[发明专利]分光镜分析和控制

说明书

背景技术

本发明由能源部的合同DE-FC07-0211D14428做出，政府对本发明有一定的兴趣。

气体样品的可调谐二极管激光器分光镜分析(Tunable diode laserspectroscopic analysis)已为人所了解，参见，例如美国专利6,615,142。该6,615,142专利的方法依赖于在样品光谱可以作为其纯组分线性组合的假设下的计算。然而，在样品基体(sample matrix)中，当感兴趣的组分的浓度相对低时，那么，例如，该6,615,142专利的计算就无法准确地确定该感兴趣的组分的浓度。例如，当样品基体为来自乙烯裂化乙炔氢化器(ethylene cracker acetylene hydrogenator)的气流，且样品中要分析的组分为浓度约1ppm的乙炔时，那么该6,615,142专利的计算就无法准确评估相对低浓度乙炔的浓度。如果能够发现解决上述现有技术问题的基于可调谐二极管激光器的分光镜法，其在该技术中将是先进的。

对于乙烯裂化氢化器(ethylene cracker hydrogenator)，如此低含量乙炔的测定是重要的。乙烯裂化在生成所需要的乙烯和丙烯的同时，还生成不希望得到的乙炔。净化系统(purification system)不能除去不希望得到的乙炔。因此，使用氢化器使乙炔氢化成为乙烯。乙烯裂化氢化器通常分成两类。“前端”氢化器直接从裂化器(cracker)进料，且包含裂化器中生成的氢气。“后端”氢化器通常由净化系统进料，该净化系统从裂化器接收进料，由于氢气在前面的纯化步骤中被除去，所以必须往反应器中加入氢气。从裂化器或净化器向氢化器中进料可控加热的气态蒸汽。

乙烯裂化氢化器的心脏为催化乙炔与氢气反应的催化材料床。在该技术中，典型的是利用滤光光度法(filter photometry)测定，进气流(feed stream)中例如0.3-1％范围内的乙炔，同时典型的是利用气相色谱法测定，氢化器的出气流(outlet stream)中的例如约1ppm范围内的乙炔。乙炔进气流(inlet stream)的滤光光度分析有一点不足。然而，气相色谱法无法为乙炔出气流提供足够快的分析，以防止例如不合格产品或氢化器系统的热散发(thermal run-away)。如果能够发现解决上述现有技术的乙烯裂化氢化器控制系统问题的方法，其在该技术中将是先进的。

发明内容

本发明是解决上述问题的方案。本发明是一种用于测定在包含气体基体(gaseous matrix)的样品气体中感兴趣的气体组分浓度的化学分析方法，其包括七个步骤。第一步是在选择的波长n范围内，使可调谐二极管激光器发出的光穿过样品池中所含的惰性气体，进入光检测器，由光检测器生成一定范围的基线信号I₀n，在选择的波长n范围内，该惰性气体基本上是透明的，第二步是使由光检测器生成的该范围的基线信号I₀n数字化。第三步是将数字化的基线信号I₀n存储在数字计算机中。第四步是在选择的波长n范围内，使可调谐二极管激光器发出的光穿过样品池中的样品气体，进入光检测器，由光检测器生成一定范围的样品信号I_sn。第五步是使由光检测器生成的该范围的样品信号I_sn数字化；(f)将数字化的样品信号I_sn存储在数字计算机中。第六步是根据等式I(n)＝(I₀n-I_sn)/I₀n在数字计算机中计算光谱。第七步是利用计算机数字存储的惰性气体中已知浓度的该感兴趣组分的光谱，(g)步的光谱以及在计算机中程序运行的多元回归算法，由计算机产生指示该感兴趣的气体组分浓度的信号。

在另一个实施方案中，本发明是一种分光镜分析的装置，其包括：(a)具有数字输出信号的可调谐二极管激光器分光计；(b)用于接收来自分光计的数字输出信号的数字计算机，该数字计算机利用多元回归算法程序处理数字输出信号。可调谐二极管激光器分光计可以包括但不限于使用长光程气体池(Herriot cell)和/或基于石英增强光声器件的检测器(参见例如，WO 03/104767 A2)。

在另一个实施方案中，本发明是一种用于控制乙烯裂化氢化器的改进工艺，将气流进料到可控制加热的氢化器中，利用化学分析方法测定氢化器的出气流中乙炔的浓度，以致可以控制氢化器，其中，改进的地方包括使用本发明中上述所讨论的方法来测定氢化器出气流中乙炔的浓度。