SE516843C2 - Metod för mätning av gasformiga emissioner och/eller flux - Google Patents
Metod för mätning av gasformiga emissioner och/eller fluxInfo
- Publication number
- SE516843C2 SE516843C2 SE0002625A SE0002625A SE516843C2 SE 516843 C2 SE516843 C2 SE 516843C2 SE 0002625 A SE0002625 A SE 0002625A SE 0002625 A SE0002625 A SE 0002625A SE 516843 C2 SE516843 C2 SE 516843C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- gas
- instrument
- source
- concentration
- sun
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 70
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 42
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 24
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 8
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 6
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 5
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 5
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 241000282887 Suidae Species 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001658 differential optical absorption spectrophotometry Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 1
- 238000007866 imination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013101 initial test Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Description
25 30 516 843 källstyrkan beräknas. Metoden är helt beroende av tillförlitligheten i den meteorologiska modellen och kan därför endast användas då topografin är lämplig och vid lämplig meteorologi. Exempel är mätning av emissioner som koldioxid och metan från åkermark (platt terräng, inga byggnader eller träd får störa vindfältet inom 200-500 m). Vid mätning av industriella emissioner är metoden direkt olämplig p.g.a. byggnadernas påverkan på vindfältet, varma utsläpp m.m. 2. Spårgasmetoden; Detta kan sägas vara en variant av ovannämnda metod. Även här mäts koncentrationen av den studerade gasen i en eller flera punkter på läsidan om källan. Istället för att med en meteorologisk modell beräkna spridningen, görs detta empiriskt genom att man vid källan släpper ut en spàrgas med känd emission. Koncentrationen av spårgasen mäts sedan samtidigt med mätningen av den studerade gasen. Härvid kan sambandet mellan koncentration och emission bestämmas för spårgasen. Om spårgasen har samma fysikaliska egenskaper (temperatur, densitet) som den studerade gasen så kan detta samband även användas för bestämning av emissionen av den studerade gasen. Metoden förutsätter att de båda gaserna blandas väl vilket i sin tur förutsätter lämpliga meteorologiska förutsättningar samt att spårgasen släpps ut på ett sätt som väl simulerar emissionen av den studerade gasen. 3. Linjeintegrering: Båda de ovannämnda metoderna har svagheten att mätningarna bara görs i en eller flera punkter i den luftmassa som emitteras. Säkerheten i bestämningarna kan avsevärt förbättras genom att Detta linjeintegrerande optiska metoder som DOAS koncentrationsmätningarna görs genom linjeintegrering. kan åstadkommas genom (Differential Optical Absorption Spectroscopy) eller LPFTIR (Long Path Fourier Transform Infra Red Spectroscopy) s.k. "Cross Wind |ntegration".
Härvid sänds elektromagnetisk strålning över en sträcka som skär genom 10 15 20 25 30 sgte :Massa e e den aktuella luftmassan och genom absorptionsspektroskopi kan medelkoncentrationen över den aktuella mätsträckan bestämmas varefter emissionen bestäms med en av ovannämnda metoder. 4. Laserradar: Ytterligare säkerhet i bestämningen kan erhållas om gaskoncentrationen integreras över hela den emitterade gasmassans tvärsnitt på läsidan om källan. En metod som gör detta är DIAL (Differential Absorption Lidar). Med denna metod sänds laserljus av olika våglängd ut i välbestämda riktningar.
Genom tidsupplöst detektering av det från partiklar och molekyler bakåtspridda gaskoncentrationen längs Iaserstrålen erhållas. Genom att i sekvens mäta i ljuset, kan en avståndsupplöst bestämning av olika riktningar med olika elevation kan den integrerade koncentrationen i ett tvärsnitt av hela den emitterade gasmassan erhållas. Om tvärsnittet läggs vinkelrätt mot vinden kan sedan den totala emissionen erhållas om koncentrationen multipliceras med den koncentrationsviktade vindhastigheten. Styrkan hos metoden är att hela den emitterade gasmassan integreras samt att en meteorologisk spridningsmodell ej behöver användas.
Osäkerheten i mätningarna bestäms till stor del av osäkerheten i bestämning av vindfältet. Metodens nackdelar är att endast ett fåtal gaser kan mätas samt att mätutrustningen är dyr och komplicerad och kräver kvalificerad personal varför mätningarna blir dyra. 5. Himme/sljusspektroskopi: En alternativ metod som också integrerar över hela den emitterade luftmassans tvärsnitt är integrerande himmelsljusspektroskopi. I denna metod registreras zenithimlens ljus med en spektrometer. Härvid erhålls ett vertikalt koncentrationen av de gaser som finns i atmosfären. Genom att förflytta spektrum av zenithimlen inkluderande den integrerade spektrometern på så sätt att den vertikala mätsträckan skär den emitterade gasmassan kan, efter subtraktion av bidraget från bakgrundskoncentrationen, den integrerade koncentrationen i ett tvärsnitt av w -vv- 10 15 20 25 30 516 843 4 den emitterade gasmassan bestämmas. Efter multiplikation med den koncentrationsviktade vindhastigheten tvärs traverseringsriktningen erhålls emissionen. Metoden använder relativt enkel utrustning men är begränsad till ett fåtal molekyler som kan mätas i intervallet 300 - 700 nm av det elektromagnetiska spektrat, det spektralintervall inom vilket zenithimlen Dessutom påverkas varierande sprider mätningarna av multipelspridning, t.ex. i moln och av den s.k. Ring-effekten (partiell ifyllning Solljus. av sk Fraunhoferlinjer i Solspektrat orsakad av Ramanspridning). Metoden har därför främst använts vid mätning av industriella emissioner av S02 och N02 samt kvantifiering av emissioner av S02 från vulkaner.
REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ändamålet med föreliggande uppfinning är att genom en vidareutveckling av de i det föregående omtalade metoderna åstadkomma en mätmetod som erbjuder en unik och kostnadseffektiv metod att mäta emissioner och flux av gasformiga ämnen från såväl industrier som andra antropogena och naturliga källor.
Nämnda ändamål uppnås medelst metoden enligt föreliggande uppfinning, vilken kännetecknas därav, att instrumentet arrangeras på ett sådant sätt att förbindelselinjen mellan instrumentet och Solen genomskär en gasvolym som utgör hela eller del av det från en källa emitterade gasflödet, att den registrerade elektromagnetiska strålningen används för att beräkna gaskoncentrationen längs den optiska förbindelselinjen i gasvolymen och att den sålunda erhållna, över den av förbindelselinjen traverserade tvärsnittsytan integrerade koncentrationen, tillsammans med information om vindens, instrumentets och den gasemitterande källans hastigheter, används för att beräkna gasfluxet genom den traverserade tvärsnittsytan.
Metoden är baserad på Solspektroskopi och tillgår så att en spektrometer kopplas till en sk Solföljare, ett spegelsystem som "låser" på Solen på sådant v neon 10 15 20 25 30 516 843 5 sätt att det direkta Solljuset alltid träffar spektrometerns ingångsapertur. instrumentet registrerar sålunda spektra av Solen sedd genom atmosfären.
Genom utvärdering av erhållna absorptionsspektra kan sedan den integrerade totalkolumnen av den aktuella gasen längs den optiska vägsträckan mellan instrumentet och Solen bestämmas. Med den optiska vägsträckan avses den väg som solljuset tagit/gått mellan Solen och instrumentet. Då Solen står lågt på himlen avviker denna vägsträcka från den geometriska förbindelselinjen pga. Solljusets brytning i atmosfären. Genom att antingen placera eller förflytta instrumentet på ett sådant sätt att linjen mellan instrumentet och Solen skär genom luftmassan på läsidan om den källa vars emission man önskar kvantifiera, så kan den integrerade koncentrationen uttryckt i massa per längdenhet, t.ex. g-m", i ett tvärsnitt av luftmassan bestämmas efter att bakgrundskoncentrationen subtraherats bort.
Om detta värde sedan multipliceras med vindhastigheten i plymen vinkelrätt mot traverseringsriktnlngen, så kan emissionen erhållas uttryckt i massa per tidsenhet, t.ex. g-s”.
Med flux avses transporten av gas genom en, vanligen vertikal, tvärsnittsyta uttryckt i massa per tids- och ytenhet, t.ex. g-s'1-m'2. Med emission avses källstyrkan vilken kan uttryckas i olika enheter beroende på applikationen, t.ex. i massa per tidsenhet, exempelvis g-s", vid en punktkälla såsom exempelvis emission från en industrianläggning, i massa per längdenhet, exempelvis g-m", vid en linjekälla såsom exempelvis emission från en bil och i massa per yt- och tidsenhet, exempelvis g-m'2-s", vid en ytkälla såsom exempelvis metanemission från en myr.
Metoden integrerar liksom metoderna 4 och 5 ovan över hela den emitterade gasmassan men uppvisar jämfört med dessa metoder ett antal fördelar: o Systemet är tekniskt avsevärt enklare och billigare än DIAL-systemet och kräver ej högt utbildad personal för sitt handhavande. 10 15 20 25 30 516 843 6 o Genom att hela spektralintervallet från UV - IR kan utnyttjas kan ett stort antal olika molekyler mätas med god specificitet. o Hög ljusintensitet ger låg brusnivå i uppmätta spektra och därmed god känslighet i koncentrationsbestämningen. o Mätning direkt mot Solen, istället för att använda spritt Solljus från zenithhimlen, medför att problem med multipelspridning och den s.k.
Ringeffekten elimineras. l en alternativ tillämpning av metoden placeras instrumentet stationärt på ett sådant sätt att gas emitterad från en rörlig källa driver genom mätsträckan Sol-mätinstrument, varvid den totala koncentrationen i ett tvärsnitt av gasmassan erhålls. Efter multiplikation med den koncentrationsviktade vindhastigheten vinkelrätt mot källans rörelseriktning erhålls emissionen från källan uttryckt i massa per längdenhet, t.ex. g-m'1. Efter multiplikation med källans hastighet erhålls emissionen uttryckt i massa per tidsenhet, t.ex. g-s".
