NO163886B - Fremgangsmaate for aa forbedre metallbearbeidingsformer samt slike former. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for å måle endringer i sammensetningen

av en hydrocarbonholdig strøm.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et appa-

rat for bestemmelse av sammensetningen av hydrocarbonholdige blandinger, hvor det gjores bruk av en generator som frembringer en stabilisert kald flamme. Fremgangsmåten og apparatet ifblge oppfinnelsen er nyttige ikke bare i laboratoriet men også for å

bestemme sammensetningen av kontinuerlig prosess-strommer i olje-raffinerier eller i den kjemiske industri- eventuelt i forbindelse med utQvelse av prosessregulerende funksjoner;.

Fenomenet "kalde flammer" har vært gjenstand for undersøkel-

ser og er omtalt i litteraturen. Når en blanding av hydrocarbon-

damp og oxygen eller luft som er innenfor eksplosjonsgrensene, holdes ved trykk- og temperaturbetingelser som er under det normale antennelsespunkt, finner der sted partielle oxydasjonsreaksjoner'

f som forer til dannelse av aldehyder, carbonmonoxyd og andre •partielt oxyderte forbrenningsprodukter såsoni ketoner og syrér. Det antas at.disse er produkter av en kjedereaksjon som også jdanner ioner som deretter fortsetter reaksjonen ved at de angripi r andre hydrocarbonaiolekyl er. Ved jb idd els hoye temperaturer forer ■den ione-initiertte reaksjon, vanligvis til molekyler med mer for-grenede kjeder, méns dannelsen av produkter med forgrenet kiede .vanligvis er mindre ved hoyere ;eller levere temperaturer på grunn av konkurrerende reaksjoner som forbruker ioner. Dersom en slik blanding komprimeres og/eller oppvarmes, slik at disse kjedereak- sjoner skrider frem ned betydelig hastighet, Iakttas såkalte J ; "kalde flammer" etter en Induksgonsperiode. Disse kalde flammer j iisender ut lys ledsaget av moderate mengder varme som er mindre I enn forbrenningsvarmen. Kalde flammer hsr tendens til å være I ustabile. De kan ganske enkelt slukne hen, eller blandingen kan ; ■etter -sn ny induksjons per i ode 11 amme opp spontant og eksplodere] ;Dette sistnevnte fenomen er kjent som selvantennelse. Det er også juiuiig å regulere forbrenningsjiarametrene slik'at der oppnåes en j 'kontinuerlig eller stabilisert kald flåerne, dvs. en flamme som • 1 j hverken slukner eller utvikler- seg til selvantennelsesfasen men 3 i .■■utmerker se g^j/ed en stabil, markert flamme front. Baruscn og Payn^, "Industrinl^Engineering Chemistry", 43t2323 (1951) beskriver re-| sultatene av et arbeide som forte frem til kontinuerlig eller i ^stabilisert flamme. Deres apparat omfattet et strømningsror med j em dyseinnretning i den ene ende1 for innsprøytning av hydrogen o£ luft og var konstruert for d ri f ti ved atmosfreretrykk. Avstanden i fra enden av -deres strrøningsror, til fronten av den kalde flamme<1 >-var under ellers konstante betingelser ot m<y>l på Induksjonstiden;

som kunne korrel eres1'med - forskningsoctaiitall et for blandinger avi

n-heptan og -I so o ot an. og med oc tantal let for andre rene forbindelser og enkelte blandinger. <;>

Dannelsen .og opprettholdelsen av en kontinuerlig eller ;

stabil Isert.. kald flamme er avhengig av et antall drif tsparametrej ; 3 såvel som av dimensjonene av apparatet som anvendes for formåletj. Disse innbefatter de folgende: 1 j A. liregul ert og potensiel t varia be l parameter: j

MydrocarbonsaiaiHensetiningen j U. P arametere som er faste for et gitt apparat: i 3 .. Formen av_forbrenning^sroret, såsom tverrsnittets formj, f tverrsnittsarealet, lengden, eventuell avsmalning, osv.

2.Konstruksjonen av brennerens dyse, såsom tverrsnitts-

i arealene av innlbpene for hydrocarbon og oxydasjons-

j middel, volumet og formen av blandekaiomeret, osv.

i ^• Forbren ningsparametere 3om kan avpasses og/ eller reguleies:

I 1.Porbrenningstrykket

2.Hydrocarbonkonsentrasjonen i den totale tilforsel 3.Oxygenkonsentrasjonen i den totale tilforsel 4.Konsentrasjonen av eventuelt inert eller på likevekten innvirkende fortynningsmiddel i den totale tilforsel, så som 1*2» vanndamp eller

