用于测定气体的硅氧烷含量的方法和装置制造方法及图纸

技术编号:14869071 阅读:210 留言:0更新日期:2017-03-21 01:03
一种用于通过非分散红外分析测定气体的硅氧烷含量的方法包括以下步骤:提供在根据这些硅氧烷的吸收带选择的限定波数带(F1,F2)处的红外光(3),使在该限定波数带处的红外光透射至一定体积的有待分析的气体(8),检测穿过该体积的有待分析的气体的在该限定波数带处的红外光的强度,并且基于在该限定波数带处的红外光的吸收测定硅氧烷含量。根据本发明专利技术,该限定波数带位于800至860cm-1的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及一种用于通过非分散红外分析测量气体的硅氧烷含量的方法和装置。专利技术背景沼气是一种重要的可再生能源的来源。沼气可以从有机物质通过消化例如在废水处理厂、废物处理厂、以及农业现场厌氧厂生产。它还可以从填埋场收集。因此,术语“沼气”在本文件中作为常见术语使用来指“沼气”、“填埋气体”、“消化池气体”等中的任一项。沼气的主要组分是甲烷CH4和二氧化碳CO2,并且它典型地还包含少量的硫化氢H2S、水分、和硅氧烷作为杂质。使用沼气作为能源是基于其组分的能量释放燃烧。沼气典型地被用作气体发动机、气体涡轮机、微型涡轮机、和产生电的燃料电池中的燃料。它还可以被燃烧以产生热量。硅氧烷是半挥发性的有机硅化合物,它们被用在许多工业应用中和消费品中,如化妆品和润滑剂。由于它们的广泛使用的结果,大量的硅氧烷最终到了填埋场和下水道,在这里它们挥发成填埋气体或消化池气体。沼气中的硅氧烷通常是有机硅化合物。硅氧烷是在有机硅化学中具有Si-O-Si键的一个官能团。对在废物管理和污水处理中生产沼气和可再生能源的日益增加的兴趣已经引起了对沼气中硅氧烷的存在的显著关注。硅氧烷作为气态化合物就其本身而言不是反应性的或腐蚀性的,但它们在其中使用沼气的设备的各个表面上形成作为沉积物的硬质、磨料二氧化硅。此类沉积物还充当一种热和电绝缘体。这种沉积物可能在沼气利用设备中造成严重的损害,例如结垢、腐蚀和较低的能量输出。表1列出了在消化池气体中最常见出现的一些硅氧烷。基于它们的分子结构,硅氧烷通常被分成直链(用“L”表示)和环状(用“D”表示)的硅氧烷。沼气的硅氧烷浓度总体上是在0-50mg/m3的范围内,典型地低于10mg/m3。表1.化合物缩写沸点,℃六甲基二硅氧烷L2107八甲基三硅氧烷L3153十甲基四硅氧烷L4194十二甲基五硅氧烷L5245六甲基环三硅氧烷D3135八甲基环四硅氧烷D4176十甲基环戊硅氧烷D5211十二甲基环六硅氧烷D6245三甲基硅醇TMS99根据文献,填埋气体中最常见的硅氧烷是D3、D4、D5、L2和L3。除了硅氧烷之外,填埋气体还含有相对大浓度的硅醇。为了减少硅氧烷的上述有害影响,沼气的硅氧烷含量应被保持或使得尽可能低。例如,沼气生产厂典型地包括沼气纯化系统,在其中通过使用各种方法将有害的硅氧烷从沼气中除去。因此,例如在气体发动机中使用沼气作为燃料之前降低了硅氧烷含量。然而,沼气的硅氧烷含量可以在不同位置处并且甚至在不同时段期间在同一位置处变化。因此,将需要在纯化系统之前和/或之后连续监测硅氧烷含量以便当它的清洁效果改变或有待清洁的气体的硅氧烷含量改变时优化硅氧烷去除设备的操作。将沼气注入到天然气管道中是要求可靠的硅氧烷含量监测的应用的另一个实例。对于待注入天然气管道中的沼气的质量设定了严格的要求,从而使准确测定沼气中的硅氧烷含量成为必需。在其中需要硅氧烷监测的塑料制造和半导体生产工业中尤其是在控制洁净室中的空气质量时也认识到监测气体中的硅氧烷的需要。传统上,沼气中的硅氧烷含量是通过取得气体样品离线测定的,这是在实验室进行分析的。在取样和实验室分析中所用的方法是缓慢且费力的,并且存在与取样和储存相关联的损失的危险。现今使用的方法不允许现场监测和直接监测工艺设备。最常见的分析方法是基于气相色谱法和质谱法(GC/MS)的组合。当有待分析的气体的硅氧烷含量低至0.1-5ppm时,对分析方法具有高要求。存在光谱分析方法,这些方法是基于确定样品的整个IR光谱并且允许对沼气的组成的综合分析。通过基于例如FTIR(傅里叶变换红外)光谱法的多组分分析器,原则上有可能测定所有显著气体组分的浓度。然而,FTIR分析器是非常昂贵且复杂的装置。此外,其用作在线测量装置和测量结果的评估需要长期经验。US2010/0223015A1披露了一种用于通过FTIR光谱法监测沼气中的硅氧烷化合物的方法。基于第一光谱测量和第二光谱测量的比率产生第一吸收光谱。该第一光谱测量是来自在感兴趣的指定波长范围内基本上不具有红外吸收的一种非吸收性气体。该第二光谱测量是来自一种包含沼气的样品气体。该方法还包括以下步骤:至少基于已知浓度的至少一种硅氧烷化合物的一个第一单独的吸收光谱使用第二吸收光谱计算沼气中该至少一种硅氧烷化合物的浓度。该测量设备是复杂且昂贵的。作为一种更简单且低成本的方法,JP2006098387A披露了一种用于通过NDIR(非分散红外)技术测量气体的硅氧烷含量的分析器。该分析器包括一个宽带IR源和一个滤光器,该滤光器将与有待分析的样品气体和参考气体相互作用的光限制在1250-770cm-1的波数范围。不同的硅氧烷在此波数范围内具有它们的吸光度最大值,使得可以在检测到的吸收的基础上确定样品气体中硅氧烷的存在。然而,在此波数范围内测量结果还受沼气的许多其他组分,如水分、二氧化碳、甲烷等的影响,这些其他组分的浓度比硅氧烷的浓度高多个数量级。因此,需要特定措施来消除干扰气体组分的影响。这使得分析器变复杂并且测量结果的解释变为挑战性的。例如,需要除湿器或湿度分析器来消除水分对测量的影响。在分析器中使用了一种特定的检测器系统,它检测在1250-770cm-1的所述波数范围内的光。总而言之,市场上对于使能够以合理的成本实现气体中,特别是沼气中的硅氧烷含量的可靠的、在线分析的技术存在持续需要。专利技术目的本专利技术的目的是提供一种用于成本有效且简单地测定气体的硅氧烷含量的方法和装置。概述本专利技术的方法和装置的特征在于分别在权利要求1和11中呈现的。根据一个方法方面,本专利技术集中于一种用于通过非分散红外分析测定气体的硅氧烷含量的方法。通过硅氧烷含量在此意思是有待分析的气体中存在的一种或多种硅氧烷的浓度。在一些应用中,足以测定总硅氧烷含量,包括讨论的气体中存在的所有硅氧烷类型的总浓度。在一些其他应用中,可以测定其不同硅氧烷类型的组的含量。有待通过该方法分析的气体可以是沼气。在另一方面,该方法也可以用于例如分析半导体工业中洁净室空气的硅氧烷含量。通过非分散红外(NDIR)分析是指基于使用在有待测定的化合物的吸收光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过非分散红外分析测定气体的硅氧烷含量的方法,该方法包括以下步骤:‑提供在根据这些硅氧烷的吸收带选择的限定波数带(F1,F2)处的红外光(3),‑使在该限定波数带处的红外光透射至一定体积的有待分析的气体(8),‑检测穿过该体积的有待分析的气体的在该限定波数带处的红外光的强度,并且‑基于在该限定波数带处的红外光的吸收测定硅氧烷含量,其特征在于,该限定波数带位于在800至860cm‑1的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.02 FI 201358841.一种用于通过非分散红外分析测定气体的硅氧烷含量的方法,该
方法包括以下步骤:
-提供在根据这些硅氧烷的吸收带选择的限定波数带(F1,F2)处的
红外光(3),
-使在该限定波数带处的红外光透射至一定体积的有待分析的气体
(8),
-检测穿过该体积的有待分析的气体的在该限定波数带处的红外光的
强度,并且
-基于在该限定波数带处的红外光的吸收测定硅氧烷含量,
其特征在于,该限定波数带位于在800至860cm-1的范围内。
2.如权利要求1所定义的方法,其中该方法还包括提供该有待分析
的气体中的二氧化碳的含量的步骤,并且该测定硅氧烷的步骤包括补偿二
氧化碳对在该限定波数带处的红外光的吸收的影响。
3.如权利要求2所定义的方法,其中该提供二氧化碳的含量的步骤
包括以下步骤:
-提供在根据二氧化碳的吸收带选择的补偿波数带处的红外光(3),
-使在该补偿波数带处的红外光透射至该体积的有待分析的气体(8),
-检测穿过该体积的有待分析的气体的在该补偿波数带处的红外光的
强度,并且
-基于在该补偿波数带处的红外光的吸收测定二氧化碳含量。
4.如权利要求3所定义的方法,其中该补偿波数带位于800至860