Detektionsgränsen och noggrannheten vid emissionsmätning med den föreslagna metoden bestäms dels av noggrannheten i bestämning av vindfältet på de aktuella höjderna dels av med vilken noggrannhet den integrerade koncentrationen kan bestämmas. Vanligen bestäms vindfältet genom mätningar på marken, i mast eller med ballong varefter det totala vindfältet erhålls från interpolation eller extrapolation med hjälp av en meteorologisk modell. En attraktiv möjlighet i situationer då vindfältet är svårt att bestämma, eller då den emitterade gasens höjd är svårbestämd, är att använda spårgas i enlighet med metod 2 ovan. Härvid krävs emellertid att utsläppet av spårgasen i tid och rum väl simulerar utsläppet av den studerade gasen. Detta kan ofta vara komplicerat, särskilt om den studerade källan har stor utsträckning, t.ex. en åker. En alternativ, och vid mätning med den här föreslagna metoden mycket attraktiv, användning av spårgas är att direkt använda spårgasen för bestämning av den koncentrationsviktade vindhastigheten. l denna applikation släpps spårgas endast ut i en eller ett 10 15 20 25 30 516 843 7 fåtal punkter. Med hjälp av den uppmätta integrerade halten av spårgasen längs traverseringssträckan erhålls då direkt den koncentrationsviktade vindhastigheten längs traverseringssträckan. Syftet med spårgasutsläppet är här således att med hjälp av den integrerade halten av spårgasen erhålla vindhastigheten på den relevanta höjden. Om spårgasen emitteras från ett område med samma avstånd från instrumentet som den studerade gasen, och om de meteorologiska förutsättningarna är likartade, kan sedan denna vindhastighet användas vid beräkning av den totala emissionen från området. l de fall avståndet från källan eller de meteorologiska förhållandena avviker kan den uppmätta koncentrationsviktade vindhastigheten användas som referensvärde i en modell, med vars hjälp man sedan kan extrapolera till andra platser eller meteorologiska förhållanden.
Det uppmätta Solspektrat innehåller förutom absorptionslinjer härrörande från den studerade gasmassan även strukturer relaterade till Solens eget totala långa spektrum samt interfererande absorptionslinjer från den gassammansättningen i atmosfären. På grund av den absorptionssträckan genom atmosfären utgör dessa absorptionsstrukturer den helt dominerande delen av absorptionsspektrat. Vid bestämning av den integrerade koncentrationen är det helt avgörande hur väl man kan eliminera denna bakgrundsabsorption ur sitt uppmätta spektrum. Situationen kompliceras ytterligare av att Solen rör sig och därmed förändras ständigt detta bakgrundspektrum. Nedan beskrivs tre sätt att eliminera denna bakgrundsabsorption.
E/iminering av bakgrundsabsorption medelst ren/uftmetoden Ett bakgrundsspektrum uppmätes utanför den gasmassa som skall mätas.
Det spektra som sedan uppmäts i gasmassan divideras sedan med bakgrundsspektrumet varvid bakgrundsabsorptionen elimineras. Metoden kan förbättras något genom att man som bakgrundsspektra använder medelvärdet av ett spektrum taget före respektive efter mätningen. Metoden fungerar om bakgrundsmätningen kan göras i nära anslutning till 10 15 20 25 30 516 843 8 emissionsmätningen och helst mitt på dagen då Solhöjden står nära sitt maximum och därför varierar långsamt.
E/iminering av bakgrundsabsorptionen medelst atmosfärsmodel/ Med kännedom om atmosfärens vertikala sammansättning, tryck och temperatur kan ett syntetiskt bakgrundsspektrum beräknas för den aktuella Solhöjden. bakgrundsspektrum varvid bakgrundsabsorptionen elimineras. Metoden är Uppmätta spektra kan sedan divideras med detta komplicerad och kräver tillgång till avancerade modeller och information om den vertikala kemiska sammansättningen och tryck- och temperaturprofilen.
E/iminering av bakgrundsabsorption medelst airmassfaktor Den tredje metoden, som föreslås inom ramen för det aktuella patentet, innebär att bakgrundsabsorptionen kan elimineras utan att man befinner sig utanför den studerade gasmassan och utan kännedom om atmosfärens kemiska eller fysikaliska tillstånd. Metoden baserar sig på att man med hjälp av en s.k. “ray-tracing”-algoritm i varje givet ögonblick kan beräkna den totala optiska våglängden mellan instrumentet och Solen, den s.k. "airmassfaktorn".
Under förutsättning att atmosfärens kemiska och fysikaliska tillstànd inte ändrar sig under mätningen, kommer bakgrundsabsorptionen att variera proportionellt mot variationen i airmassfaktorn. Med hjälp av multiregressionsanalys kan därvid man beräkna vilka strukturer i de uppmätta mätspektra som samvarierar med airmassfaktorn och sedan, eftersom airmassfaktorn är känd för varje enskilt spektrum, eliminera dessa strukturer ur de enskilda mätspektra. Metoden kan lätt automatiseras och tillämpas i realtid, lägger inga tidsrestriktioner på mätningarna, förutsätter inte registrering av "rena" bakgrundsspektra med jämna mellanrum och kräver inte kännedom om atmosfärens kemiska sammansättning och fysikaliska tillstånd.