5.Indukajonssonetemperaturer

Det har nu vist seg at når den kalde flamme dannes under overatmosfærisk trykk mens man til forbrenningssonen tilforer en hydrocarbonholdig blanding eller fraksjon hvis sammensetning varierer med tiden, er det mulig å avpasse én eller flere av de under ovennevnte punkt C angitte forbrenningspararnetere på en slJ k måte at flammens posisjon holdes konstant i forhold til forbrenn, ngs-rbrefc. Flammefronten holdes med andre ord i ro eller gjores praktisk talt stasjonær i forhold til brennerens dyse. I tidligere arbeider ble samtlige forbrenningspararnetere holdt konstant under et gitt eksperiment, og forsok ble gjort for å observere for-skyvningen av flammefronten.når hydrocarbonsammensetningen ble endret. I mange tilfeller ble flammen ustabil og degenererte til den sluknet, eller den bket inntil der inntraff en eksplosjon. Dot har nu vist seg å være mulig og praktisk å regulere forbrennings--

i prosessen slik at den kalde flamme ikke bare stabiliseresymen j også holdes i ro. Enda viktigere er det at det har vist seg at j når den stabiliserte kalde flammes .posisjon reguleres således ved

iå variere en forbrenningsparameter, er den endring i en slik f or - brenningsparameter som er nodvendig for å immobilisere flammen som folge av en endring i hydrocarbonsammensetningen, korreler-

bar med eller på annen måte bestemt av denne endring i hydrocarbonsammensetningen.

Ved hjelp av oppfinnelsen tilveiebringes der således en fremgangsmåte til å måle endringer i sammensetningen av en hydro carbonholdig strbm, ved hvilken man innforer den hydrocarbonholdLge strbm i den ene. ende av et forbrennihgskammer som holdes ved for-hrty<p>t tPTtin»rnt.iirf ng i dfttt.» iinriftrkanter rt<p>n hydrocarbonhol dige I strom partiell oxydasjon, hvilken.fremgangsmåte utmerker seg ved [ at man ,

1) utforer den partielle oxydasjon under overatmosfærisk trykk og [ under slike betingelser med hensyn til forbrenningstrykk, strbmningshastighet av den hydrocarbonholdige strom, strbmnin^s-hastighet av den oxygenholdige gass og forbrenningstemperatur, at der genereres en stabilisert kald flamme med en relativt smal, veldefinert flammefront i en avstand fra ihritaksenderi""""

j av forbrenningskammeret^

i

j 2) måler flammefrontens posisjon relativt ti] inntak3enden av i forbrenningskammeret og omformer måleresultatet til et re-guleringssignal, 3) anvender reguleri ngssignal et1 til å justere en av de under 1) nevnte forbrenningspararnetere, således ot flammefronten in-mobiliseres relativt til inntaksenden ov forbrenningskammeret, uansett endringer i hydrocarbonstrbmmens sammensetning, og 4) måler den justerte forbrenningsparameter og på grunnlag av ! måleresultatet frembringer et utgangssignal i respons til endringene i sammensetningen<:>av hydrocarbonstrbmmen.

i Videre tilveiebringes der ved hjelp av oppfinnelsen et apparat j for utfbrel.se av den ovenfor omtalte fremgangsmåte, hvilket appa-. ; rat utmerker seg ved at det omfatter

* a) et forbrenningskammer (1-7) som er forlenget i vertikalretning jn i og i bunnen inneholder en brennerinnretning (20) med tilslutt3t hydrocarbontilfbrselsledning ' (28), og som videre har et utlbp « for avgass anordnet aksialt i forhold til brennerinnretningen,-I hvilket utlbp er forsynt med en tilbaketrykkregulerende inn-

j retning (40),

i ib) en innretning (43, 44) for måilin<g> av flammens posisjon i for-

I brenningskammeret,

!c) en reguleringsinnretning (4^): forbundet med måleinnretningen f - 'og med brennerinnretningen, hvilken reguleringsinnretning er ! avpasset for å justere en forbrenningsparameter valgt blant

■ forbrenningstrykket, strbmningshastigheten av den hydrocarbon-

j holdige strbm, strbmningshastigheten av den oxygenholdige gas i j og forbrenningstemperaturen, således at flammens posisjon i

- forbrenningskammeret holdes konstant, og

d) en signalomformningsinnretning, med evne til å utvikle et signal i respons til endringene iden valgte forbrenningsparameter, hvilket signal i sin tur gir et mål på hydrocarbonsammensetningen.

Et foretrukket apparat ifolge oppfinnelsen er forsynt med

en innretning for å variere trykket i forbrenningskammeret. Re-guleringsinnretninger med tilbakekobling er forbundet med innretningen for måling av flammens posisjon og med innretningen for å variere trykket, i den hensikt å innstille forbrenningstrykket således at flammen immobiliseres; L forhold til brennerinnretningen, uansett hvilke endringer som måtte forekomme i sammensetningen av hydrocarbonblandingen som tilfores gjennom hydrocarbontil-forselsledningen.

Ved drift av apparatet ifolge oppfinnelsen innfores en for-varmet dampformig strom av en hydrocarbonfraks jon og en forvarmeb luftstrbm i den ene ende av forbrenningssonen, som holdes ved forhoyet temperatur og under overatmosfærisk trykk, i hvilken ..• sone hydrocarbonfraksjonen oxyderes partielt under betingelser hvorunder der genereres en stabilisert kald flamme....

