一种同时分析天然气中H制造技术

本发明专利技术公开了一种同时分析天然气中H

【技术实现步骤摘要】
一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法
本专利技术涉及气体分析领域，具体涉及一种基于激光技术同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法。
技术介绍
天然气从地底开采出来经过净化之后，往往还含有微量H2O和CO2等杂质。天然气中的微量H2O在高压低温的管道环境中，容易与CH4形成冰状的天然气水合物，堵塞管道，或者凝析成液态水与天然气中的酸性气体结合腐蚀管道，造成安全事故。而CO2除了与H2O结合成碳酸，对管道产生腐蚀作用外，还会降低天然气的发热量，影响气体燃烧价值。因此，《天然气》国家标准对天然气中的H2O和CO2含量有明确规定，要求在交接点压力下，水露点比输送条件下最低环境温度低5℃，一、二类天然气中CO2含量分别低于2％和3％。一般在天然气净化过程分析和加压运输过程中，根据H2O和CO2的物理和化学特性，需要配备独立的水露点(一定浓度的H2O在一定压力下结露的温度)分析仪和CO2分析仪进行测量。传统的测水露点的方法包括冷镜法、电解法和晶振法，均为接触式测量技术。冷镜法直接将镜面冷却，另H2O在镜面上结露，这种方法不能分辨烃露点和水露点，而且镜面容易受到杂质的污染，影响测量结果的准确性。电解法是利用P2O5电解H2O分子，在电极间产生电流，但探头参与反应易损耗，而且醇类物质也会被电解，干扰测量。晶振法是利用H2O吸附在石英晶体上改变晶体振荡的频率的分析方法，同时重烃、醇和油都容易吸附在晶体表面，导致探头损坏。分析CO2含量可以使用红外技术进行测量。红外技术使用广谱光源，覆盖的波段较广，容易覆盖其他组分吸收光谱，导致测量易受背景气体干扰，而且红外采用差分算法，分析精度不高。此外，H2O和CO2均可以使用激光吸收光谱技术进行测量，根据待测组分的特征吸收光谱，选取窄线宽的半导体激光光源，即可不受干扰地对目标组分进行快速测量，测量精度可以达到10-6(ppm)甚至是10-9(ppb)级别。虽然使用激光技术分析H2O和CO2技术原理保持一致，但往往为了为了避免干扰，在选取H2O和CO2的吸收波段时相隔较远，因此，同一个激光器波段无法覆盖到两种组分的测量，迫使天然气净化厂及门站中往往需要购置两台甚至多台分析仪，不仅占地面积更大，而且增加了分析仪表的投入和维护成本。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法，本方法选取天然气中H2O和CO2吸收光谱重合的光谱波段，通过化学计量学算法实现H2O和CO2的同时测量，解决了传统的激光吸收光谱技术往往选取没有干扰的吸收波段只能测量一种气体的问题，也解决了使用多台分析仪表占地面积更大而且增加了分析仪表的投入和维护成本的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法，采用了如下所述的技术方案：一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法，其包括以下步骤：(1)建立H2O的自变量组X1：向检测池中通入预设浓度的H2O气体，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立H2O的自变量组X1＝(x11，x12，...，x1n)；(2)建立CO2的自变量组X2：向检测池中通入预设浓度的CO2气体，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立CO2的自变量组X2＝(x21，x22，...，x2n)；(3)建立j组混合气的因变量组，每一组混合气的因变量组对应一种由H2O和CO2按配比混合的混合气，每种混合气的H2O的浓度C1和CO2的浓度C2配比是不同的；每组混合气的因变量组建立过程如下：向检测池中通入混合气，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立混合气的因变量组Yj＝(yj1，yj2，...，yjn)，j代表第j种混合气，j≥2，Yj代表第j种混合气的因变量组；(4)基于所述H2O的自变量组X1、CO2的自变量组X2和混合气的因变量组Yj，建立线性回归方程：Yj＝kj1X1+kj2X2+kj0(1)，其中，kj1、kj2分别代表在第j组混合气的因变量组中H2O和CO2气体吸收曲线的影响系数，kj0代表在第j组混合气的因变量组中一个偏移量；根据所述线性回归方程，通过多元线性回归算法得到影响系数kj1、kj2和常数kj0的最优解；(5)影响系数kj1和kj2分别与第j种混合气中的H2O和CO2浓度Cj1和Cj2呈正比，具体地，(5.1)第j种混合气中H2O气体浓度Cj1与影响系数kj1为线性关系，通过一元线性回归算法拟合求解得到回归系数a1和常数b1，以建立浓度C1与影响系数k1的线性函数方程：C1＝a1k1+b1(2)，其中，C1代表混合气中H2O气体的浓度，k1代表对H2O气体吸收曲线的影响系数，a1代表回归系数，b1为常数；(5.2)第j种混合气中CO2气体浓度Cj2与影响系数kj2为线性关系，通过一元线性回归算法拟合求解得到回归系数a2和常数b2，以建立浓度C2与影响系数k2的线性函数方程：C2＝a2k2+b2(3)，其中，C2代表混合气中CO2气体的浓度，k2代表对CO2气体吸收曲线的影响系数，a2代表回归系数，b2为常数；(6)根据待测天然气建立一组待测天然气的因变量组Y’，建立过程如下：向检测池中通入待测天然气，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立待测天然气的因变量组Y’＝(y’1，y’2，...，y’n)；基于所述H2O的自变量组X1、CO2的自变量组X2和待测天然气的因变量组Y’建立线性回归方程Y’＝k’1X1+k’2X2+k’0，通过多元线性回归算法得到影响系数k’1、k’2和k’0；(7)根据影响系数k’1和线性函数方程(2)，获得待测天然气中H2O气体的浓度含量；根据影响系数k’2和线性函数方程(3)，获得待测天然气中CO2气体的浓度含量。一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法，用于检测待测天然气中具有在预设波段内对H2O和CO2的吸收曲线存在干扰的干扰气，其包括以下步骤：(1)建立H2O的自变量组X1：向检测池中通入预设浓度的H2O气体，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立H2O的自变量组X1＝(x11，x12，..本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同时分析天然气中H