Enligt en utföringsform av metoden i enlighet med uppfinningen beräknas den del av absorptionsspektrat som härrör från den del av atmosfären som 10 15 20 25 30 516 843 9 ligger utanför den studerade gasvolymen genom att variationen av det totala antalet molekyler längs den optiska vägsträckan mellan instrumentet och Solen, den s.k. airmassfaktorn, mellan olika uppmätta spektra används för att genom korrelationsanalys bestämma bakgrundsabsorptionen i varje enskilt spektrum, varefter denna bakgrundsabsorption elimineras från det uppmätta spektrumet.
Metoden i enlighet med föreliggande uppfinning bedöms ha en stor potential i många applikationer. Bland dessa kan nämnas: o Mätning av industriella emissioner (petrokemisk industri, raffinaderier, skogsindustri) o Mätning av emissioner från trafik (bilar, båtar, flyg). o Mätning av emissioner från deponier. o Mätning av emissioner från areella näringar som jord- och skogsbruk. o Mätning av storskaliga emissioner från städer, industriområden, och regioner.
FlGURBESKRlVNlNG: Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare under hänvisning till de på de bifogade ritningarna visade tillämpningsexemplen. Därvid visar: figur1 dels ett ur Solspektrum uppmätt absorptionsspektrum motsvarande 18 ppmm eten, uppmätt ca 80 m nedvinds en petrokemisk industri, dels ett skalat referensspektrum av eten anpassat till det uppmätta spektrumet, samt differensen i anpassningen; figur 2 uppmätt totalkolumn av eten ca 80 m nedvinds om en petrokemisk industri samt den erhållna integrerade emissionen; figur 3 dels ett ur Solspektrum uppmätt absorptionsspektrum motsvarande 7.8 ppmm ammoniak, uppmätt ca 120 m nedvinds ett 1.57 ha stort 10 15 20 25 30 516 843 10 fält på vilket flytgödsel av svin spridits för ca 24 timmar sedan, dels ett skalat referensspektrum av ammoniak anpassat till det uppmätta spektrumet, samt differensen i anpassningen, figur 4 uppmätt totalkolumn av ammoniak (NH3) ca 24 timmar efter gödsling med flytgödsel av svin på ett 1.57 ha stort fält, uppmätt ca 120 m nedvinds fältet.
TILLÄMPNINGSEXEMPEL: En unik applikation, där metoden kommer att användas inom den närmaste framtiden, är bestämning av verkningsgraden hos facklor på petrokemiska industrier. Vid vissa processtörningar inom petrokemisk industri sänds stora mängder kolväten från olika steg i processen till en fackla för förbränning.
Facklan är belägen i toppen av en hög skorsten. Tanken är att kolvätena skall förbrännas i facklan och därmed minskas miljöbelastningen av processtörningen. Hög verkningsgrad hos förbränningen i facklan är önskvärd och vanligen uppskattas denna till bättre än 99%. Markbaserade mätningar som vi genomfört med “Long Path FT|R" teknik indikerar att Bristande verkningsgraden i vissa fall är betydligt sämre än 99%. verkningsgrad hos denna förbränning medför dramatiskt ökade kolväteemissioner från anläggningen och kan innebära stora såväl ekonomiska (överskridande av givna koncessionsvillkor) som miljömässiga konsekvenser. På grund av facklans höjd över marken och den höga temperatur som uppstår i facklans närområde vid förbränning, är det emellertid mycket svårt att direkt mäta denna verkningsgrad. Den här föreslagna metoden erbjuder en unik möjlighet att mäta verkningsgraden.
Detta görs genom att den till facklan förda gasmängden mäts genom att koncentration och flöde mäts i ledningen till facklan. Den kvarvarande emissionen av oförbrända kolväten efter fackling mäts sedan med den här föreslagna metoden genom att förbränningsgasplymen från facklan traverseras på lämpligt avstånd i lä om facklan, varur verkningsgraden 10 15 20 25 30 516 843 11 erhålls. Vindkomponenten bestäms genom att en inert spårgas tillsätts gasströmmen till facklan och sedan kvantifieras tillsammans med de aktuella kolväteemissionerna. Förutom den aktuella kolväteemissionen kan samtidigt andra, för förståelse och optimering av förbränningsförloppet viktiga, gaser som CO, S02 och eventuellt C02 bestämmas.
Inledande tester har genomförts med metoden i ett flertal applikationer.
Nedan ges tillämpningsexempel från industriella respektive areella näringar: mätning av emissioner av eten från en petrokemisk fabrik, och kvantifiering av emissionen av ammoniak efter gödselspridning. l båda fallen användes en s.k. FTIR (Fourier Transform Infra Red) spektrometer Bomem MB100 med spektral upplösning 1 om”. Spektra registrerades i det infraröda området runt våglängden 10 um. Solföljaren bestod av en spegel rörlig i två dimensioner (vertikalt respektive horisontellt), två fasta speglar en lins och en s.k. quadrupol-detektor. Solljuset träffar den rörliga spegeln och riktas vertikalt upp mot den ena fasta spegeln. En del av det parallella Solljuset fokuseras härvid av linsen mot quadropol-detektorn.