Ved hjelp av fremgangsmåten og apparatet ifolge oppfinnelse i oppnåes ikke en analyse av hvilken hver enkelt forbindelse i blandingen kan identifiseres, slik som med instrumenter som massespektrometere og dampfasekromatografer. Analysen skaffes derimot i form av et kontinuerlig eller hovedsakelig kontinuerligj utgangssignal som er en funksjon av og som gir en indikasjon på hydrocarbonsammensetningen og, hvilket er vesentlig, som kan j korreleres empirisk med én eller flere egenskaper eller spesifikasjoner ved oljeprodukter, såsom Reid-damptrykk, ASTM-eller Engler-destillasjon, og, for motorbrensler, bankningsegenskaper som forskningsoctantallet, motoroctantallet og lignende. Korrelasjonen er en funksjon av sammensetningen og av antallet carbon-r atomer, og påvirkes dessuten av tilstedeværelsen eller fraværet av parøffiner, isoparaffiner, olefiner, diolefiner og polyole— finer, aromater, langkjedede substituerte aromater, flerkjernéde aromater, osv. Det er således meningen at det foreliggende ana-lyseapperat skal kalibreres for en gitt hydrocarbonblanding eller tilforsel og relativt små avvikelser i sammensetningen tas hånd , om ved lineær ekstrapolering. Eksempelvis kan ny kalibrering finnes å være nodvéndig. når hydrocarbonproven skifter fra ka t-a-f lytisk omformet bensin til katalytisk kr3cket bensin. Slike om-j stendigheter forringer på ingen måte nytten av apparatet ifolge i oppfinnelsen, og de t er uvesentlig hvor apparatet anvendes for å jafile og/eller regulere en gitt kontinuerlig prosess-strom, da de potensielle avvikelser i sammensetningen vil vare relativt små

>under slike forhold. I ethvert tilfelle er apparatet ifolge opp-

s

( finnelsen et hurtig og enkelt hjelpemiddel for å bestemme end-<[>ringer i sammensetningen og for å skaffe informasjon om retning I og storrelse av den korrigerende virkning som må utoves på en 1 regulert prosessvariabel for å bringe produktsammensetningen til jake i til spesifikasjonene.

iUttrykket" utgangssignal", eller signal frembragt av signalomformningsinnretningen, må forståes i dets bredeste betydning

^ og innbefatter analoge signaler av alle typer, såsom amplitudemo-idulerte, fasearodulerte eller frekvensmodulerte elektriske signal ;r eller trykksigna]er overfort ved hjelp av konvensjonelle pneumatiske I" aedlert såvel som digitale fortolkninger av disse. Utgangssig-nalet er dessuten ment å innbefatte enkel mekanisk bevegelse

I eller forskyvning av et transduktorelement (enten dette er meka-inisk, elektrisk eller pneumatisk koblet til en synlig avlesnings - I innretning såsom en viser, pennen av en skriver eller en sif-1'ferregnemoskins tavle). Innbefattet er også f.eks. ekspansjon el Ler (kontraksjon av et Bourdon-rbr eller en Bourdon-trykkspiral, for-

i i skyming av en belg, en dyse-diafragma-innretning eller et trans-jformstor-kjernearrangement, bevegelse av et bimetallisk tempera-fturfolsomt element eller bevegelse av glideren av et selvregule-I rende potensiometer. Utgangssignalet kan overfores direkte uten få synliggjøres, for å innstille et reguleringsorgan såsom en f disfragBamotorventil, eller en under-reguleringsslbyfe i et i \ kasksdesystem. Fortrinnsvis vil imidlertid signalomfbrmnings-I innretningen omfatte eller være koblet til en avlesningsinn-\ retning eller en skriver, hvis skala eller kurvestrimmel kan '] vmre kalibrert for den bnskede identifiserende egenskap av den

■ hydrocarbonholdige prove, såsom octantall, startkokepunkt, 90 punkt, damptrykk og lignende.

Prover som kan analyseres ved hjelp av apparatet ifblge oppfinnelsen, innbefatter både normale gaasformige og normalt væske-formlge hydrocarbonholdige blandinger inneholdende enten minst ott nydrocarbon inneholdende fra 1 til ca. 22 carbonatomer pr.

■ inoiekyl i blanding iued ett eller Tiere ikke-hydroearboner såsom • <:><H>2t H2» C0» C02» H2° °£ H2S eller m^nst to forskjellige hydro-; carboner inneholdende fra 1 til cp. 22 carbonatomer pr. molekyl. I Den ovre grense for antallet carbonatomer er satt av hensyn til det krav ved driften at prøven må kunne fordampes i ] uftstrommen under forbrenuingsbetingelsene uten å undergå noen vesentlig termisk spaltning fer den partielle-, oxydasjon finner sted. Hjpiro-i carbonet eller hydroearbonene kan vere normale paraffiner, isa— .. , paraffiner, monoolefiner, diolefiner eller polyolefiner, cyelo—

paraffiner, cycloolefiner, énkjernede aromater eller flerkjerned s aromater. Spesifikke eksempler på hydroearbonforbindelser som fea i jvære tilstede i de hydrocarbonholdige prover, Innbofatter metrnm , j et han, propan, n-buton, isobutan, pentaner, hexannr, he p taner,

i oetaner og homologe opp til eicoscnene; ethylen, propylen, 1— ■ buten, 2-buten-isobutylen, pentener, hexener, butadlener, pents-, jdiener, hexafiener; cyclobutan, cyclopentan, cyelohexøn, cyelo— heptan; benken? toluen, orthocylen,.metacylen, poracylen, ethyl-|. benzen, n-propylbenzen, cumen, acetylen, tetroiuethyibcn<y>ener, ; pentanetnylbenrener, liexemetliylbenzener, na f tiplen, snthracen og{

