【摘要】：天然氣因清潔低碳、使用高效和儲量豐富等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于當今社會,國際標準《ISO 13686天然氣質(zhì)量指標》中對天然氣的成分作出了明確規(guī)定,因此天然氣組分的定量分析變得十分重要。在眾多的在線多組分氣體檢測技術(shù)中,拉曼光譜分析技術(shù)以其分析速度快、無需樣品預(yù)處理、測量便捷等優(yōu)點可用于天然氣組分分析。因此本文對天然氣組分的拉曼光譜分析方法進行深入研究。論文的具體研究開發(fā)工作包括:(1)針對由采樣池材料等造成的背景噪聲和基線漂移狀況,提出了天然氣光譜的預(yù)處理算法。光譜預(yù)處理算法包括背景光譜扣除、基線校正以及光譜歸一化處理。利用400條連續(xù)測量的天然氣光譜對上述算法進行檢驗,得到較好地處理效果。(2)提出了一種拉曼光譜譜峰的自動分解算法,能將可能含有少量未知組分的待測樣本的拉曼光譜分解為已知純組分拉曼光譜和未知組分拉曼光譜之和,其中未知組分的拉曼光譜由洛倫茲譜峰組擬合得到。該自動分解算法不僅能夠準確地分解天然氣拉曼光譜,也能夠適用于其他混合體系的拉曼光譜分解。(3)建立了天然氣組分的拉曼定量分析模型。天然氣組分可分為甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、氮氣、氫氣、一氧化碳以及C4以上未知烷烴成分(記為C4+)等物質(zhì),其中前7種組分為天然氣中的主要組分。首先,基于上述拉曼譜峰自動分解算法將天然氣拉曼光譜分解為7種純物質(zhì)組分的拉曼光譜分量和若干個洛倫茲譜峰之和的形式,其中C4以上未知烷烴成分的含量采用各種烷烴分子共有的C-H變形振動峰來反映。然后,利用訓(xùn)練樣本建立除甲烷以外的其他物質(zhì)相對于甲烷的特征峰面積和對應(yīng)的濃度之間的模型。實驗表明,該方法對甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、氮氣、氫氣、一氧化碳和C4+的最大絕對測量誤差分別達到了 0.57%、0.37%、0.21%、0.07%、0.18%、0.04%、0.13%和0.26%;與氣相色譜檢測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)也分別達到了 0.997、0.986、0.991、0.998、0.993、1.000、0.995、0.982。(4)開發(fā)了一套天然氣組分在線拉曼分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。對該系統(tǒng)的重復(fù)性和準確性進行了檢驗:在重復(fù)性方面,某一天然氣樣氣中甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、氮氣、氫氣、一氧化碳和C4+的分析標準差分別為 0.072%,0.002%,0.000%,0.013%,0.018%,0.02%,0.014%,0.037%;在準確性方面,與氣相色譜方法分析值的對比,在線分析系統(tǒng)對甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、氮氣、氫氣、一氧化碳和C4+這8種組分的標準偏差分別為0.234%,0.141%,0.176%,0.068%,0.056%,0.01 7%,0.015%,0.35 8%,結(jié)果說明系統(tǒng)有較好的準確性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O657.37;TE642
【圖文】：

定來進行分析的一種分析方法。先將被分析的樣品離子化，然后利用不同離子在逡逑電場或磁場的運動行為的不同，把離子按質(zhì)荷比分開而得到質(zhì)譜，最后通過分析逡逑樣品質(zhì)譜的相關(guān)信息得到樣品的定性定量結(jié)果［１６］。質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)圖如圖１．３所示。逡逑＾邐真空系統(tǒng)逡逑：線邐￣￣￣｜—逡逑：樣邐ｔ邐ｙ邐＾逡逑！品邐￣￣－一逡逑前邐＾進樣系統(tǒng)—離子源——＾數(shù)據(jù)處理逡逑ｉ邋理邐邐１邋Ｌ—一—＿＿４邋一』」１．—逡逑丨系逡逑統(tǒng)邐；邐—逡逑自動校準逡逑系統(tǒng)逡逑｝＿邋｜邋１逡逑圖１．３質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)圖Ｍ逡逑Ｆｉｇ．１．３邋Ｍａｓｓ邋ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＊１７＇逡逑６逡逑

進樣系統(tǒng)一？色譜柱邋邐Ｉ邋工作站逡逑圖１．２多組分氣體氣相色譜分析流程逡逑Ｆｉｇ．１．２邋Ｍｕｌｔｉ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ邋ｇａｓ邋ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑氣相色譜分析法具有樣品用量少、分離效率高、檢測靈敏度高、選擇性好等逡逑優(yōu)點［１５］，在石油工業(yè)、環(huán)境保護、臨床化學(xué)、藥物學(xué)和食品工業(yè)等都有著較廣泛逡逑的應(yīng)用。但它也存在不適用于高沸點、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析的缺點，而逡逑且周期較長，現(xiàn)場維護工作量大且測量過程復(fù)雜，從而限制了這種方法的在線分逡逑析應(yīng)用范圍。逡逑１．２．２質(zhì)譜分析技術(shù)逡逑質(zhì)譜分析法（Ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＭＳ）是通過對被測樣品離子的質(zhì)荷比的測逡逑定來進行分析的一種分析方法。先將被分析的樣品離子化，然后利用不同離子在逡逑電場或磁場的運動行為的不同，把離子按質(zhì)荷比分開而得到質(zhì)譜，最后通過分析逡逑樣品質(zhì)譜的相關(guān)信息得到樣品的定性定量結(jié)果［１６］。質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)圖如圖１．３所示。逡逑＾邐真空系統(tǒng)逡逑：線邐￣￣￣｜—逡逑：樣邐ｔ邐ｙ邐＾逡逑！品邐￣￣－一逡逑前邐＾進樣系統(tǒng)—離子源——＾數(shù)據(jù)處理逡逑ｉ邋

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本文編號：2794473