Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах. Концентрация серы в нефти


Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах

Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами и может быть использовано для определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах непосредственно в технологических трубопроводах на потоке. Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах заключается в том, что анализируемую пробу в проточной кювете одновременно облучают характеристическими рентгеновскими излучениями серебра и элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57. После регистрации излучений, прошедших через пробу, определяют по формуле плотность пробы. Используя данное выражение, определяют концентрацию серы по формуле. Технический результат - увеличение надежности определения концентрации серы, уменьшение затрат. 1 ил.

 

Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами и может быть использовано для определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах непосредственно в технологических трубопроводах на потоке.

Известен способ определения концентрации серы в углеводородных жидкостях (патент РФ на полезную модель №53017, МПК G01N 23/00, опубл. 27.04.2006), выбранный в качестве прототипа. Способ заключается в том, что рентгеновским излучением облучают серебряную мишень, в которой возбуждается характеристическое рентгеновское излучение (ХРИ) серебра с энергией 22 кэВ. ХРИ серебра просвечивают анализируемую пробу, помещенную в проточную кювету. Излучение, прошедшее через кювету, регистрируют пропорциональным рентгеновским счетчиком. Сигнал от пропорционального рентгеновского счетчика обрабатывают в блоке обработки сигналов. Интенсивность данного сигнала прямо пропорциональна концентрации серы в жидкости, помещенной в измерительную кювету. Блок обработки сигналов представляет собой стандартный спектрометрический тракт, используемый в энергодисперсионном рентгенфлуоресцентном анализе (многоканальный амплитудный анализатор). В блоке обработки сигналов вычисляют концентрацию серы Cs (в %) по формуле:

где С - плотность пробы в г/см3;

K1, К2 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов с известным содержанием серы;

Nф - число импульсов фона;

No, N - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете.

Недостатком вышеописанного способа является необходимость выполнения дополнительных измерений плотности углеводородной жидкости, находящейся в кювете (нефти и нефтепродуктов) каким-либо способом. Это приводит к уменьшению надежности, ограничению сферы применимости и увеличению финансовых и временных затрат.

Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Поставленная задача решена за счет того, что способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах, также как и в прототипе, заключается в том, что анализируемую пробу в проточной кювете облучают характеристическим рентгеновским излучением серебра, регистрируют излучение, проходящее через кювету, по которому определяют концентрацию серы из выражения:

где ρ - плотность пробы в г/см3,

K1, K2 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов с известным содержанием серы,

No, N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра,

- число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра.

В отличие от прототипа, одновременно с указанным излучением анализируемую пробу в проточной кювете облучают характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, а после регистрации излучений, прошедших через пробу, определяют плотность пробы из выражения:

где К3 и К4 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов с известной плотностью,

N” - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57,

- число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57,

используя которое определяют концентрацию серы.

Экспериментально установлено, что оптимальным является одновременное облучение анализируемой пробы характеристическим рентгеновским излучением серебра и элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57. ХРИ элемента с атомным номером меньше 42 использовать нецелесообразно, поскольку при уменьшении энергии ХРИ увеличивается интенсивность поглощения излучения пробой, что ведет к уменьшению полезного сигнала. ХРИ элемента с атомным номером больше 57 использовать также нецелесообразно, поскольку пропорциональный рентгеновский счетчик имеет ограниченный диапазон регистрируемых энергий, для расширения которого необходимы дополнительные экономические затраты.

Для геометрии тонкого луча справедливы следующие выражения:

где µ', µ'' - массовые коэффициенты ослабления ХРИ серебра и элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, полученные для многокомплексной среды;

, N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при ХРИ серебра;

, N'' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57.

Для нахождения плотности из уравнений (4) введем линейное уравнение связи в общем виде:

где а и b - коэффициенты линейного уравнения.

Известно (Немец О.Ф., Гофман Ю.В. Справочник по ядерной физике. - Киев: изд-во «Наукова думка», 1975, с.218-220), что для химического соединения или однородной смеси элементов (например, нефти и нефтепродуктов) массовые коэффициенты ослабления определяют по формулам:

где - массовый коэффициент ослабления i-го элемента, входящего в смесь,

аi - весовая доля i-го элемента в смеси или соединении.

