一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法与流程

文档序号:22557652发布日期:2020-10-17 03:07阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种同时分析天然气中h2o和co2含量的激光检测方法,其特征在于,其包括以下步骤:

(1)建立h2o的自变量组x1:向检测池中通入预设浓度的h2o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h2o和co2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h2o的自变量组x1=(x11,x12,...,x1n);

(2)建立co2的自变量组x2:向检测池中通入预设浓度的co2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h2o和co2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co2的自变量组x2=(x21,x22,...,x2n);

(3)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h2o和co2按配比混合的混合气,每种混合气的h2o的浓度c1和co2的浓度c2配比是不同的;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h2o和co2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;

(4)基于所述h2o的自变量组x1、co2的自变量组x2和混合气的因变量组yj,建立线性回归方程:

yj=kj1x1+kj2x2+kj0(1),其中,

kj1、kj2分别代表在第j组混合气的因变量组中h2o和co2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;

根据所述线性回归方程,通过多元线性回归算法得到影响系数kj1、kj2和常数kj0的最优解;

(5)第j种混合气中h2o气体浓度cj1与影响系数kj1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a1和常数b1,以建立浓度c1与影响系数k1的线性函数方程:

c1=a1k1+b1(2),其中,

c1代表混合气中h2o气体的浓度,k1代表对h2o气体吸收曲线的影响系数,a1代表回归系数,b1为常数;

第j种混合气中co2气体浓度cj2与影响系数kj2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a2和常数b2,以建立浓度c2与影响系数k2的线性函数方程:

c2=a2k2+b2(3),其中,

c2代表混合气中co2气体的浓度,k2代表对co2气体吸收曲线的影响系数,a2代表回归系数,b2为常数;

(6)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h2o和co2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h2o的自变量组x1、co2的自变量组x2和待测天然气的因变量组y’建立线性回归方程y’=k’1x1+k’2x2+k’0,通过多元线性回归算法得到影响系数k’1、k’2和k’0;

(7)根据影响系数k’1和线性函数方程(2),获得待测天然气中h2o气体的浓度含量;根据影响系数k’2和线性函数方程(3),获得待测天然气中co2气体的浓度含量。

2.一种同时分析天然气中h2o和co2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h2o和co2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h2o的自变量组x1:向检测池中通入预设浓度的h2o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h2o和co2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h2o的自变量组x1=(x11,x12,...,x1n);

(2)建立co2的自变量组x2:向检测池中通入预设浓度的co2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h2o和co2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co2的自变量组x2=(x21,x22,...,x2n);

(3)建立对应干扰气的自变量组x’m: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h2o和co2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’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;

(4)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h2o、co2和m种干扰气按配比混合的混合气,每种混合气中h2o、co2和第m种干扰气的浓度c1、c2、c’m配比是不同的;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h2o和co2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≥3,yj代表第j种混合气的因变量组;

(5)基于所述h2o的自变量组x1、co2的自变量组x2、干扰气的自变量组x’m和混合气的因变量组yj,建立线性回归方程:

yj=kj1x1+kj2x2+∑mkjmx’m+kj0(4),其中,

kj1、kj2和kjm分别代表在第j组混合气的因变量组中h2o、co2气体和干扰气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;

根据所述线性回归方程,通过多元线性回归算法得到影响系数kj1、kj2、kjm和常数kj0的最优解;

(6)第j种混合气中h2o气体浓度cj1与影响系数kj1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a1和常数b1,以建立浓度c1与影响系数k1的线性函数方程:

c1=a1k1+b1(2),其中,

c1代表混合气中h2o气体的浓度,k1代表对h2o气体吸收曲线的影响系数,a1代表回归系数,b1为常数;

第j种混合气中co2气体浓度cj2与影响系数kj2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a2和常数b2,以建立浓度c2与影响系数k2的线性函数方程:

c2=a2k2+b2(3),其中,

c2代表混合气中co2气体的浓度,k2代表对co2气体吸收曲线的影响系数,a2代表回归系数,b2为常数;

(7)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h2o和co2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h2o的自变量组x1、co2的自变量组x2、干扰气的自变量组x’m和待测天然气的因变量组y’建立线性回归方程y’=k’1x1+k’2x2+∑mk’mxm+k’0,通过多元线性回归算法得到影响系数k’1、k’2、k’m和k’0;

(8)根据影响系数k’1和步骤(6)中的线性函数方程(2),获得待测天然气中h2o气体的浓度含量;根据影响系数k’2和步骤(6)中的线性函数方程(3),获得待测天然气中co2气体的浓度含量。

3.根据权利要求1或2所述的同时分析天然气中h2o和co2含量的激光检测方法,其特征在于,所述预设波段内的h2o和co2吸收特征峰相隔不超过0.1nm。

4.根据权利要求2所述的同时分析天然气中h2o和co2含量的激光检测方法,其特征在于,所述干扰气为甲烷、乙烷的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的同时分析天然气中h2o和co2含量的激光检测方法,其特征在于,所述预设波段为激光器输出波长控制在1432-1433nm,1434-1435nm,1437-1438nm,1439-1440nm,1441-1442nm,1442-1444nm,1445-1446中的任一个波段范围。

6.根据权利要求5所述的同时分析天然气中h2o和co2含量的激光检测方法,其特征在于,所述激光器为窄波段可调谐激光光源。

7.根据权利要求6所述的同时分析天然气中h2o和co2含量的激光检测方法,其特征在于,所述窄波段可调谐激光光源为分布式反馈激光器、垂直腔面发射激光器或量子级联激光器。

8.根据权利要求1或2所述的同时分析天然气中h2o和co2含量的激光检测方法,其特征在于,建立自变量组和建立因变量组步骤中的检测池的压力相同。


技术总结
本发明公开了一种同时分析天然气中H2O和CO2含量的激光检测方法,本方法选取天然气中H2O和CO2吸收光谱重合的光谱波段,通过化学计量学算法实现H2O和CO2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。

技术研发人员:胡雪蛟;向柳
受保护的技术使用者:深圳米字科技发展有限公司
技术研发日:2019.04.04
技术公布日:2020.10.16
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