\tcm-1的范围之外。
5.如权利要求1至4中任一项所定义的方法,其中该限定波数带包
括一个第一子带(F1)和一个第二子带(F2),并且其中在该测定硅氧烷
含量的步骤中,该硅氧烷含量是基于在该第一和该第二子带处的红外光的
吸收测定的。
6.如权利要求5所定义的方法,其中该测定硅氧烷含量的步骤包括
基于在该第一和该第二子带处的红外光的吸收测定环状和直链硅氧烷的
含量的步骤。
7.如权利要求1至6中任一项所定义的方法,其中该提供在该限定
波数带处的红外光的步骤包括以下步骤:
-产生红外光(3),并且
-过滤该红外光以便将它限制在该限定波数带(F1,F2)。
8.如权利要求7所定义的方法,其中该过滤红外光的步骤是在使在
该限定波数带处的红外光透射至该体积的有待分析的气体的步骤之前进
行的。
9.如权利要求1至8中任一项所定义的方法,进一步包括以下步骤:
基于所测定的硅氧烷含量,产生一个控制信号用于控制沼气处理工艺。
10.如权利要求7所定义的方法,其中该沼气处理工艺是沼气纯化工
艺和用于将沼气注入到天然气管道中的沼气注入工艺之一。
11.一种用于通过非分散红外分析测定气体的硅氧烷含量的装置(1),
该装置包含:
-一个用于接收有待分析的气体的样品室(5),
-一种照明安排(2,4,...

【专利技术属性】
技术研发人员:亚科·拉赞恩图拉·卡乔琳娜莫娜·阿诺德
申请(专利权)人:芬兰国家技术研究中心股份公司
类型:发明
国别省市:芬兰;FI

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