Quadropol-detektorn ger reglersignaler till servomotorerna på den rörliga spegeln och styr sålunda in Solljuset så att det låses på centrum av quadropol-detektorn. Det utgående Solljuset har då en riktning som via den andra fasta spegeln är perfekt inriktat mot spektrometerns ingångsapertur.
Genom detta arrangemang kommer alltid Solljuset att vara perfekt riktat mot spektrometern oberoende av rörelsema hos det fordon som förflyttar instrumentet eller av Solens egen rörelse. Spektra analyserades med hjälp av Classical Least Squares multiregressionsanalys efter eliminering av bakgrundsabsorptionen med airmassfaktor metoden. Utrustningen var placerad på flaket på en mindre lastbil på ett med luftkuddar vibrationsdämpat bord. 10 15 20 25 30 516 843 12 Etenemission från petrokemisk industri: I denna applikation kördes utrustningen långsamt (ca 1 m-s'1) längs en väg belägen ca 80 m på Iäsidan om en petrokemisk industri. l figur 1 visas ett exempel på ett uppmätt spektrum innehållande 18 ppmm eten integrerat genom den emitterade gasmassan längs förbindelselinjen mellan instrumentet och Solen. I figuren visas också ett referensspektrum av eten skalat så att den kvadratiska avvikelsen mellan uppmätt och anpassat spektrum mlnimerats. Som ett mått på kvaliteten i den gjorda spektralanpassningen mellan det uppmätta spektrumet och referensspektrumet visas också differensen dem emellan. En god anpassning kännetecknas av att differensspektrumet endast uppvisar slumpvis brus och ej systematiska strukturer som korrelerar med det aktuella referensspektrumet. Observera att strukturer ned till ca 0.1 % kan uppmåtas. l figur 2 visas den linjeintegrerade etenkoncentrationen, den s.k. totalkolumnen, längs linjen instrumentet - Solen som funktion av mätfordonets läge. Den med en uppskattad vindhastighet beräknade integrerade emissionen av eten, summerad längs den horisontella mätsträckan, visas även och den totala emissionen av eten från anläggningen bestämdes till 18.5 kg- h”. Läget av potentiella utsläppskällor har markerats i figuren.
Emission av ammoniak efter spridning av gödsel: l denna applikation uppmättes ammoniakemissionen från ett 1.57 ha stort fält 24 timmar efter spridning av flytgödsel från svin. Vindriktning och vindhastighet uppmättes på 2 meters höjd med en propelleranemometer.
Vindriktningen var i 77° vinkel mot vägen längs vilken mätningen genomfördes, avståndet till fältet var 120 m och vindstyrkan var 5.4 m-s". I figur 3 visas ett spektrum uppmätt längs traverseringssträckan motsvarande en integrerad halt av 7.8 ppmm. I analogi med figur 1 visas även ett anpassat referensspektrum, liksom differensen mellan uppmätt och anpassat spektrum. I Figur 4 visas den integrerade koncentrationen mellan 516 843 13 instrumentet och Solen som funktion av instrumentets läge längs traverseringssträckan. Det konstanta bidraget från bakgrundskoncentrationen av ammoniak i atmosfären har subtraherats bort varefter emissionen av ammoniak från fäuet bestämdes im 4.4 kg NHs-na-'rfï
Claims (10)
1. 0 15 20 25 30 516 843 14
2. PATENTKRAV
3. . Metod för mätning av gasformiga emissioner och/eller flux baserad på att den från Solen direkt kommande elektromagnetiska strålningen detekteras och registreras våglängdsupplöst med ett spektrometerinstrument för upptagande av absorptionsspektra och
4. KÄNNETECKNAD DÄRAV att instrumentet arrangeras på ett sådant sätt att förbindelselinjen mellan instrumentet och Solen genomskär en gasvolym som utgör hela eller del av det från en källa emitterade gasflödet, att den registrerade elektromagnetiska strålningen används för att beräkna gaskoncentrationen längs den optiska förbindelselinjen i gasvolymen och att den sålunda erhållna, över den av förbindelselinjen traverserade tvärsnittsytan integrerade koncentrationen, tillsammans med information om vindens, instrumentets och den gasemitterande källans hastigheter, används för att beräkna gasfluxet genom den traverserade tvärsnittsytan.
