[发明专利]高度精确地确定多组分流体中的组分的质量份额

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定多组分流体的组分的质量份额的方法。术语“流体”通常表示气体、液体或由气态的、液态的和/或固态的部分组成的、能流动的相混合物。术语“组分”在此通常表示具有特定的化学的和/或物理的特性的多组分流体的能分离的部分，借助于所述特性所述组分能够与多组分流体的至少一个其他组分进行区分。在此，多组分流体的组分尤其由不同的化学物质构成。但是原则上，多组分流体的组分也已经能够本身由不同的化学物质的混合物构成。同样地，相同的化学物质或相同的化学物质混合物的不同的相（聚集态）能够形成多组分流体的不同的组分。应根据本方法来确定质量份额的组分在下文中——为了在术语上区别于多组分流体的其他的组分——也称作“第一组分”。

背景技术

多组分流体尤其是合成气体，例如用作用于在发电站燃气轮机中燃烧的燃气。这样的合成气体通常由氢气（H₂）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）以及水（H₂O）构成。水含量例如通常借助于混入蒸汽来改变，以便调节燃气的反应性，使得遵守（例如在氮氧化合物（NO_x）排放方面的）所要求的排放极限。典型的合成气体的水含量能够达到或超过50%。

在发电站燃气轮机中燃烧合成气体时，实时气体分析是期望的，因为气体组成进而对于在燃气轮机中燃烧而言重要的变量（例如沃泊指数和反应性）经受时间上的波动，所述时间上的波动由气化过程引起并且例如由于变换的工艺条件或原材料而造成。

由于在大约200摄氏度的范围中的高的燃气温度和通常的合成气体的高的水份额，用于气体分析、尤其红外吸收量测量和气体色层分离法的常用的方法不能直接应用于燃气。更确切地说，在应用这种气体分析之前，通常需要干燥和冷却燃气。但是不利地，所述冷却和干燥过程已经造成原本的气体组成的明显的失真，尤其原本在合成气体中包含的水的很大部分被去除。

从DE 44 33 451 A1中已知一种用于确定气体中的水含量的方法，其中待分析的气体的体积或质量流通过测量在流动阻抗上下降的压差来确定。在所述测量之后，包含在气体中的水在分离步骤中至少大部分地通过冷凝而去除。紧接着分离步骤，确定从分离步骤中得到的、干燥的气体的质量流或体积流。所述测量再间接地经由在流动阻抗上下降的压差来进行。在此，从测量出的质量流或体积流的差中推导出原本包含在气体中的水的质量份额。在此，干燥的气体的剩余湿度考虑作为校正因数。干燥的和冷却的气体随后能够输送给气体分析系统。

此外，从US 5,050,109 A中已知用于确定在飞行的飞机的环境中的空气湿度的一种方法和一种装置。据此，从环境之一中抽出的空气流中将湿气在水分离器中分离。测量至少输送给水分离器的空气流的和从水分离器中引出的湿气的相应的质量流。在附加地考虑水分离器效率的情况下，从测量出的质量流值来计算环境空气的湿度。

最后，从US 2003/0136185 A1中已知用于确定在由水、油和气体构成的三相混合物中的体积流量率的一种方法和一种装置。在此，从分离器中的三相混合物中将主要气态的组分和主要液态的组分分离，其中主要液态的组分包含水份额和油份额。借助于科里奥利流量计确定主要液态的组分的密度。此外，借助于稀释度测量器确定主要液态的组分的相对的水份额。在此，在下述时间点确定主要液态的组分的密度和相对的水份额，在所述时间点主要液态的组分基本上不具有夹带的气体。

发明内容

本发明基于的目的是，提出一种用于确定多组分流体的组分的质量份额的能简单实施的、然而同时高度精确的方法。在此，所述方法尤其在发电站燃气轮机中通常占主导的条件下应能够实现合成气体的水份额的高度精确的确定。本发明还基于的目的是，提出一种特别适合于执行所述方法的装置。

在方法方面，所述目的根据本发明通过权利要求1所述的特征来实现。在相关联的装置方面，所述目的根据本发明通过权利要求11所述的特征来实现。本发明的有利的设计方案和改进方案位于从属权利要求中。

在根据本发明的方法中，为了确定开始所限定的类型的多组分流体的第一组分的质量份额，将第一组分在分离步骤中至少部分地从多组分流体中分离。在下文中，为了在概念上区分，仅将输送给分离步骤中的、仍以完整的、待确定的质量份额包含第一组分的流体称作“多组分流体”。而从分离步骤中在完全地或部分地去除第一组分的情况下而得到的流体在下文中称作“剩余流体”。在分离步骤的过程中累积的、包含分离的第一组分的流体在下文中称作“分离流体”。