где - массовый коэффициент ослабления i-го элемента, входящего в смесь.

Уравнения (6) и (7) являются линейными, поскольку µ'' и µ' линейно зависят от состава пробы, а если две величины имеют различные линейные зависимости от одного параметра - состава среды, то между ними также существует линейная зависимость, и, следовательно, можно записать выражение (5), которое будет уравнением связи.

Выразим из уравнений (4) µ''·ρ и µ'·ρ:

Подставим получившиеся выражения в формулу (5) и преобразуем ее:

Формула (8) является эквивалентной формуле (3), поскольку введены переобозначения и .

Таким образом, определение концентрации серы в нефти и нефтепродуктах с использованием предложенного способа возможно без проведения дополнительных измерений плотности пробы.

Предлагаемый способ позволяет увеличить надежность за счет отсутствия необходимости выполнения дополнительных измерений плотности углеводородной жидкости и уменьшить финансовые и временные затраты.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах.

Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах осуществляют с помощью устройства для измерения концентрации серы (см. чертеж), состоящего из рентгеновской трубки 1, мишени 2, двух коллиматоров 3, 4, измерительной кюветы 5, пропорционального рентгеновского счетчика 6.

Положение окна рентгеновской трубки 1 и центра мишени 2 зафиксированы в корпусе устройства так, что они лежат на одной прямой. Причем эта прямая направлена перпендикулярно прямой от центра мишени 2 к окну пропорционального рентгеновского счетчика 6, по которой сориентированы отверстия коллиматоров 3, 4 и измерительная кювета 5, расположенная между ними. Пропорциональный рентгеновский счетчик 6 электрически связан с блоком обработки сигналов (не показан).

В качестве мишени 2 использовали круглую пластину толщиной 1 мм и диаметром 10 мм, составленную из шести секторов, которые поочередно были выполнены из двух материалов (серебро и элемент периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, например молибден с атомным номером 42). В качестве коллиматоров 3, 4 использовали стальные цилиндры диаметром 10 мм и высотой 5 мм, диаметр коллимационного отверстия 2 мм. Была использована рентгеновская трубка 1 с вольфрамовым анодом БХ-10 с максимальным рабочим током 1 мА, анодным напряжением 50 кВ. В качестве измерительной кюветы 5 использовали стальную трубу толщиной 10 мм с фланцами на торцах, внутри которой расположена труба из оргстекла с толщиной стенки 6 мм и внутренним диаметром 25 мм. В стальной трубе были выполнены диаметрально расположенные отверстия диаметром 2 мм для просвечивания измерительной кюветы 5. Пропорциональный рентгеновский счетчик 6 выбран типа СИ-11Р. Блок обработки сигналов использован такой же, как в прототипе, но возможно использование и других известных блоков обработки сигналов.

С помощью фланцев измерительной кюветы 5 устройство для измерения концентрации серы подсоединяли к байпасной линии технологического трубопровода, заполненного нефтью. Отверстия коллиматоров 3, 4 совмещали с диаметрально расположенными отверстиями измерительной кюветы 5. Таким образом, измерительную кювету 5 наполняли нефтью. Излучением рентгеновской трубки 1 облучали мишень 2. На мишени 2 излучение рентгеновской трубки 1 возбуждало характеристические рентгеновские излучения серебра - 22 кэВ и молибдена - 17,5 кэВ, которые, в свою очередь, просвечивали анализируемую пробу в измерительной кювете 5. Пропорциональный рентгеновский счетчик 6 регистрировал излучение с измерительной кюветы. Сигнал от пропорционального рентгеновского счетчика 6 поступал в блок обработки сигналов, где произвели определение концентрации серы CS (в %) по формулам (2) и (3).