■ fenanthren. Spesifikke eksempler på kommersielle hydrbcarbon— ' holdige Materialer som kan analyseres ved hjelp av apparatet - - ■ifSlge oppfinnelse, Innbefatter naturgass, pvgass fra olje-raffinerier, resirkulerte hydrogenstrommer i omf orinningsenfceter og enheter for katalytisk liydrokracking, hvilke i typiske tilfellen .inneholder betydelige mengder Cj-C^ hydrocarboner i tillegg til j hydrogen, pyrolysegass, avgass fra katalytisk kr<y>eking i daap— j , fase, polyiaerisasjonsutgangsmaterialer, direkte destillert bensin, kracket bensin, polymer bensin, motoralkylat, katalytisk oftforset ' bensin, hydrokrackingprodukter, produkter fra benzen-toluen-l xylen-fraks joner ing, vaskemlddel-slkylat, tunge nafthaer, kerose %- ± ;dieselolje, lett syklusolje, tung syklusolje, lett vakuungassoiJs *og tung vakuumgassol je. - ■ ■ j ". Oxydasjonsmidlet som anvendes i apparatet i f Sige oppfinnelsen,..' ■ er fortrinnsvis en oxygenholdig gass såsom luft, hovedsakelig refet : oxygen eller en syntetisk blanding av oxygen og et inert eller. et på likevekten innvirkende fortynningsmiddel såsom H^.GO^ ] eller vanndamp. Ilår den justerte forbrenningsparameter er hjniro- f,' • carbonkonsentrasjonen, oxygenkonsentrasjonen eller luimwiil i mijimi il ,-: av fortynningsmiddel i den totale tilforsel, kan sådan regplevløjc V' ut HJ.res, .vjed__at_man ..varierer, strffmn i ngahaatlghgten.. ag_Jiydrbjarhoaj; •

I oxygen eller fortynningsmiddel, alt etter hvilket tilfelle som jer aktuelt, eller ved at man samtidig varierer stromningshastig-I iheten av to av disse strSmmer for å opprettholde et konstant forhold luft/hydrocarbon eller et konstant forhold hydrocarbon/ ! fortynningsmiddel. -——

Som ovenfor angitt genereres den stabiliserte kalde flamme under overatmosfærisk trykk og ved forhoyet temperatur. Vanligvis kan trykket være i området fra 1,22 atmosfærer til 11,2 atmosfærer aboslutt med en maksimal flanlmefronttemperatur av storrel - 1sesordenen 316° - 538°C. Por måling av sammensetningen av en jhydrocarbonfraks jon som koker i bensinens kokeområde foretrekkes det å anvende trykk i området fra 1,36 til 4,42 atmosfærer, fortrinnsvis i området fra 1,7 til 3,4 atmosfærer (absolutt), mens der samtidig anvendes induksjonssonetemperaturer i området fra 288° til 454°C. Regulering av induksjonssonetemperaturen kan utfores ved å variere forvarmingen av den tilforte prove og av luftstrømmen og også ved å tilfore varme fra en ekstern kilde ti', selve forbrenningskammeret. I et gitt tilfelle kan de tillatelig 5 grenser innen hvilke trykket og temperaturen uavhengig av hverandre må variere for opprettholdelse., av stabil drift, bestemmes ved enkle forsok med en gitt' type prove.

Strukturen og virkemåten av noen utfbrelsesformer av apparatet ifolge oppfinnelsen skal beskrives mer fullstendig under henvisning til de vedfSyede tegninger, hvor: I fig. 1 er et sideriss, delvis i snitt, av én utfbrelsesform av analyseapparatet, fig. 2 er et skjematisk (diagram av en flammeposisjonsmåler med regulator som anvendes i apparatet ifolge fig. 1,

fig. 3 viser en typisk teraperaturprofil som dannes i apparatet ifolge fig. 1, hvor.X er rbrlengden i tommer med tilsvarende verdier i centimeter: satt i parantes , og Y er temperaturen av forbrenningsroret i °P med tilsvarende verdier i °C satb i.parantes,

fig. 4 er en typisk octantall/trykk-korrelasjonskurye hvor X- er forskningsoctantallet og Y er forbrenningstrykket i pund j,pr. kvadrat tomme absolutt, méd tilsvarende verdier i atmosfærer i parantes, og

fig. 5) 6 og 7 er skjematiske strbmnihgsdiagrammer for for-I skjellige utfbrelsesformer av apparatet ifolge oppfinnelsen,

hvor forskjellige forbrenningspararnetere varieres for å re-

gulere flammefrontens posisjon.

