SU1018496A1

SU1018496A1 - Method of measuring concentration of hydrocarbons

Info

Publication number: SU1018496A1
Application number: SU813320154A
Authority: SU
Inventors: А.И. Попов; А.В. Садчихин
Original assignee: Московский Инженерно-Физический Институт
Priority date: 1981-07-24
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1989-02-15

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ, включающий измерение разности ослаблени лазерного излучени , частота которого сов- п,адает с областью центра одной из линий поглощени метана и полосой поглощени высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении, и сравнительном объеме, содержащем эталонньм газ, о т л и ч а- . ю щ и и с тем, что, с целью определени суммарной концентрации углеводородов за исключением метана, срав нительный объем наполн ют анализируемым газом, устанавливают в нем давление газа меньше, чем в измерительном объеме, так, чтобы оно находилось в диапазоне значений между давлением, при котором линии поглощени мётана сливаютс в непрерывную полосу, и давлением, при котором лоренцевска ширина равна допплеровской ширине используемой линии погло (Л С щени метана, причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излучени метаном в обоих объемах было одинаково.METHOD FOR DETERMINING THE CONCENTRATION OF HYDROCARBONS, including measuring the attenuation difference of laser radiation whose frequency coincides with the area of the center of one of the methane absorption lines and the absorption band of higher hydrocarbons, in the measuring volume containing the analyzed gas at atmospheric pressure, and the comparative volume containing the standard gas, about tl and h a-. With the purpose of determining the total concentration of hydrocarbons, with the exception of methane, the comparative volume is filled with the analyzed gas, the gas pressure in it is less than that in the measuring volume, so that it is in the range of values between the pressure, where the absorption lines of the methane merge into a continuous strip, and the pressure at which the Lorentz width is equal to the Doppler width of the line used is absorbed (L C methane, the optical path length in the comparative volume is set to so that the absorption of laser radiation by methane in both volumes was the same.

Description

1one

Изобретение относитс к области газового анализа и может.быть использовано в геохимических исследовани х , и при контроле загр знени окружа рщей среды.The invention relates to the field of gas analysis and can be used in geochemical studies, and in monitoring pollution of the environment.

Известен способ определени углеводородов в их смеси с помощью газовой хроматографии.There is a method for determining hydrocarbons in a mixture thereof using gas chromatography.

Недостатком указанного способа вл етс малое быстродействие при проведении анализа (пор дка 10 мин), что усложн ет применение хроматографии при проведении газовой съемки на больших площад х.The disadvantage of this method is the low speed of the analysis (about 10 minutes), which complicates the use of chromatography when conducting gas surveys over large areas.