Коэффициенты К3 и К4 рассчитывали из формулы (3), для этого с помощью ареометра АН, имеющего предел допускаемой погрешности 0,5 кг/м3, определяли значение плотности двух проб нефти или нефтепродуктов (810 и 937 кг/м3), затем пробы поочередно помещали в измерительную кювету для измерения плотности и с пропорционального рентгеновского счетчика 6 в результате набора спектра в течение 300 секунд получили информацию о числе импульсов в отсутствии и присутствии проб в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ серебра , N' и ХРИ молибдена , N”, а затем, рассчитывая систему из двух уравнений для проб с известными значениями плотности, получили К3=1998 и К4=811.

Коэффициенты К1 и К2 рассчитывали из формулы (2), для этого две пробы с заранее известным содержанием массовой доли серы - 0,05% и 5% поместили в устройство для измерения концентрации серы и с пропорционального рентгеновского счетчика в результате набора спектра в течение 300 секунд получили информацию о числе импульсов в отсутствии и присутствии проб в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ серебра , N', а далее, рассчитывая систему из двух уравнений для проб с известными значениями концентрации серы, получили K1=14066,62, K2=11,879.

Число импульсов в отсутствии пробы в измерительной кювете 5 при облучении кюветы ХРИ серебра и молибдена (N0', N0''), определенное с помощью блока обработки сигналов при наборе спектра в течение 300 секунд, составило N0'=280000, N0''=300000.

Число импульсов в присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ серебра и молибдена (N', N''), определенное с помощью блока обработки сигналов при наборе спектра в течение 300 секунд, составило N'=118952, N''=107560.

Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра составило .

Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением молибдена составило .

Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность пробы:

Используя выражение (2), определили концентрацию серы в нефти:

Аналогично в качестве мишени 2 использовали круглую пластину, составленную из шести секторов, которые поочередно выполнены из двух материалов: серебра и цезия (атомный номер 55). В формуле (2) и (3) N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ цезия - 31 кэВ. Для нахождения коэффициентов К3 и К4 использовали те же пробы с известными значениями плотности и получили К3=-7923,91 и К4=-8443,28. Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением цезия составило N'' ф=500, число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ цезия составило N''=129964.

Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность той же пробы:

Коэффициенты К1 и К2 не изменятся, поскольку две пробы с заранее известным содержанием массовой доли серы облучают ХРИ серебра.

Используя выражение (2), определили концентрацию серы в нефти:

Аналогично в качестве мишени 2 использовали круглую пластину, составленную из шести секторов, которые поочередно выполнены из двух материалов: серебра и лантана (атомный номер 57). В формуле (2) и (3) , N'' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ лантана -33,5 кэВ. Для нахождения коэффициентов К3 и К4 использовали те же пробы с известными значениями плотности и получили К3=-4710,36 и К4=-5262,7. Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением цезия составило , число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ цезия составило N''=134608.

Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность той же пробы:

Коэффициенты К1 и К2 не изменятся, поскольку две пробы с заранее известным содержанием массовой доли серы облучают ХРИ серебра.

Используя выражение (2), определили концентрацию серы в нефти:

Таким образом, предложенный способ позволяет определять концентрацию серы в нефти и нефтепродуктах.

Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах, заключающийся в том, что анализируемую пробу в проточной кювете облучают характеристическим рентгеновским излучением серебра, регистрируют излучение, проходящее через кювету, по которому определяют концентрацию серы из выражения:,где ρ - плотность пробы в г/см3,К1, К2 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов (проб) с известным содержанием серы,N'0, N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра,N'ф - число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра,отличающийся тем, что одновременно с указанным излучением анализируемую пробу в проточной кювете облучают характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, а после регистрации излучений, прошедших через пробу, определяют плотность пробы из выражения:,где К3 и К4 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений тех же стандартных образцов (проб) с известной плотностью.N''0, N'' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57,N'ф - число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, используя которое определяют концентрацию серы.

www.findpatent.ru

Определение серы в нефти, нефтепродуктах (бензине, дизельном топливе). Анализаторы серы в нефтепродуктах

Сероводород реагирует особенно в присутствии ацетата свинца путем образования сульфида свинца (Pbs) Pb (Ас)г + h3S = Pbs + 2 ACOH. Анализатор измеряет скорость потемнения в результате образования сульфида свинца на пленке с помощью оптоволоконного фотодетектора. В начале каждого цикла измерения пленка продвигается новым пустым участком ленты. Как только h3S оказывает реакцию на пленку, измерение скорости потемнения осуществляется путем сравнения с калибровочной кривой, сохраненной в памяти прибора. Несколько измерений производятся на том же участке до уровня насыщения.

