Стационарный СКР-газоанализатор многокомпонентных газовых сред

• Автор: Петров, Дмитрий Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Комбинационное рассеяние света и его применение в газоанализе
1.1. Физические основы спектроскопии комбинационного рассеяния света
1.2. Применение спектроскопии СКР в газоанализе
1.3. Современное состояние работ по созданию СКР-газоанализаторов
1.4. Выводы
2. Экспериментальный образец СКР-газоанализатора
2.1. Лабораторный СКР-спектрометр
2.2. Многопроходная система возбуждения спектров СКР
2.3. Эффективная система сбора рассеянного света
2.4. Сжатие газовых сред как средство увеличения сигналов СКР
2.5. Специализированный спектральный прибор
2.6. Экспериментальный образец СКР-газоанализатора
2.7. Выводы
3. Методика расчета концентраций компонентного состава
анализируемых газовых сред, программное и метрологическое обеспечение
3.1. Спектр СКР многокомпонентной газовой среды
3.2. Методика расчета компонентного состава газовой смеси
3.3. Создание банка спектров СКР эталонных газов
3.4. Погрешности определения компонентного состава газовых сред..
3.5. Программное обеспечение для СКР-газоанализатора
3.6. Выводы
4. Диагностика газовых сред
4.1. Анализ атмосферного воздуха
4.2. Анализ биогаза

4.3. Анализ природного газа
4.4. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Определение компонентного состава сложных газовых смесей в реальном масштабе времени является актуальной задачей в различных областях народного хозяйства. Прежде всего, в приборах непрерывного контроля состава газовых сред нуждаются предприятия, занимающиеся добычей, транспортировкой и переработкой природного газа, где эти приборы используются для оптимизации технологических процессов и увеличения эффективности коммерческой деятельности этих предприятий. Кроме того, законодательно обязаны и экономически заинтересованы иметь газоаналитические приборы предприятия черной и цветной металлургии, тепловой электроэнергетики и ряда других производств, являющиеся крупнейшими источниками выбросов в атмосферу техногенных загрязняющих газов. Потребность в таких приборах имеют также природоохранные учреждения и службы МЧС РФ, решающие задачи, как экологического мониторинга загрязнения атмосферы, так и выявления чрезвычайных ситуаций, связанных с выбросом в атмосферу токсичных газов.
Для комплексного решения данных задач в настоящее время существует 2 типа универсальных газоанализаторов, способных регистрировать все молекулярные компоненты газовой среды: газовые хроматографы и масс-спектрометры. Следует отметить, что в большинстве случаев для газоанализа в промышленности сейчас используются газовые хроматографы. Однако данные приборы, обладая высокой чувствительностью и селективностью, имеют и ряд существенных недостатков. К таковым в первую очередь следует отнести: необходимость частой проверки градуировочных
характеристик хроматографа из-за деградации во времени его детекторов и разделительных колонок; сравнительно большое время анализа (20 - 35 минут); трудности с детектированием некоторых компонентов (например,

используется специально разработанная пустотелая трубка (диаметр -300 мкм) куда направляется возбуждающее излучение и где прокачивается анализируемая смесь (см. рис. 4). Трубка имеет внутри серебряное покрытие, что способствует снижению уровня паразитных сигналов СКР от кварца трубки. К сожалению, данные о точностных характеристиках газоанализа для этого макета СКР-газоанализатора не приведены и оценить их невозможно, поскольку не показаны результаты анализа газовых смесей с известным содержанием компонентов. К недостаткам данной конструкции СКР-газоанализатора следует также отнести значительное время для надежного замещения анализируемой среды в капилляре и адсорбции анализируемых компонентов на его стенках.
Рис. 4. Блок-схема макета газоанализатора представленного в работе [68]
Рекламные материалы о своих разработках СКР-газоанализаторов представили и ведущие мировые производители аналитического оборудования [69-72]. Примерами таких разработок являются газоанализаторы «RamanRXN4» компании Kaiser Optical Systems (США) [69] и «GasRaman NOCH-2» компании Enwave optronics (США) [71], приведенные на рис. 5 и 6. Данные газоанализаторы оснащены специальным световодным «щупом», что обеспечивает прямые in situ измерения газов с чувствительностью до 50-100 ppm и предназначены преимущественно для