5. . Metod enligt patentkrav 1, KÄNNETECKNAD DÄRAV att Solen används som ljuskälla och instrumentet förflyttas sålunda att linjen som sammanbinder instrumentet med Solen skär genom den gasvolym som skall studeras, varvid den totalt integrerade koncentrationen av den studerade gasen över den traverserade tvärsnittsytan bestäms samt att denna storhet multipliceras med den komponent av den koncentrationsviktade vindhastigheten över tvärsnittsytan som är vinkelrät mot instrumentets förflyttningsriktning varigenom fluxet av den studerade gasen genom den traverserade tvärsnittsytan erhålls. _ Metod enligt patentkrav 1, KÄNNETECKNAD DÄRAV att Solen används som ljuskälla och instrumentet placeras så att den från en rörlig källa emitterade gasvolymen av vinden bringas att skära genom linjen som sammanbinder instrumentet med Solen, varvid den totalt integrerade koncentrationen av den studerade gasen över den traverserade 10 15 20 25 30 516 843 15 tvärsnittsytan bestäms, varefter denna storhet multipliceras med den komponent av den koncentrationsviktade vindhastigheten över tvärsnittsytan som är vinkelrät mot den rörliga källans förflyttningsriktning, varigenom emissionen av den studerade gasen, uttryckt per längdenhet som källan förflyttar sig, erhålles. _ Metod enligt patentkrav 3, KÄNNETECKNAD DÄRAV att källans hastighet är känd varför källans emission uttryckt per tidsenhet kan bestämmas genom att källans emission per längdenhet som källan förflyttar sig multipliceras med källans hastighet. _ Metod enligt patentkrav 2, KÄNNETECKNAD DÄRAV att det koncentrationsviktade vindfältet genom den traverserade gasmassan bestäms genom att den över den traverserade tvärsnittsytan integrerade koncentrationen av en spårgas, som med känd emission emitteras från den studerade gasens källområde, mäts samtidigt med den integrerade koncentrationen av den studerade gasen.
6. . Metod enligt patentkrav 1, KÄNNETECKNAD DÄRAV att den del av absorptionsspektrat som härrör från den del av atmosfären som ligger utanför den studerade gasvolymen beräknas genom att variationen av det totala antalet molekyler längs den optiska vägsträckan mellan instrumentet och Solen, den s.k. airmassfaktorn, mellan olika uppmätta spektra används för att genom korrelationsanalys bestämma bakgrundsabsorptionen i varje enskilt spektrum, varefter denna bakgrundsabsorption elimineras från det uppmätta spektrumet.
7. . Metod enligt patentkrav 1, KÄNNETECKNAD DÄRAV att den används för att lokalisera, identifiera och kvantifiera emissioner från industriella anläggningar. 516 843 16
8. Metod enligt patentkrav 2, KÄNNETECKNAD DÄRAV att den används för att lokalisera, identifiera och kvantifiera emissioner från industriella anläggningar. 5
9. Metod enligt patentkrav 5, KÄNNETECKNAD DÄRAV att den används för att lokalisera, identifiera och kvantifiera emissioner från industriella anläggningar.
10. Metod enligt patentkrav 6, KÄNNETECKNAD DÄRAV att den används för 10 att lokalisera, identifiera och kvantifiera emissioner från industriella anläggningar.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0002625A SE516843C2 (sv) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | Metod för mätning av gasformiga emissioner och/eller flux |
AT01950153T ATE338940T1 (de) | 2000-07-12 | 2001-07-09 | Verfahren zur gasemissions- und/oder flussmessung |
US10/332,812 US6864983B2 (en) | 2000-07-12 | 2001-07-09 | Method for measuring of gaseous emissions and/or flux |
DE60122904T DE60122904T2 (de) | 2000-07-12 | 2001-07-09 | Verfahren zur gasemissions- und/oder flussmessung |
AU2001271180A AU2001271180A1 (en) | 2000-07-12 | 2001-07-09 | Method for measuring of gaseous emissions and/or flux |
EP01950153A EP1309838B1 (en) | 2000-07-12 | 2001-07-09 | Method for measuring of gaseous emissions and/or flux |
PCT/SE2001/001583 WO2002004902A1 (en) | 2000-07-12 | 2001-07-09 | Method for measuring of gaseous emissions and/or flux |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0002625A SE516843C2 (sv) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | Metod för mätning av gasformiga emissioner och/eller flux |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0002625D0 SE0002625D0 (sv) | 2000-07-12 |
SE0002625L SE0002625L (sv) | 2002-01-13 |
SE516843C2 true SE516843C2 (sv) | 2002-03-12 |
Family
ID=20280458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0002625A SE516843C2 (sv) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | Metod för mätning av gasformiga emissioner och/eller flux |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6864983B2 (sv) |
EP (1) | EP1309838B1 (sv) |
AT (1) | ATE338940T1 (sv) |
AU (1) | AU2001271180A1 (sv) |
DE (1) | DE60122904T2 (sv) |
SE (1) | SE516843C2 (sv) |
WO (1) | WO2002004902A1 (sv) |
Families Citing this family (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5030392B2 (ja) * | 2004-06-14 | 2012-09-19 | オリンパス株式会社 | 医療装置の位置検出システムおよび医療装置誘導システム |
US7333184B2 (en) * | 2005-07-01 | 2008-02-19 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Ground surface cover type reflectivity variation correction in a differential absorption LIDAR system |