På fig. 1 omfatter apparatet en ytre kapsling eller boks

10 med lukket nedre ende og åpen ovre ende. Boksen 10 er forsynt med et innlbpyyfor varmemedium og et utlbp 12 for samme. Den ovre ende av boksen er formet som en flens 13. En lukkeplate 14, som er anbragt over en ringformet foring 15, er festet til flensen 13 ved hjelp av et antall bolter 16 fordelt' langs dekslets omkre ;s. Platen 14 og boksen 10 avgrenser således et gass- og væsketett,| varmegjenholdende hus som er egnet til å inneholde det egentlige forbrenningsrbr eller forbrenningskammer. Om bnskes, kan det ytri; av boksen 10 og platen 14 være innhyldet i ett eller flere lag isolasjon og/eller adiabatisk bekledning. Ut fra plate 14 og festet til denne stikker et langstrakt, tynnvegget forbrenningsrbr 17. Den nedre ende av roret 17 er åpent, mens dets ovre ende er lukket med en kapsel 18. Roret 17 er festet til og understbttes av platen 14 ved hjelp av en sirkel, formet kilsveis 19. En brennerdyseinnretning^ som er vist gene-relt ved henvisningstall 20, er festet til den nedre ende av roret 17. Denne dyseinnretning innbéfatter en gjenget dyseblokk 21 med hylse som er tredd over den nedre ende av roret 17. En tilsvarende gjenget kappe 24, som virker gjennom en metallisk tetningsring 25, griper fatt i den gjengede hylse på blokken 21 og trekker sistnevnte inn mot veggen av roret 17 slik at der oppnåes fluidumtett kontakt. Blokken 21 er fasyn.t med en nedre aksial åpning 22 som er forlenget inn i en kapsel 23. Luft tilfbres den ovennevnte dyseinnretning gjennom rbrledning 26, strbmningsregulator 27 og rbrledming 28. Rbrledning 28 er stukket gjennom en noe etbrre åpning 29 i', platen 14 og er festet til denne ved hjelp av en gjenget hylse og tetningsmutter 30. Inne <i>*boksen 10 er rorledningen 28 formet som en spiral-seksjon 31 konsentrisk rundt roret 17 for å skaffe et passende varmeoverfbringsareal for luftforvarmingssonen. Den nedre ende

av rbrledningen 28 er fbrt gjennom kapselens 23 sidevegg. Hydro- . carbonprbyen tilfores dyseinnretningen gjennom rbrledning 33,

strbmnirigBregulator 34 og rbrledning 35. Rbrledningen 35 er fbrt gjennom en hoe st.Hrre; åpning 36 i platen 14 og er festet til denne ved hjelp ev én- gjenget hylse og tetningsmutter 37 .' Den de.' " ay.ratie|^hgi;^5jBom ;beflnriér. eeg inne i boksen. 10, danner'hydro -

carbonfordampnings- og forvarmingssonen. Den nedre ende av rorledning 35 fores gjennom kapselens 23 endevegg, hvorfra den strekker seg konsentrisk opp;gjennom kapselen 23 og åpningen 22

og avsluttes i et indre munnstykke 32 i plan med en ovre ende av åpning 22.

i

Et stromningsutjevnende i element. 38 er anordnet over det indie av roret 17 et kort stykke over brennermunnstykkét. Dette strom-ningsut jevnende element kan være konstruert av rustfri stålull eller glassull eller det kan bestå av en poros sintret metallplate eller en poros kerami.kkplate . ' Avgassene omfattende de partielt pxyderte produkter fra den stabiliserte kalde flamme fjernes fra forbrenningsroret gjennom rorledning 39 som innbefatter en tilbale-trykksregulator 40. Om onskes, kan avgassene ledes gjennom en termisk eller katalytisk oxydasjonssone på oppstrbmssiden eller på nedstromssiden av trykkregulatoren 40 for å bevirke fullstendig forbrenning av avgassene til icarbondioxyd og vann.

Fronten av den stabiliserte kalde flamme er en relativt smal, veldefinert tversgående seksjon i en på forhånd bestemt avstand over dyseinnretning. I den.foreliggende utforelsesform måles flammens posisjon ved hjelp a,v temperaturbmfintlige termoelektriské Innretninger. Andre ekvivalente innretninger vil bli be-skrevet nedenfor. På fig. 1 og 2 omfatter innretningen som måler flammens posisjon, et par aksialt, i en viss avstand fra hverandie anordnede termoelementer 41 og 42 som er stukket inn i tynnveggece blyantlignende hylser 43, 44,, hvilke hylser fortrinnsvis har lav varmekapasitet samtidig med at de har relativt hby varmelednings-evne i- lengderetningen. Termoelementene 41 og 42 kan eksempelvis være jern-konstantan-elementer og er koblet i motsperining. Spis-sene av elementene kan være ahbragt i en avstand "d,r fra hverandie i akseretningen, hvilken, avstand kan være fra ca. 0,6 cm til ca. 3,1 cm. En stbrre avstand bor,vanligvis unngåes da fblsomheten derved kan reduseres. Termoelémentblytråder 45 jpg 46 tas ut gjem-dm boksen 10 gjennom keramiske isolasjonselementer 47 som går gjennom platen 14 og er festet til denne. Blytrådene 45 og 46 er forbundet med inntakspunktene'på en egnet temperaturdifferensre-gulator 48. Denne regulator kan være et konvensjonelt selv-regulerende potensioineter forbundet med pneumatiske regulerings-innretninger. En passende inngangsspenning for regulatoren 48 kar. være fra -5 til +5 millivolt, og utgangssignalét fra denne, som overfores via ledning 49, kan være et konvensjonelt luftsignal (i,eks. i området fra 0,2 til 1 atmosfære). Dette regulerings-signal overfores via ledning 49 og justerer innstillingen på til - baketrykksregulatoren 40. Signalomformningsinnretningen i denne utfbrelsesform er en trykkskriver 50 som via trykklédningen 51 e forbundet med rbrledning 39 på oppstrbmssiden av regulatoren 40.