Наиболее близким техническим реше-, The closest technical solutions,

со нием вл етс способ определени конФ центрации углеводородов, включа.ющий измерение разности ослаблени лазерного излучени , частота которого совпадает с областью центра одной из линий поглощени метана и полосой поглощени высших углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении , и сравнительном объеме, содержащем эталонный газ,, и последующее вычисление концентрации углеводородов, Целью изобретени вл етс опреде ление суммарной концентрации углеводородов за исключением метана. Поставленна цель достигаегс тем, что в способе определени концентрации углеводородов, включающем измерение разности ослаблени лазерного излучени , частота которого сов падает с областью центра одной из ли ний поглощени метана и полосой поглощени выспшх углеводородов, в измерительном объеме, содержащем анализируемый газ при атмосферном давлении , и сравнительном объеме, содержащем эталонньй газ, сравнительный объем наполн ют анализируемым га зом, устанавливают в нем давление газа меньше,чем в измерительном объеме , так, чтобы оно находилось в диапазоне значений между давлением, при котором линии поглощени метана сливаютс в непрерьшную полосу, и давлением, при котором лоренцевска ширина равна допплеровской ширине используемой линии поглощени метина , причем длину оптического пути в сравнительном объеме устанавливают так, чтобы поглощение лазерного излу чени метаном в обоих.объемах было одинаково.. На чертеже представлена реализаци способа, Устройство содержн:т лазер 1, например He-Ne с Л 3,3922 мкм, оптические элементы 2, 3, 4, 5, образующие двухканальную оптическую систему , измерительньй объем (кювета) 6 с анализируемым газом при атмосферном давлении, сравнительный объем (кювета) 7 с анализи;Е1уемым газом пониженного давлени , например 0,1 атм, .противофазный модул тор 8 лучей, аттенюатор 9 дл выравнивани интенсивностей в кангипах оптической системы, фотоприемник 10. Реализуют способ следующим образом . Неред измерени ми уравнивают интенсивности лазерного излучени в каналах двухлучевой системы, поэтому в случае отсутстви анализируемого газа в кюветах переменный сигнал на выходе схемы отсутствует. После этого в кюветы напускают анализируемьй газ при давлении, например 1,0 и 0,1 атм, и устанавливают согласно и вестной зависимости коэффициента поглощени метана от давлени газовой среды дл излучени Л 3,3922 мкм длины кювет так, чтобы поглощение лазерного излучени за счет метана в обоих кюветах бьшо одинаково. При указанных давлени х газа в кюветах их длины, при которых поглощение лазерного излучени в них будет одинаково , соотнос тс как 1 0.78 1„,/„, Как показали измерени , коэффициенты поглощени высших углеводородов дл излучени 3,3922 мкм примерно равны и имеют одинаковые зависимости от давлени газовой среды. При этом, т.к. излучение с Л 3,3922 мкм попадает в область максимума одной из линий поглощени метана, эти зависимости в диапазоне изменени давлений от величины давлени , при котором лоренцевска ширина становитс сравнимой с допплеровской шириной используемой линии поглощени метана (примерно 0,05 атм), до величины давлени , при котором отдельные линии поглощени метана сливаютс в непрерывнзгю полосу (примерно 2 атм), существенно отличны от зависимости коэффициента поглощени метана от давлени . газовой среды. В силу того, что давление газа в измерительном и сравнительном объемах (1,0 атм и 0,1 атм) лежит в указанной области, равенство интенсианостей излучений в каналах системы нарушаетс , и на выходе двзослучевой оптической системы на частоте модул ции лучей возникает переменньш сигнал, регистрируемый фотоприемником 10, которыйсоответсвует содержанию высших углеводородов в анализируемом газе. Концентрацию высших углеводородов можно вь числить с помощью закона Бугера. Интенсивность лазерного излучени в каналах системы равна I, 1„ехр(-К:1, .сЪ 1г Ii + 41 Ioexp( ),. ; где IP - интенсивность лазерного излучени в каналах системы в отсутствие анализируемого газа} dl - разность поглощений лазерного излучени в двух кюветах индексы 1,2 относ тс соответственно к кюветам с давлением 0,1 и 1,0 aTMj к, соответственно коэффициент поглощени метана и средний коэффициент поглощени высших углеводородовi 1 - длина кюветы. Реша полученную системуThis is a method for determining the concentration of hydrocarbons, including measuring the difference in attenuation of laser radiation, whose frequency coincides with the center of one of the methane absorption lines and the absorption band of higher hydrocarbons, in the measuring volume containing the analyzed gas at atmospheric pressure, and a comparative volume containing the reference gas and the subsequent calculation of the concentration of hydrocarbons. The purpose of the invention is to determine the total concentration of hydrocarbons with the exception of methane . The goal is achieved by the method of determining the concentration of hydrocarbons, which includes measuring the difference in attenuation of laser radiation, whose frequency coincides with the region of the center of one of the lines of absorption of methane and the absorption band of hydrocarbons, in the measuring volume containing the analyzed gas at atmospheric pressure, and the comparative volume containing the reference gas, the comparative volume is filled with the analyzed gas, the gas pressure is set in it less than in the measuring volume, so that it was in the range of values between the pressure at which the methane absorption lines merge into a continuous band, and the pressure at which the Lorentz width is equal to the Doppler width of the methin absorption line used, and the optical path length in a comparative volume is set so that the absorption of laser radiation with methane Both volumes were the same .. The drawing shows the implementation of the method, the device contains: laser 1, for example, He-Ne with L 3.3922 μm, optical elements 2, 3, 4, 5, forming a two-channel optical system, measuring volume (cuvette) 6 with the gas to be analyzed at atmospheric pressure, comparative volume (cuvette) 7 with analyzing; E1 low pressure gas, e.g. 0.1 atm, 8-beam back phase modulator, attenuator 9 for leveling intensity in cannon lines optical system, a photodetector 10. Implement the method as follows. Measurements of the laser radiation intensity in the channels of the two-beam system are not exactly measured, therefore, in the absence of the analyzed gas in the cuvettes, there is no variable signal at the output of the circuit. Thereafter, an analyzable gas is injected into the cuvettes at a pressure of, for example, 1.0 and 0.1 atm, and the known dependence of the methane absorption coefficient on the pressure of the gaseous medium is established according to the well-known radiation coefficient 3 3.3922 µm so that the absorption of laser radiation due to The methane in both cells was the same. At the indicated gas pressures in the cuvettes, their lengths, at which the absorption of laser radiation in them will be the same, correlate as 1 0.78 1 ", /". As the measurements showed, the absorption coefficients of higher hydrocarbons for radiation of 3.3922 µm are approximately equal and have the same depending on the pressure of the gas environment. In this case, because Radiation with L 3.3922 µm falls in the region of the maximum of one of the methane absorption lines, these dependencies in the pressure range on the pressure value at which the Lorentz width becomes comparable to the Doppler width of the methane absorption line used (approximately 0.05 atm), up to The pressure at which individual methane absorption lines merge into a continuous band (approximately 2 atm) is significantly different from the dependence of the methane absorption coefficient on pressure. gas environment. Due to the fact that the gas pressure in the measuring and comparative volumes (1.0 atm and 0.1 atm) lies in this region, the equality of radiation intensities in the system channels is violated, and at the output of the dual-beam optical system at the frequency of modulation of rays, a variable signal occurs recorded by the photodetector 10, which corresponds to the content of higher hydrocarbons in the analyzed gas. The concentration of higher hydrocarbons can be calculated using the Bouguer law. The intensity of the laser radiation in the channels of the system is equal to I, 1 "exp (-K: 1, cf 1g Ii + 41 Ioexp () ,., where in two cuvettes, the indices 1.2 refer respectively to the cuvettes with a pressure of 0.1 and 1.0 aTMj k, respectively, the absorption coefficient of methane and the average absorption coefficient of higher hydrocarbons i 1 - the length of the cuvette. Solving the resulting system