  • Соответствие ASTM D4080, D4084, D4323.
  • Сертифицированное программное обеспечение. Помехоустойчивый (селективный только по h3S).
  • Широкий диапазон регулирования
  • Оптоволоконная технология.
  • Микропроцессорная электроника.
  • Возможность мультиплексирования (до 4 модулей обнаружения).
  • Возможность многопоточности (до 4).
  • Очень короткое время ответа (обычно 20 с при 5 PPM).
  • Регулировка шкалы.
  • Чувствительность к PPB.
  • Специальные сигналы о неисправности.
  • Один аналоговый выход на 4-20 мА на каждый модуль обнаружения.

Эксплуатационные характеристики:

Принцип: колориметрический.

Детектор: один фотодетектор, действующий как измеритель и ориентир, связанный с оптоволоконным кабелем. Пленка освещается сфокусированным светодиодом посредством оптоволоконного кабеля.

Электроника: микропроцессор Intel Celeron 400 MHz. встроенная память 256 Mb SDRAM, 512 Mb карта памяти для хранения операционной системы, параметров заказчика и калибровочных кривых.

Диапазон измерений: 0-50 PPB до 0 до 20%.

Чувствительность: 2% соответствующего диапазона.

Время ответа: между 20 и 120 секунд в зависимости от диапазона. Отклонение в полном масштабе (обычно 20 с при 5 PPM).

Линейность: ±2% пределов калибровки шкалы.

Воспроизводимость: ±2% пределов калибровки шкалы.

Точность: ±2% пределов калибровки шкалы.

Возможность мультиплексирования: до 4 модулей обнаружения.

Возможность многопоточности: С использованием до 4 модулей обнаружения (опционально) с только одним электронным модулем.

Технологический сигнал: один на каждый поток, с регулируемым уровнем. Беспотенциальные контакты реле 3A 230 В (пер. тока), рассчитываемые в положениях нормально открытый или нормально закрытый. Катушка реле нормально запитанная или обесточенная (программируемая).

Сигнал о неисправности прибора: один на каждый поток. Беспотенциальные контакты реле 3A 230 В (пер. тока), рассчитываемые в положениях нормально открытый или нормально закрытый. Катушка реле нормально запитанная. Специальные аварийные сигналы о неисправности имеются на цифровом выходе.

Аналоговые выходы: один как стандарт - до 4 по запросу. Питание 4-20 мА, максимальная нагрузка контура 1000 Ом.

Электропитание: от 85 до 264 В (пер. тока) - 47 до 440 Гц, от 120 до 370 В (пост. тока).

intech-gmbh.ru

Способ определения концентрации серы в потоке нефтепродуктов

 

бтв4д:;,, „

О П И С А Н И Е 240I28

Союз Советских

Сонналнстн-:åñêèõ

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Кл. 21о, 30/04

421, 3, 52

Заявлено 07.ХII.1966 (№ 1117447/26-25) с присоеди нениевт заявки №

Приоритет

МПК G 01ч

G 01п

УДК 550.839(088.8) Номнтет по делам изобретений н открытий прн Совете тЛнннстров

СССР

Опубликовано 21 1II.1969. Бюллетень ¹ 12

Дата опубликования описания 25Х111.1969

Авторы изобретения

H Я. Феста, А. M. Дробиз и Х. Н. Салахов

Заявитель

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СЕРЫ

В ПОТОКЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Известен способ определения концентрации серы в нет1ттепродуктах путем просвечивания мягким гамма-излучением, например, изотопа

Fe-- слоя нефтепродукта определенной толщины. По степени ослабления излучения судят о содержании серы. Этот способ, в частности, реализован в анализаторе типа ASKC-1, предназначенном для определения содержания серы в дизельном топливе. Однако ослабление пучка мягкого гамма-излучения зависит 10 не только от содержания серы, но и от величины плотности жидкости и отношения С/Н (отношение весовых концентраций углерода и водорода). И плотность, и С/Н представляют собой переменные факторы, изменяющиеся 15 независимо от содержания серы, что обусловливает значительные погрешности при определении концентрации серы.