Fig. 3 viser en typisk temperaturprofil for en flammegene-rator med stabilisert kald flamme hvor der brennes en bensin-fraksjon i et 2,5 cm's ror under et trykk fra 2,0 til 3,4 ato. Rbrlengden er målt fra brennermunnstykkét. Bokstavene a og b be-tegner plaseringen av termoelementene, henholdsvis 42 og 41. Temperaturen i induksjonssonen er ca. 332°C .~ I flammefrontområdet — - stiget temperaturen raskt og når en topp på ca. 399°C, hvoretter den raskt faller av til ca. 338°C. Når flammefronten befinner seg nbyaktig mellom termoelementene 41 og 42, vil begge elementer ha omtrent samme temperatur, og den netto spenning som registreres ved temperaturdifferensregulatorens 48 inntak, vil være omtrent nullDet foretrekkes imidlertid å drive apparatet med en liten netto spenningsforskjell, som enten kan være positivt eller nega-tiv, og som svarer til en temperaturdifferens av størrelses-ordenen fra 5,6° til 22,2°C. Dette betyr at flammefronten er noe

I I daesyt mmheertvreid sk ompepnd åhes enssytn brrte il fbtlesrmomoheletem, ener tedne et 41 ikkog e a42bs. oEluntnt sknjbbndt-

Ivendig å ta denne forholdsregel, og man kan oppnå gode resultater i selv om man velger å utfore reguleringen ved en spenningsdiffere is :på null. Når alle bvrige forbrenningspararnetere holdes konstante, \ vil en trykkbkning bringe flammefronten til å trekke seg tilbake mot munnstykket, og en minskning av trykket vil bringe flammefronten til å forflytte seg bort fra munnstykket. Dersom således hydr.ocarb6n8emmensetningen endres på en slik måte at fronten for-sbker å trékke: seg tilbake mot munnstykket, vil termoelementet 42 varsle*en temperaturbkning, mens termoelement 41 vil varsle i et temperaturfall. Temperaturdifferensregulateren 48 vil gjennom regulator 40 bevirke en minskning av forbrenningstrykket inntil fronten er fbrt' tilbake til dens opprinnelige posisjon . Dersom hydrocarbonsamraénsetningen endres på en slik måte at fronten, tenderer til1 å bevege seg bort fra munnstykket, vil omvendt termoelementet 41 varsle en temperaturbkning mens termoéLementet 42 varsler et 'temperaturfall, og"temperaturdifferensregulatorén: 48> vil bevirke en bkning av forbrenningstrykket inntil fronten er bragt tilbake til den opprinnelige posisjon. I begge tilfeller e* den endring i forbrenningstrykket som kreves for å immobilisere flammefronten etter en endring i sammensetningen en korrelerbar funksjon av endringen i.sammensetningen.

Hva driften av analyseapparatet angår, foretrekkes det å installere og å anvende forbrenningsroret i vertikal stilling,

som angitt i fig.l, slik at selve flammefronten blir hovedsakelig horisontal. Dersom flammen genereres i et horisontalt ror, vil den skiveformede flammefront ha tendens til å helle noe under innvirkning av tyngdekraften, hvilket reduserer folsoraheten av innretningen for måling av flammens posisjon. Oppvarmningsmediet som fores inn i boksen 10 gjennom rorledning 11, kan være luft, avgass, mettet eller overopphetet damp, olje, alkohol, smeltet salt eller annet egnet medium fra en ekstern termostatisk regulert kilde. Alternativt kan der istedenfor et sirkulerende varmj-medium anvendes et avgrenset væskebad rundt roret 17, hvilket bal kan oppvarmes og reguleres termostatisk ved hjelp av et neddykke d elektrisk heteelement, dampspiraler, osv. Temperaturen av varmemediet eller av termostatbadet vil vanligvis holdes i området fra ca. 232°C til ca. 482°C. De tilforte hydrocarbon- og luftstrbmme ? oppvarmes til en temperatur som ikke avviker mer enn fra 1,1° tiL 11°C fra badtemperaturen. Typiske spesifikasjoner for et analyser apparat for bensin som i hovedtrekkene er konstruert som vist på fig. 1, og som er kalibrert for forskningsoctantall (ASTM Test No. D908-65), se ASTM Manual for Rating Motor Puels- by Motor and Research Methods, ~5th Edition, 1964), er som fblger:

. Kurven på fig. 4 er en typisk korrelasjonskurve for octantal.l og trykk for det ovenfor beskrevne ahalyseapparat drevet som ove:i-for spesifisert, ved anvendelse av syntetiske blandinger av n-hepta.n og isooctan som testprbver. Forbrenningstrykket, som er avsatt som ordinat, avleses fra trykkskriveren 50. Kurven er hovedsakelig lineær over octanverdien 94, og er svakt konkav oppover for lavere octantall. Da utgangssignalet fra analyseapparatet er" et kontinuerlig analogsignal, kan analyseapparatet lett inn-arbeides i en konvensjonell prosessreguleringsslbyfe.

