[发明专利]高温高压传感器

说明书

技术领域

[1]本发明一般涉及气体传感器和气体分析方法。

背景技术

[2]诸如用一氧化碳和氢气的混合物制造合成液态燃料的费-托合成(Fischer-Tropsch process)的方法需要严格控制处理参数，从而有效地制造期望等级的燃料产品。这些参数中最重要的一个参数是氢气与一氧化碳的比值。

[3]多数合成燃料制造方法包括部分氧化或蒸汽重整处理。这些处理通常在高压(大约500psi)和高温(大约800℃)下进行。许多用于监测和控制H₂/CO比的分析器采用可在环境温度和压强下工作的传感器。因此，在处理操作与CO和H₂分析器之间必须安装冷却和减压装置。这些装置使整个处理增加了相当大的复杂性，并使分析器的反应时间相对变慢。此外，对H₂和CO的分析通常独立地进行，而不是通过单个分析器同时为两种气体提供测量。

[4]目前很多CO分析方法通常需要有氧气的存在以进行操作。在授予Blurton等人的美国专利No.4,073,698中，描述了一种基于氢气的选择性氧化，从而防止这种气体干扰CO的测量的方法。在授予Kitzelmann等人的美国专利No.4,394,239中，描述了一种用于测量环境空气中CO和H₂浓度的方法。在授予Yannopoulos等人的美国专利No.4,397,888中描述的另一种方法需要氧气穿过利用不同的掺杂物来区分CO和H₂的氧化锡厚膜传感器。在授予Akbar等人的美国专利No.5,439,580中描述的方法也需要特定气体掺杂物来区分CO和H₂。

[5]在处理气流中对CO和H₂的测量是气体测量的特殊例子，该测量可以在升高的温度和压力下更快更有效地进行。仍然需要对用于高温高压气体分析的装置和方法进行继续改进。

发明内容

[6]本发明提供了一种可在环境条件或在高温高压条件下使用的用于气体分析的组件和方法。在具体实施例中，本发明提供对处理气流的近乎为实时的分析。

[7]一方面，本发明提供一种用于监测气体成分的气体传感器组件。所述组件包括：a)催化剂室，其用于接收所述气体的样品并容纳催化剂，所述催化剂对包含所述气体成分的化学反应进行催化，由此产生一种或多种气体种类；b)产物室，其与所述催化剂室流体连通，用于接收通过催化所生成的一种或多种所述气体种类的部分或全部；以及c)传感元件，其布置于所述产物室内，用于检测通过催化所生成的至少一种所述气体种类的量，从而提供用于分析在所述气体中含有的所述气体成分的量。所述传感器组件还可以包括：d)参考室，其用于接收所述气体的第二样品；以及e)第二传感元件，其布置于所述参考室内，用于检测与在催化后被检测的相同的所述气体种类，从而为分析在所述气体中含有的所述气体成分的量提供参考值。在优选实施例中，所述气体传感器组件还包括用于对包含所述气体成分的化学反应进行催化的催化剂。

[8]可以确定两个值，一个值对应于催化后在气体产物中含有的气体种类的量，另一个值对应于催化前在气体样品中存在的所述气体种类的量。这两个值之间的差值提供了通过催化生成的气体种类的量的测量值。利用该测量值，感兴趣的气体成分的含量可以从被催化的化学反应的化学定量关系中确定。本质上，通过将所述气体成分转化为不同的气体种类来对所述气体成分进行分析，然后确定它的含量。这种转化的优点在于，得到的气体种类可以被更简单或便利地检测到。例如，在特定实施例中，处理气体中的CO与H₂O被催化反应以生成H₂和CO₂。H₂的量可以通过热传导分析确定，处理气体中CO的含量可以从催化反应的化学定量关系中计算出。对应于催化前气体种类的量的值可以单独地从气体传感器组件中确定，或者在作为气体传感器组件的一部分的参考室中确定。

[9]在另一个实施例中，通过选择适当的化学反应和气体组件装置，气体不同成分的比值可以直接从近乎为实时分析的监测器中确定。