一种同时分析天然气中酸性组分含量的激光检测方法技术

本发明专利技术公开了一种同时分析天然气中酸性组分含量的激光检测方法，本方法选取天然气中酸性气体组份吸收光谱重合的光谱波段，通过化学计量学算法实现酸性气体组分的同时测量，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。

【技术实现步骤摘要】
一种同时分析天然气中酸性组分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酸性组分含量的激光检测方法。
技术介绍
天然气中除了可燃烷烃组分外，往往还含有微量硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)等酸性气体。其中，H2S作为一种有毒腐蚀性气体，可能与管道中的水结合成酸，腐蚀管道，导致设备损坏或气体泄露，严重时可能导致人员伤亡；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H2S和CO2含量有明确规定，要求一、二类天然气中H2S含量分别低于6mg/m3和20mg/m3，CO2含量分别低于2％和3％。目前，在天然气净化过程分析和加压运输过程中，根据H2S和CO2的物理和化学特性，需要配备独立的H2S分析仪和CO2分析仪进行气体浓度测量。通常情况下，测H2S一般采用醋酸铅试纸法和紫外法。醋酸铅试纸法存在耗材，而且纸带易受污染，且故障率较高。而紫外法使用的光源寿命短、价格高，且存在滤光轮等转动部件，损耗率高，设备维护量大。而分析CO2含量通常使用红外技术进行测量。然而，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，检测H2S和CO2的气体浓度还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H2S和CO2技术原理保持一致，但往往为了避免干扰，在选取H2S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酸性组分含量的激光检测方法，本方法选取天然气中酸性气体吸收光谱重合的光谱波段，通过化学计量学算法实现酸性气体组分的同时测量，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酸性组分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酸性组分含量的激光检测方法，其包括以下步骤：(1)建立i组酸性气体的自变量组，每一组自变量组对应一种酸性气体；每组自变量组建立过程如下：向检测池中通入预设浓度的一酸性气体，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酸性气体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自变量组Xi＝(xi1，xi2，...，xin)，i代表第i种酸性气体，i≥2，Xi代表第i种酸性气体的自变量组；(2)建立j组混合气的因变量组，每一组因变量组对应一种由i种酸性气体按配比混合的混合气，每种混合气的第i种酸性气体的浓度Ci是不同的；每组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酸性气体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因变量组Yj＝(yj1，yj2，...，yjn)，j代表代表第j种混合气，j≥2，Yj代表第j种混合气的因变量组；(3)建立线性回归方程：Yj＝∑ikjiXi+kj0(1)，其中，kji代表在第j组混合气的因变量组中第i种酸性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；根据上述每一组线性回归方程，通过多元线性回归算法得到影响系数kj1、kj2…kji和常数kj0的最优解；(4)影响系数kji与第j种混合气中的第i种酸性气体浓度Cji呈正比，即第j种混合气中第i种酸性气体浓度Cji与影响系数kji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ai和常数bi，以建立浓度Ci与影响系数ki的线性函数：Ci＝aiki+bi(2)，其中，Ci代表混合气中第i种酸性气体的浓度，ki代表对第i种酸性气体吸收曲线的影响系数，ai代表回归系数，bi为常数；(5)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酸性气体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因变量组Y’＝(y’1，y’2，...，y’n)；根据方程(1)建立Y’＝∑ik’iXi+k’0，通过多元线性回归算法得到影响系数k’i和k’0；将得到的影响系数k’i代入方程(2)，则可求得待测天然气中第i种酸性气体的浓度含量。一种同时分析天然气中酸性组分含量的激光检测方法，当所述待测天然气中具有在预设波段内对酸性气体的吸收曲线存在干扰的干扰气，则检测方法包括以下步骤：(1)建立i组酸性气体的自变量组，每一组自变量组对应一种酸性气体；每组自变量组建立过程如下：向检测池中通入预设浓度的一酸性气体，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酸性气体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自变量组Xi＝(xi1，xi2，...，xin)，i代表第i种酸性气体，i≥2，Xi代表第i种酸性气体的自变量组；(2)建立m组干扰气的自变量组，过程如下：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待测天然气的背景气相同或为对待测酸性气体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自变量组X’m＝(x’m1，x’m2，...，x’mn)，m代表不同的干扰气，m≥1，X’m代表第m种干扰气的自变量组；(3)建立j组混合气的因变量组，每一组因变量组对应一种由i种酸性气体和m种干扰气按配比混合的混合气，每种混合气的第i种酸性气体的浓度Ci和第m种干扰气的浓度Cm均是不同的；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酸性气体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因变量组Yj＝(yj1，yj2，...，yjn)，j代表代表第j种混合气，j≥3，Yj代表第j种混合气的因变量组；(4)建立线性回归方程：Yj＝∑ikjiXi+∑mKjmX’m+kj0(3)，其中，kji、Kjm分别代表在第j组混合气的因变量组中第i种酸性气体吸收曲线和第m种干扰气的影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同时分析天然气中酸性组分含量的激光检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n(1)建立i组酸性气体的自变量组，每一组酸性气体的自变量组对应一种酸性气体；每组酸性气体的自变量组建立过程如下：向检测池中通入预设浓度的一酸性气体，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酸性气体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酸性气体的自变量组X

【技术特征摘要】
1.一种同时分析天然气中酸性组分含量的激光检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)建立i组酸性气体的自变量组，每一组酸性气体的自变量组对应一种酸性气体；每组酸性气体的自变量组建立过程如下：向检测池中通入预设浓度的一酸性气体，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酸性气体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酸性气体的自变量组Xi＝(xi1，xi2，...，xin)，i代表第i种酸性气体，i≥2，Xi代表第i种酸性气体的自变量组；
(2)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i种酸性气体按配比混合的混合气，每种混合气的第i种酸性气体的浓度Ci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酸性气体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；
(3)基于所述酸性气体的自变量组Xi和混合气的因变量组Yj，建立酸性气体的线性回归方程：
Yj＝∑ikjiXi+kj0(1)，其中，
kji代表在第j组混合气的因变量组中第i种酸性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；
根据所述酸性气体的线性回归方程，通过多元线性回归算法得到酸性气体的影响系数kji和常数kj0的最优解；
(4)第j种混合气中第i种酸性气体浓度Cji与影响系数kji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ai和常数bi，以建立浓度Ci与影响系数ki的线性函数：
Ci＝aiki+bi(2)，其中，
Ci代表混合气中第i种酸性气体的浓度，ki代表对第i种酸性气体吸收曲线的影响系数，ai代表回归系数，bi为常数；
(5)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酸性气体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)；基于所述酸性气体的自变量组Xi和待测天然气的因变量组Y’建立线性回归方程Y’＝∑ik’iXi+k’0，通过多元线性回归算法得到影响系数k’i和k’0；根据影响系数k’i和酸性气体的线性函数方程(2)，获得待测天然气中第i种酸性气体的浓度含量。


2.一种同时分析天然气中酸性组分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酸性气体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)建立至少i组酸性气体的自变量组，每一组酸性气体的自变量组对应一种酸性气体；每组酸性气体的自变量组建立过程如下：向检测池中通入预设浓度的一酸性气体，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酸性气体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酸性气体的自变量组Xi＝(xi1，xi2，...，xin)，i代表第i种酸性气体，i≥2，Xi代表第i种酸性气体的自变量组；
(2)建立对应干扰气的自变量组：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待测天然气的背景气相同或为对待测酸性气体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干扰气的自变量组X’m＝(x’m1，x’m2，...，x’m...

【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