Известен также способ непрерывного определения концентрации серы в потоке нефте- 20 продуктов, согласно которому одновременно с измерением ослабления гамма-излучения измеряют плотность жидкости, что позволяет учесть ее влияние. Но влияние изменяющегося отношения С/Н в этом способе не учитывается. Способ реализован в приборе типа

АСПН.

Известен, кроме того, способ, согласно которому последовательно измеряют степень ослабления слоем нефтепродукта пучков мягко- 30 го гамма-излучения и бета-излучения и по совокупным результатам этих нзмерений, сочетаемых с отдельным лабораторным измерением плотност:t, вы шсляют концентрации серы, углерода и водорода. Однако этот способ пригоден лишь для лабораторного использования, так как не обеспечивает автоматического учета влияния изменяющейся плотности анализируемого продукта.

С целью устранения влияния изменяющихся плотности и отношения C/H на определение концентрации серы в нефтепродуктах ti повышения точности измерений, предложен радиометрический способ, заключающийся в том, что одновременно с измерением степени ослабления слоем контролируемой среды пучков мягкого гамма-излучения и бета-излучения регистрируют интенсивность бета-излучения, отраженного от исследуемой среды. По результатам этих измерений судят о содержании серы в нефтепродукте.

Предлагаемый способ характеризуется однотцпностью всех измерений, выполняемых с помощью одних и тех же детекторов. Прибор, реализующий этот способ, может быть выполнен с одним достаточно, простым усилительным каналом без специального счетно-решающего устройства.

240128

Предмет изобретения

Составитель И. Б. Трофимова

Техрсд А. А. Камышникова Корректор Л. Г, Корогод

Редактор Громова

Заказ 1841,/6 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССГ

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сап нова, 2

Способ определения концентрации серы в потоке нефтепродуктов, основанный на взаимодействии радиоактивного излучения с исследуемым веществом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения непрерывности измерений при изменяющихся плотности исследуемой среды и концентрации углерода и водорода, одновременно с измерением степени ослабления пучков мягкого гамма-излучения и бета-излучения регистрируют интенсивность бета-излучения, отраженного от исследуемой среды, а по результатам одновременных измерений определяют концентрацию серы.

  

www.findpatent.ru

Концентрация - сера - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Концентрация - сера

Cтраница 1

Концентрация серы, азота и кислорода в стандартных сортах реактивных топлив так незначительна, что присутствие этих примесей не оказывает поддающегося измерению влияния на склонность топлива к образованию дыма.  [1]

Концентрация серы в мазуте, избыток воздуха, нагрузка котла, степень загрязненности высокотемпературных поверхностей нагрева определяют коррозионную агрессивность дымовых газов и тем влияют на интенсивность коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева.  [3]

Концентрация серы в очищаемых ими газах может быть снижена до 1 мг / м3 и ниже.  [4]

Концентрация серы в нефтепродуктах возрастает с углублением отбора их от исходного сырья. Аналогичные результаты получаются и при неизменной глубине отбора светлых, но с возрастанием сернистости перерабатываемой нефти.  [5]

Концентрация серы в металле шва, сваренного электрошлаковым способом, зависит исключительно от содержания ее в электродном и основном металле. Однако использование флюсов на основе СаО и CaF2 позволяет при электрошлаковой сварке снизить содержание серы в металле шва, особенно при частых досыпках новых порций флюса и удалении соответствующего количества шлака из ванны в процессе сварки.  [6]

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет до 0 04 % каждого.  [7]

Концентрация серы и фосфора в металле шва в среднем составляет не более 0 03 % каждого.  [8]

