100mbar之间的范围中。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述压力在10mbar与30mbar之间的范围中。
29.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用具有多重折叠的射束路径的多程测量单元。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述射束路径的长度在5m与100m之间。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述射束路径的长度为10m。
32.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据直接吸收光谱法或波长调制光谱法进行测量。
33.一种用于确定纯度大于99％的乙烯中的杂质气体的测量系统，其特征在于，所述测量系统具有：用于容纳乙烯样品（2）的测量单元（1），在波长方面能调节的并且透射所述测量单元（1）的光源（15），控制所述光源（15）的控制装置（22、23），在透射所述样品（2）之后检测所述光源（15）的光（14）的检测器（20）、以及位于所述检测器（20）的下游的评估装置（24），所述评估装置根据所述杂质气体对所述光（14）的特定波长的吸收来确定所述杂质气体的浓度，其中，所述光源（15）和所述控制装置（22、23）被设计用于在一个范围上调节所述光（14）的波长，所述范围对于所述杂质气体中的乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨分别包括以下吸收线之一，并且所述评估装置（24）被设计用于分别根据在以下所述吸收线之一处的吸收确定所述杂质气体中乙炔、二氧化碳、一氧化碳和氨的浓度：
-在3.02575μm、3.0223μm、3.0099μm或7.423μm处的乙炔吸收线，
-在4.2347μm、4.2396μm、4.23225μm或4.2875μm处的二氧化碳吸收线，
-在4.61μm、4.58765μm或4.74515μm处的一氧化碳吸收线，
-在6.1496μm、6.4046μm、6.4066μm或6.18425μm处的氨吸收线。
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