Fig. 5 illustrerer et annet trekk ved oppfinnelsen, hvor dei justerte forbrenningsparameter er hydrocarbonstrbmningshastig-heten. Elementer som er identiske med de i fig. 1, har samme henvisningstall. • I dette tilfelle holdes forbrenningstrykket konstait ved hjelp av regulator 40. Utgangssignalet fra differensialregu-lator 48 overfbres via ledning 49 for innstilling av hydrocarbon-strbmningsregulator 34. Signalomformningsinnretningen er en strbmningaskriv.er 60 som via ledning 61 er forbundet med regulat )r 34. Når de bvrige forbrenningspararnetere holdes konstante, vil en bkning av hydrocarbonstrbmningen forårsake at flammefronten forskyves bort fra munnstykket, og en minskning i hydrocarbonstrbmningen vil forårsake at flammefronten trekker seg tilbake mot munnstykket. Dersom således hydrocarbonsammensetningen endres på en slik måte at fronten tenderer til å trekke seg tilbake mot munnstykket, vil regulator 48 bevirke en Økning av hydrocerbon- v strBmningen inntil fronten er bfagt tilbake til dens opprinnelig

I posisjon. Omvendt vil regulator 48, dersom hydrocarbonsamrnen-I setningen endres på slik måte at fronten tenderer til å bevege

! seg bort fra munnstykket, bevirke en minskning av hydrocarbon-I stromningen inntil fronten er bragt tilbake til dens opprinnelig;

I posisjon.

I Fig. 6 illustrerer en annen utforelsesform av apparatet ifo_ge I oppfinnelsen, hvor den justerte forbrenningsparameter er luft-stromningshastigheten. Elementer som er Identiske med de i fig.

1, har samme henvisningstall. Også her holdes forbrenningstrykke ; konstant ved hjelp av regulator 40. Utgangssignalet fra tempera-turdif ferensregulateren 48 overfores via ledning 49 og innstillen luftstrbmningsregulator 27. Signalomformningsinnretningen er en stromningsskriver 60 som via ledning 62 er forbundet med regulator 27. Når de ovrige forbrenningspararnetere holdes konstante, vil en bkning i luftstromningen forårsake at flammefronten beveger seg bort .fra munnstykket. Dersom således hydrocarbonsammensetningen endres på en slik måte at fronten tenderes til å trekke seg tilbake mot munnstykket, vil regulator 48 bevirke en okning

i luftstromningen inntil fronten er bragt tilbake til dens opprinnelige ' stilling . Omvendt vil regulator 48, dersom hydrocarbonsammensetningen endres ,på en slik måte at fronten tenderer til å bevege seg bort fra munnstykket, bevirke en minskning i luft-strbmningen inntil fronten påny er bragt tilbake til dens opprinnelige stilling.

i Fig. 7 illustrerer en ytterligere utfbrelsesform av opp-]finnelsen, hvor den justerte forbrenningsparameter er induksjons-sonetemperat.uren. Elementer som er'identiske med de i fig. -1,

har samme henvisningstall. Forbrenningstrykket holdes">konstant ved hjelp av regulator 40. Induksjonssonetemperaturen reguleres ved.hjelp av en temperaturskriver og - regulator 70, hvis inn-gangssignal frembringes av et termoelement 71 som er anbragt i

. induksjonssonen i forbrenningsrbret 17. Utgangssignalet.fra ; regulator 70 overfores via ledning 73 og virker på en diafragma-motorvéntil 72 som er serieforbundet i rbrledning 12. Ved sålede 3 å strupe strbmmen av varmeoverfbringsmedium gjennom.boksen 10, I hvilket i sin tur virker inn på varmeoverfbringskoeffisiénten

og midlere temperaturdifferenser, kan den totale varmemengde som tilfbres de tilforte strbmmer og forbrenningsroret 17 varieres, I hvilket i sin tur virker inn på induks jonssonetemperaturen.. Ut-""".

gangssignalet fra temperaturdifferensregulatoren 48 overfores via ledning 49 og innstiller temperaturskriveren og -regulatoren 70. Signalomformningsinn«retningen er ganske enkelt pennen og kurvebladet på skriver- regulatoren 70. Når de ovrige forbrenningspararnetere er konstante, vil en okning av flammeinduksjonssonetemperaturen forårsake at flammefronten trekker seg tilbake mot mynnstykket, og en minskning i temperaturen vil forårsake at fronten beveger seg bort fra munnstykket. Dersom således hydrocarbonsammensetningen endres på en slik måte at fronten tenderer til å bevege seg tilbake mot munnstykket, vil temperaturdifferenn-regulator 48 bevirke en minskning av flammeinduksjonstemperaturen inntil fronten er bragt tilbake til .dens opprinnelige posision. Omvendt vil temperaturdifferensregulatoren 48, dersom hydrocarbonsammensetningen endre3 på en slik måte at fronten tenderer til å bevege seg bort fra munnstykket, bevirke en okning av flammeinduksjonssonetemperaturen inntil fronten påny er bragt tilbake til dens opprinnelige posisjon. Alternativt kan stromningshastig--heten av varmemediet fastsettes på et på forhånd bestemt nivå, mens utgangssignalet fra temperaturregulator 70 kan anvendes for å variere temperaturen av "det sirkulerende varmemedium ved varme kilden_for dette. På grunn av varmekapasitetene av strbmmene og av konstruksjonsmaterialene kan flammeposisjonsreguleringssystemet ifolge fig. 7 ventes å være noe langsommere og mindre stabilt enn de systemer som er illustrert i fig. 1, 5 og 6.