US7260507B2 (en) * | 2005-09-09 | 2007-08-21 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Method for improving the performance accuracy in differential absorption lidar for oil and gas pipeline leak detection and quantification |
US8035813B2 (en) | 2006-06-16 | 2011-10-11 | Bo Galle | Method and device for measuring emissions of gaseous substances to the atmosphere using scattered sunlight spectroscopy |
NZ586188A (en) * | 2007-12-20 | 2012-05-25 | 2245060 Ontario Ltd | Remote sensing and probabilistic sampling based method for determining the carbon dioxide volume of a forest |
CA2655279C (en) * | 2008-10-08 | 2018-02-27 | Colin Irvin Wong | Fugitive emission flux measurement |
US8781755B2 (en) * | 2008-10-08 | 2014-07-15 | Golder Associates Ltd. | Fugitive emission flux measurement |
US8010300B1 (en) * | 2008-11-24 | 2011-08-30 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Determination of gas flux using airborne dial lidar |
US8121798B2 (en) * | 2008-11-24 | 2012-02-21 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Gas flux determination using airborne DIAL LIDAR and airborne wind measurement |
EP2264433A1 (en) | 2009-06-16 | 2010-12-22 | Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | A method and system for the remote quantitative detection of compounds in the atmosphere |
CA2681681A1 (en) | 2009-10-06 | 2010-06-08 | Colin Irvin Wong | Mapping concentrations of airborne matter |
US8345250B1 (en) | 2009-11-02 | 2013-01-01 | Exelis, Inc. | System and method for detecting chemical species from a remote sensing platform |
DE102010002348A1 (de) * | 2010-02-25 | 2011-08-25 | Siemens Aktiengesellschaft, 80333 | Verfahren und Ermittlungssystem zur automatischen Ermittlung von Emissionsorten, sowie darauf basierendes Verfahren und Verkehrssteuerungssystem zur immissionsabhängigen Verkehrssteurung |
IT1401884B1 (it) | 2010-10-06 | 2013-08-28 | Tea Sistemi S P A | Metodo per quantificare un flusso di gas fuggitivo mediante misure verticali di concentrazione |
US9759597B2 (en) | 2013-02-21 | 2017-09-12 | Golder Associates Ltd. | Methods for calibrating a fugitive emission rate measurement |
CN103543112B (zh) * | 2013-10-16 | 2016-06-08 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法 |
US10247538B2 (en) | 2014-10-29 | 2019-04-02 | Bridger Photonics, Inc. | Accurate chirped synthetic wavelength interferometer |
US9970756B2 (en) | 2015-10-06 | 2018-05-15 | Bridger Photonics, Inc. | High-sensitivity gas-mapping 3D imager and method of operation |
US10372846B2 (en) * | 2015-11-12 | 2019-08-06 | International Business Machines Corporation | Retrieving pollution emission source using CFD and satellite data |
US10732099B2 (en) * | 2016-01-06 | 2020-08-04 | Tokushima University | Gas analysis device and gas analysis method using laser beam |
EP3433718A4 (en) | 2016-07-15 | 2019-11-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | OPTIMIZING FIRST QUICK PAGE PRINTING |
US10690562B2 (en) * | 2016-10-18 | 2020-06-23 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Apparatus and methods for location and sizing of trace gas sources |
US11422258B2 (en) | 2017-03-16 | 2022-08-23 | Bridger Photonics, Inc. | FMCW LiDAR methods and apparatuses including examples having feedback loops |
WO2019060901A1 (en) | 2017-09-25 | 2019-03-28 | Bridger Photonics, Inc. | SCANNING SYSTEMS AND TECHNIQUES AND EXAMPLES OF USE IN FMCW LIDAR PROCESSES AND APPARATUSES |
WO2019070751A1 (en) | 2017-10-02 | 2019-04-11 | Bridger Photonics, Inc. | PROCESSING TEMPORAL SEGMENTS OF LASER WAVE LENGTH FLUCTUATIONS AND EXAMPLES OF USE IN FREQUENCY MODULATED MAINTAINED WAVE LIDAR (FMCW) METHODS AND APPARATUSES |
US11592563B2 (en) | 2017-10-17 | 2023-02-28 | Bridger Photonics, Inc. | Apparatuses and methods for a rotating optical reflector |
US11112308B2 (en) | 2017-11-14 | 2021-09-07 | Bridger Photonics, Inc. | Apparatuses and methods for anomalous gas concentration detection |
WO2019152787A1 (en) | 2018-02-01 | 2019-08-08 | Bridger Photonics, Inc. | Apparatuses and methods for gas flux measurements |
EP3830533A4 (en) | 2018-07-30 | 2022-04-20 | SeekOps Inc. | ULTRA-LIGHT HANDHELD GAS LEAK DETECTION DEVICE |
CN111189749A (zh) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 无锡中科光电技术有限公司 | 实现颗粒态污染物输送定量评价的移动激光雷达稽查系统 |
US11994464B2 (en) | 2019-04-05 | 2024-05-28 | Seekops Inc. | Analog signal processing for a lightweight and compact laser-based trace gas sensor |
CN110907382A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-03-24 | 光钙(上海)高科技有限公司 | 一种多组分气体分析仪 |
US11614430B2 (en) | 2019-12-19 | 2023-03-28 | Seekops Inc. | Concurrent in-situ measurement of wind speed and trace gases on mobile platforms for localization and qualification of emissions |
CN111089846A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种机载与车载doas同步观测的污染源排放通量测量方法 |
US11988598B2 (en) | 2019-12-31 | 2024-05-21 | Seekops Inc. | Optical cell cleaner |