【技术特征摘要】
1.一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)建立H2O的自变量组X1：向检测池中通入预设浓度的H2O气体，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立H2O的自变量组X1＝(x11，x12，...，x1n)；
(2)建立CO2的自变量组X2：向检测池中通入预设浓度的CO2气体，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立CO2的自变量组X2＝(x21，x22，...，x2n)；
(3)建立j组混合气的因变量组，每一组混合气的因变量组对应一种由H2O和CO2按配比混合的混合气，每种混合气的H2O的浓度C1和CO2的浓度C2配比是不同的；每组混合气的因变量组建立过程如下：向检测池中通入混合气，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立混合气的因变量组Yj＝(yj1，yj2，...，yjn)，j代表第j种混合气，j≥2，Yj代表第j种混合气的因变量组；
(4)基于所述H2O的自变量组X1、CO2的自变量组X2和混合气的因变量组Yj，建立线性回归方程：
Yj＝kj1X1+kj2X2+kj0(1)，其中，
kj1、kj2分别代表在第j组混合气的因变量组中H2O和CO2气体吸收曲线的影响系数，kj0代表在第j组混合气的因变量组中一个偏移量；
根据所述线性回归方程，通过多元线性回归算法得到影响系数kj1、kj2和常数kj0的最优解；
(5)第j种混合气中H2O气体浓度Cj1与影响系数kj1为线性关系，通过一元线性回归算法拟合求解得到回归系数a1和常数b1，以建立浓度C1与影响系数k1的线性函数方程：
C1＝a1k1+b1(2)，其中，
C1代表混合气中H2O气体的浓度，k1代表对H2O气体吸收曲线的影响系数，a1代表回归系数，b1为常数；
第j种混合气中CO2气体浓度Cj2与影响系数kj2为线性关系，通过一元线性回归算法拟合求解得到回归系数a2和常数b2，以建立浓度C2与影响系数k2的线性函数方程：
C2＝a2k2+b2(3)，其中，
C2代表混合气中CO2气体的浓度，k2代表对CO2气体吸收曲线的影响系数，a2代表回归系数，b2为常数；
(6)根据待测天然气建立一组待测天然气的因变量组Y’，建立过程如下：向检测池中通入待测天然气，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立待测天然气的因变量组Y’＝(y’1，y’2，...，y’n)；基于所述H2O的自变量组X1、CO2的自变量组X2和待测天然气的因变量组Y’建立线性回归方程Y’＝k’1X1+k’2X2+k’0，通过多元线性回归算法得到影响系数k’1、k’2和k’0；
(7)根据影响系数k’1和线性函数方程(2)，获得待测天然气中H2O气体的浓度含量；根据影响系数k’2和线性函数方程(3)，获得待测天然气中CO2气体的浓度含量。


2.一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法，用于检测待测天然气中具有在预设波段内对H2O和CO2的吸收曲线存在干扰的干扰气，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立H2O的自变量组X1：向检测池中通入预设浓度的H2O气体，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立H2O的自变量组X1＝(x11，x12，...，x1n)；
(2)建立CO2的自变量组X2：向检测池中通入预设浓度的CO2气体，所述检测池中的背景气与待测天然气的背景气相同或为对待测H2O和CO2的吸收光谱无干扰的气体，记录下预设波段内的吸收光谱，将预设波段分割成n个波长，每个波长对应的光谱强度建立CO2的自变量组X2＝(x21，x22，...，x2n)；
(3)建立对应干扰气的自变量组X’m：向检测池中通入预设浓度的一干扰气，所述检测池中的背景气与...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，向柳，
申请(专利权)人：深圳米字科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44