Repponsene for utfbrelsesformene ifolge fig. 5, 6 og 7 til-svarer de ifolge fig. 1, idet der i hvert tilfelle frembringes e: kontinuerlig analogutgangssignal som på reproduserbar måte av-slbrer endringer i hydrocarbonsammensetningen. I fig. 5 skjer korrelasjonen mellom stbrrelsen av hydrocarbonstrbmmen og hydrocarbonsammensetningen. I fig. 6 skjer korrelasjonen mellom stbrrelsen av luftstrbmmen og hydrocarbonsammensetningen. I fig. 7 skjer korrelasjonen mellom flammeinduksjonssonetemperaturen og hydrocarbonsammensetningen.

Også endre innretninger for å måle flammens posisjon vil vise seg mulige for fagfolk innen reguleringsteknikken. Eksempelvis kan man.anvende motstandslamper som er anordnet i en viss avstand fra hverandre, eller ganske enkelt et par motstandstråder som i en viss avstand fra hverandre er strukket tvers over forbrenningsrbret og som ér koblet i en vanlig brokrets, istedenfor

terraoelektriske elementer. Alternativt kan man anvende optisk/

elektriske innretninger såsom strålingspyrometere eller fotoelek-

triske pyrometere. Da flammefronten inneholder en betydelig mengde organiske radikaler og ioner, kan dens /posisjon måles ved hjelp av ionefSlsomme innretninger. Eksempelvis kan flammeregionen om-

fatte en kondensator i en hbyfrekvensoscillators tankkrets, hvor-

ved en lineær forskyvning av flammen vil endre dielektrisitets-

konstanten for kondensatoren og fblgelig oscillatorens resonans-karakteristikk. Flammeregionen kan også omfatte en likestrbms-ioniseringsspalte.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til å måle endringer i sammensetningen av er. hydrocarbonholdig strom, ved hvilken man innforer den hydrocarbor-

holdige strom i den ene ende av et forbrenningskammer som holdes ved forhbye"t temperatur, og i dette underkaster den hydrocarbonholdige strom partiell oxydasjon, karakterisert ved at man 1) utforer den partielle oxydasjon under overatmosfærisk trykk og; under slike betingelser med hensyn til forbrenningstrykk, atrbmningshastighet av den hydrocarbonholdige strom, strbmnin^s-hastighet- 'av den oxygenholdige gass og' forbrennihgstemperatur, i at der genereres en stabilisert kald flamme med en relativt smal, veldefinert flammefront i en svstand fra -inntaksenden av forbrenningskammeret, 2) måler flammefrontens posisjon relativt til inntaksenden av forbrenningskammeret og omformer måleresultatet til et regu-leringssignal, •,.... 3) anvender rgguleringssignalet til å justere en av de under 1) nevnte forbrenningspararnetere, således at flammefronten immobiliseres relativt til inntaksenden av forbrenningskam meret, uansett endringer i hydrocarbonstrbmmens sammensetning og 4) måler den justerte forbrenningsparameter og på grunnlag av måleresultatet frembringer et utgangssignal i respons til endringene i sammensetningen av hydrocarbonstr.bmmeh.

2. Fremgangsmåte ifblge krav 1, k ara k t e r i' s .é.r t ■v c d ;vfc '.ler„L f"orbrenn.r.i£fikomr.ieret på oppstrbmssiden av riiimme-| .fronten r; nv enden en temperfitur i. or.rr.*--/le t fru £.'#3° til 454°H. ! 3. Vremgnngsmåte Lfb]ge krov 1, karakterisert- v c d fit der i. f orbrcmingska/iimerpt nnvnndes ot trykk i området fr» 1,36 ti] 4,42 atmosfærer, fort r?'ins v.is .i området fm 1,7 til 3,4 atmosfoiCRT-, 4. Apparat for ntfbrelse av fremgå ngnm»ten ifblge et av kravene 1-3, k n r a k t 0 r i n e r t ved at det omfatter j a) et forbrenningskommer (17) som er forlenget i vertikalretnLn-| gen og i"bunnen inneholder en brennerinnretning (20) med til-!<1 >j sluttet hydrocorbontilforselsledning (28), og som videre har j i et utlop for avgass anord.net aksialt i forhold til brenner- j •' innretningen, hvilket utlbp er forsynt" med en tilbake trykk- i regulerende innretning (40).!b) en innretning (43, 44) for måling av flommens posisjon i [or-j i brenningskammeret, ] i |c) en reguleringsinnretning (48) forbunlet med måleinnretningen j <!> og med brennerinnretningen, hvilken reguleringsinnretning cr avpasset for å .justere en forbrenningsparameter valgt blant j ; . , I forbrenningstrykket, strbmningshastigheten av den hydrocarbon-j ; holdige strom, strbmningshastigheten av den oxygenholdige gass . - og forbrennihgstemperaturen, således at flammens posisjon i forbrenningskammeret holdes konstant, og i .d) en signalomformningsinnret-ning med evne til å utvikle et signal i respons til endringene i den valgte forbrenningsparameter, hvilket signal i sin tur gir et mål på hydrocarbonsammenset-i ningen. is'

3. Apparat ifolge krav 4, karakterisert ved i ;at innretningen for måling av flammens posisjon i forbrennings- j jkammeret omfatter et par i en avstand fra hverandre i akseretningen anordnede termoelektriské elementer (41, 42). 1 I