US12055485B2 (en) | 2020-02-05 | 2024-08-06 | Seekops Inc. | Multispecies measurement platform using absorption spectroscopy for measurement of co-emitted trace gases |
WO2021195394A1 (en) | 2020-03-25 | 2021-09-30 | Seekops Inc. | Logarithmic demodulator for laser wavelength-modulaton spectroscopy |
US11748866B2 (en) | 2020-07-17 | 2023-09-05 | Seekops Inc. | Systems and methods of automated detection of gas plumes using optical imaging |
CN112711002B (zh) * | 2020-12-23 | 2023-05-16 | 武汉大学 | 一种基于co2-dial模拟测量的点源co2排放的新型估算方法 |
WO2022211837A1 (en) * | 2021-04-02 | 2022-10-06 | Seekops Inc. | Multispecies measurement platform using absorption spectroscopy for measurement of co-emitted trace gases |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3868186A (en) * | 1971-09-21 | 1975-02-25 | Shell Oil Co | Opacity meter |
FR2181203A5 (sv) * | 1972-04-21 | 1973-11-30 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | |
US4605313A (en) * | 1985-04-10 | 1986-08-12 | Environmental Research & Technology, Inc. | Infrared detector for NDIR gas analysis |
US5391883A (en) * | 1994-01-06 | 1995-02-21 | Applied Research Corporation | Ozone meter |
-
2000
- 2000-07-12 SE SE0002625A patent/SE516843C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-07-09 EP EP01950153A patent/EP1309838B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-09 WO PCT/SE2001/001583 patent/WO2002004902A1/en active IP Right Grant
- 2001-07-09 DE DE60122904T patent/DE60122904T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-09 US US10/332,812 patent/US6864983B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-09 AT AT01950153T patent/ATE338940T1/de not_active IP Right Cessation
- 2001-07-09 AU AU2001271180A patent/AU2001271180A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ATE338940T1 (de) | 2006-09-15 |
US6864983B2 (en) | 2005-03-08 |
WO2002004902A1 (en) | 2002-01-17 |
AU2001271180A1 (en) | 2002-01-21 |
EP1309838B1 (en) | 2006-09-06 |
EP1309838A1 (en) | 2003-05-14 |
SE0002625D0 (sv) | 2000-07-12 |
DE60122904T2 (de) | 2007-04-05 |
DE60122904D1 (de) | 2006-10-19 |
SE0002625L (sv) | 2002-01-13 |
US20040012787A1 (en) | 2004-01-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE516843C2 (sv) | Metod för mätning av gasformiga emissioner och/eller flux | |
Allen et al. | The development and trial of an unmanned aerial system for the measurement of methane flux from landfill and greenhouse gas emission hotspots | |
AU2010305239B2 (en) | Mapping concentrations of airborne matter | |
Amiridis et al. | Optical characteristics of biomass burning aerosols over Southeastern Europe determined from UV-Raman lidar measurements | |
US8781755B2 (en) | Fugitive emission flux measurement | |
CA2655279C (en) | Fugitive emission flux measurement | |
Gronoff et al. | A method for quantifying near range point source induced O3 titration events using Co-located Lidar and Pandora measurements | |
Belan et al. | Integrated airborne investigation of the air composition over the Russian sector of the Arctic | |
Brocchi et al. | Intercontinental transport of biomass burning pollutants over the Mediterranean Basin during the summer 2014 ChArMEx-GLAM airborne campaign | |
Andersen et al. | Quantifying methane emissions from coal mining ventilation shafts using an unmanned aerial vehicle (UAV)-based active AirCore system | |
O'Dowd et al. | Airborne measurements of nucleation mode particles I: coastal nucleation and growth rates | |
AU2003220719B2 (en) | Locating a Source of Emanations | |
Mellqvist et al. | Certification of an aircraft and airborne surveillance of fuel sulfur content in ships at the SECA border | |
Aruffo et al. | Aircraft observations of the lower troposphere above a megacity: Alkyl nitrate and ozone chemistry | |
Springston et al. | Chemical evolution of an isolated power plant plume during the TexAQS 2000 study | |
Reidmiller et al. | Interannual variability of long-range transport as seen at the Mt. Bachelor observatory | |
Leino et al. | Biomass-burning smoke episodes in Finland from eastern European wildfires | |
Heise et al. | Improved chemometric strategies for quantitative FTIR spectral analysis and applications in atmospheric open‐path monitoring | |
Brocchi et al. | Local air pollution from oil rig emissions observed during the airborne DACCIWA campaign | |
Spolaor et al. | Determination of black carbon and nanoparticles along glaciers in the Spitsbergen (Svalbard) region exploiting a mobile platform | |
Robinson et al. | DIAL measurements for air pollution and fugitive-loss monitoring | |
Thornhill et al. | The impact of local sources and long‐range transport on aerosol properties over the northeast US region during INTEX‐NA | |
Liu et al. | Photochemical modelling in the Po basin with focus on formaldehyde and ozone | |
Deng et al. | Wildfire smoke observations in the western United States from the airborne Wyoming Cloud Lidar during the BB-FLUX project. Part I: Data description and methodology | |
da Costa et al. | Real-time mapping of an industrial flare using LIDAR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed | ||
NUG | Patent has lapsed |