Оптические способы детектирования одоризационных меркаптановых соединений в газовых и жидких средах

• Автор: Подоляко, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ПОГЛОЩЕНИЯ ОДОРИЗАЦИОННОЙ И ПРИРОДНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ В ИНФРАКРАСНОМ ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА
1.1. Одоризационные и природные газовые смеси
1.2. Строение молекул меркаптанов и компонентов газовых смесей, их оптические свойства
1.3. Экспериментальное исследование спектров поглощения паров одоранта и компонентов природных газовых смесей
1.3.1. Спектры поглощения одоранта и метана
1.3.2. Спектры поглощения этана, пропана, бутана,
пентана и ССЬ
1.4. Исследования влияния давления на поглощение одоранта и компонентов газовых смесей
1.4.1. Исследование влияния давления на поглощение компонентов газовых смесей
1.4.2. Исследование влияния давления компонентов газовых смесей на поглощение одоранта
1.5. Выводы к Главе
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ МЕРКАПТА1ЮВОЙ ОДОРИЗАЦИОННОЙ СМЕСИ В ПРИРОДНОМ ГАЗЕ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ
2.1. Чувствительность детектирования одоранта
2.2. Способ измерения концентрации одоранта в газовых смесях
2.3. Влияние давления газовых сред на точность детектирования одоранта
2.4. Оптическая абсорбционная система для определения концентрации одоранта СПМ в промышленных газовых смесях

2.5. Выводы к Главе
ГЛАВА III. КОМПОНЕНТНЫЙ АНАЛИЗ НЕОДОРИРОВАННЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
3.1. Анализ этан- и пропан-содержащих газовых смесей
3.1.1. Исследования смеси месторождения “Медвежье, юра”
3.1.2. Исследования смеси месторождения
“Вуктыл ьское”
3.2. Анализ бутан- и пентан-содержащих газовых смесей
3.3. Анализ газовых смесей, обогащенных метаном
3.5. Выводы к Главе
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ МЕРКАПТАНОВЫХ ОДОРИЗАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ЖИДКИХ СРЕДАХ
4.1. Экспериментальное исследование спектров поглощения одоранта в жидких средах
4.2. Методика детектирования одоранта в жидких средах
4.2.1. Детектирование одоранта в бензине
4.2.2. Детектирование одоранта в керосине
4.3. Оптическая абсорбционная система для определения концентрации
меркаптановых одоризационных соединений в жидких средах
4.4. Выводы к Главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Патент на изобретение №2267114
Приложение 2. Акт об использовании результатов

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в рамках обеспечения промышленной и экологической безопасности функционирования предприятий нефтегазовой отрасли возросла актуальность проблемы детектирования меркаптановых соединений в газовых и жидких средах. Детектирование в газовых средах необходимо на транспортных и распределительных газопроводах и объектах газораспределения, обеспечивающих природным газом как промышленные предприятия, так и жилой сектор [1-3]. Природный газ, как известно, не уловим человеческим обонянием. Поэтому газ одорируют с целыо придания ему характерного запаха [4]. Одорантом природного газа называется интенсивно пахнущее химическое соединение или комбинация химических соединений, добавляемых к природному газу в малой концентрации, способное придать специфический (как правило, неприятный) предупреждающий запах с целью обнаружения утечки газа при концентрациях, меньших его нижнего предела взрываемости [5]. В качестве одорантов в мире используются, в основном, сераорганические меркаптановые соединения, как в виде индивидуальных веществ, так и в виде смесей синтетических или природных меркаптанов, а также ряд сульфидов, тиофан, кротоновый альдегид и их смеси [5-14]. Для одоризации природного газа в России наиболее широко используется смесь природных меркаптанов (СПМ), основу которой составляет сильно пахнущее ароматическое вещество - этилмеркаптан [15]. СПМ вырабатывается на Оренбургском газоперерабатывающем заводе из природного газоконденсата.
Содержание одоранта в газопроводах должно быть строго фиксированным, поскольку при его пониженных концентрациях заметно снижается безопасность эксплуатации бытовых и промышленных газопроводов, а избыточная одоризация газа отрицательно сказывается на экологии окружающей среды. Проблема переизбытка одоранта особенно важна для химических предприятий и жилого сектора, так как при сгорании меркаптанов образуются токсичные окислы [16, 17]. Установленная норма

Сравнительный анализ полученных спектров поглощения метана и одоранта показывает, что в спектральном диапазоне 6-17 мкм имеется ряд полос поглощения одоранта, не совпадающих с полосами поглощения метана, что может быть использовано при разработке способов детектирования одоранта.
В данном диапазоне у одоранта имеется 5 достаточно интенсивных полос поглощения с центрами 15,75 мкм, 10,4 мкм, 9,1 мкм, 7,92 мкм и 6,94 мкм, а у метана - одна сильная полоса поглощения с центральной частотой 7,72 мкм.
Таким образом, представляется целесообразным проведение дальнейших исследований в данном спектральном диапазоне 6-17 мкм.
1.3.2. Спектры поглощения этапа, пропана, бутана, нентана и С02
Так как в ПГС помимо метана содержатся другие компоненты и их абсорбционные свойства могут повлиять на чувствительность детектирования одоранта в ПГС, были проведены необходимые исследования спектров поглощения компонентов газовых смесей. Этан и пропан имелись в чистом виде. Поскольку выделение бутана и пентана в чистом виде технически сложно, то смеси, необходимые для исследований, подбирались следующим образом. Для получения спектров поглощения бутана и пентана использовались смеси (2)-(4). Исходя из измеренных спектров поглощения этих смесей и измеренных ранее сечений поглощения метана, этана и пропана делался вывод о поглощении бутана и пентана. Измерения проводились при атмосферном давлении.
На рис. 1.5 приведены сечения данных компонентов поглощения в исследуемом спектральном диапазоне, а также двуокиси углерода.
В таблице 1.8 приведены длины волн и сечения поглощения исследованных веществ — компонентов газовых смесей, соответствующие максимумам поглощения.