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет 0 04 % каждого.  [9]

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет 0 035 % каждого элемента. Не рекомендуется для сварки конструкций, работающих при низких температурах.  [10]

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет до 0 03 % каждого. Не рекомендуется для сварки конструкций, работающих при температуре ниже - 40 С.  [11]

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет 0 035 % каждого.  [12]

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет до 0 04 % каждого.  [13]

Концентрация серы и фосфора в металле шва в среднем составляет 0 035 % каждого.  [14]

Концентрация серы и фосфора в металле швов в среднем составляет 0 035 % каждого.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах - патент РФ 2367933

Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами и может быть использовано для определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах непосредственно в технологических трубопроводах на потоке. Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах заключается в том, что анализируемую пробу в проточной кювете одновременно облучают характеристическими рентгеновскими излучениями серебра и элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57. После регистрации излучений, прошедших через пробу, определяют по формуле плотность пробы. Используя данное выражение, определяют концентрацию серы по формуле. Технический результат - увеличение надежности определения концентрации серы, уменьшение затрат. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2367933

Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами и может быть использовано для определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах непосредственно в технологических трубопроводах на потоке.

Известен способ определения концентрации серы в углеводородных жидкостях (патент РФ на полезную модель № 53017, МПК G01N 23/00, опубл. 27.04.2006), выбранный в качестве прототипа. Способ заключается в том, что рентгеновским излучением облучают серебряную мишень, в которой возбуждается характеристическое рентгеновское излучение (ХРИ) серебра с энергией 22 кэВ. ХРИ серебра просвечивают анализируемую пробу, помещенную в проточную кювету. Излучение, прошедшее через кювету, регистрируют пропорциональным рентгеновским счетчиком. Сигнал от пропорционального рентгеновского счетчика обрабатывают в блоке обработки сигналов. Интенсивность данного сигнала прямо пропорциональна концентрации серы в жидкости, помещенной в измерительную кювету. Блок обработки сигналов представляет собой стандартный спектрометрический тракт, используемый в энергодисперсионном рентгенфлуоресцентном анализе (многоканальный амплитудный анализатор). В блоке обработки сигналов вычисляют концентрацию серы Cs (в %) по формуле:

где С - плотность пробы в г/см3 ;

K1, К2 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов с известным содержанием серы;

Nф - число импульсов фона;

No, N - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете.

Недостатком вышеописанного способа является необходимость выполнения дополнительных измерений плотности углеводородной жидкости, находящейся в кювете (нефти и нефтепродуктов) каким-либо способом. Это приводит к уменьшению надежности, ограничению сферы применимости и увеличению финансовых и временных затрат.

Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Поставленная задача решена за счет того, что способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах, также как и в прототипе, заключается в том, что анализируемую пробу в проточной кювете облучают характеристическим рентгеновским излучением серебра, регистрируют излучение, проходящее через кювету, по которому определяют концентрацию серы из выражения:

где - плотность пробы в г/см3,

K 1, K2 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов с известным содержанием серы,

No, N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра,

- число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра.

В отличие от прототипа, одновременно с указанным излучением анализируемую пробу в проточной кювете облучают характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, а после регистрации излучений, прошедших через пробу, определяют плотность пробы из выражения:

где К3 и К4 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов с известной плотностью,

N - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57,

- число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57,

используя которое определяют концентрацию серы.

Экспериментально установлено, что оптимальным является одновременное облучение анализируемой пробы характеристическим рентгеновским излучением серебра и элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57. ХРИ элемента с атомным номером меньше 42 использовать нецелесообразно, поскольку при уменьшении энергии ХРИ увеличивается интенсивность поглощения излучения пробой, что ведет к уменьшению полезного сигнала. ХРИ элемента с атомным номером больше 57 использовать также нецелесообразно, поскольку пропорциональный рентгеновский счетчик имеет ограниченный диапазон регистрируемых энергий, для расширения которого необходимы дополнительные экономические затраты.