уравнений относительно ее учетом того, что , К, получим:equations relative to her given that, K, we get:

е .1п(1 + Л1/1,/(,- К,)е.1п (1 + Л1 / 1, / (, - К,)

По этой формуле, измер величины Ь, иЛ1 и зна значени К, Kj, 1 и Ij, можно вычислить суммарное содержание углеводородов анализируемом газе за исключением метана.According to this formula, by measuring the values of L, IL, and the values of K, Kj, 1, and Ij, it is possible to calculate the total hydrocarbon content of the analyzed gas with the exception of methane.

Предложенный способ позвол ет определ ть содержание суммы высших углеводородов на уровне до 10 от содержани метана. Така селективна способность к обнаружению суммы высших углеводородов на фоне метана вполне достаточна, например, при измерени х, в геохимических исследовани х, при контроле загр знени окружакщей среды.The proposed method allows to determine the content of the sum of higher hydrocarbons at a level of up to 10 of the methane content. Such a selective ability to detect the sum of higher hydrocarbons in the background of methane is quite sufficient, for example, when measuring, in geochemical studies, while monitoring the pollution of the surrounding environment.

Claims

METHOD FOR DETERMINING THE CONCENTRATION OF HYDROCARBONS, including measuring the difference in the attenuation of laser radiation, whose frequency coincides with the region of the center of one of the methane absorption lines and the