Для геометрии тонкого луча справедливы следующие выражения:

где µ', µ'' - массовые коэффициенты ослабления ХРИ серебра и элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, полученные для многокомплексной среды;

, N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при ХРИ серебра;

, N'' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57.

Для нахождения плотности из уравнений (4) введем линейное уравнение связи в общем виде:

где а и b - коэффициенты линейного уравнения.

Известно (Немец О.Ф., Гофман Ю.В. Справочник по ядерной физике. - Киев: изд-во «Наукова думка», 1975, с.218-220), что для химического соединения или однородной смеси элементов (например, нефти и нефтепродуктов) массовые коэффициенты ослабления определяют по формулам:

где - массовый коэффициент ослабления i-го элемента, входящего в смесь,

аi - весовая доля i-го элемента в смеси или соединении.

где - массовый коэффициент ослабления i-го элемента, входящего в смесь.

Уравнения (6) и (7) являются линейными, поскольку µ'' и µ' линейно зависят от состава пробы, а если две величины имеют различные линейные зависимости от одного параметра - состава среды, то между ними также существует линейная зависимость, и, следовательно, можно записать выражение (5), которое будет уравнением связи.

Выразим из уравнений (4) µ''· и µ'· :

Подставим получившиеся выражения в формулу (5) и преобразуем ее:

Формула (8) является эквивалентной формуле (3), поскольку введены переобозначения и .

Таким образом, определение концентрации серы в нефти и нефтепродуктах с использованием предложенного способа возможно без проведения дополнительных измерений плотности пробы.

Предлагаемый способ позволяет увеличить надежность за счет отсутствия необходимости выполнения дополнительных измерений плотности углеводородной жидкости и уменьшить финансовые и временные затраты.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах.

Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах осуществляют с помощью устройства для измерения концентрации серы (см. чертеж), состоящего из рентгеновской трубки 1, мишени 2, двух коллиматоров 3, 4, измерительной кюветы 5, пропорционального рентгеновского счетчика 6.

Положение окна рентгеновской трубки 1 и центра мишени 2 зафиксированы в корпусе устройства так, что они лежат на одной прямой. Причем эта прямая направлена перпендикулярно прямой от центра мишени 2 к окну пропорционального рентгеновского счетчика 6, по которой сориентированы отверстия коллиматоров 3, 4 и измерительная кювета 5, расположенная между ними. Пропорциональный рентгеновский счетчик 6 электрически связан с блоком обработки сигналов (не показан).

В качестве мишени 2 использовали круглую пластину толщиной 1 мм и диаметром 10 мм, составленную из шести секторов, которые поочередно были выполнены из двух материалов (серебро и элемент периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, например молибден с атомным номером 42). В качестве коллиматоров 3, 4 использовали стальные цилиндры диаметром 10 мм и высотой 5 мм, диаметр коллимационного отверстия 2 мм. Была использована рентгеновская трубка 1 с вольфрамовым анодом БХ-10 с максимальным рабочим током 1 мА, анодным напряжением 50 кВ. В качестве измерительной кюветы 5 использовали стальную трубу толщиной 10 мм с фланцами на торцах, внутри которой расположена труба из оргстекла с толщиной стенки 6 мм и внутренним диаметром 25 мм. В стальной трубе были выполнены диаметрально расположенные отверстия диаметром 2 мм для просвечивания измерительной кюветы 5. Пропорциональный рентгеновский счетчик 6 выбран типа СИ-11Р. Блок обработки сигналов использован такой же, как в прототипе, но возможно использование и других известных блоков обработки сигналов.

С помощью фланцев измерительной кюветы 5 устройство для измерения концентрации серы подсоединяли к байпасной линии технологического трубопровода, заполненного нефтью. Отверстия коллиматоров 3, 4 совмещали с диаметрально расположенными отверстиями измерительной кюветы 5. Таким образом, измерительную кювету 5 наполняли нефтью. Излучением рентгеновской трубки 1 облучали мишень 2. На мишени 2 излучение рентгеновской трубки 1 возбуждало характеристические рентгеновские излучения серебра - 22 кэВ и молибдена - 17,5 кэВ, которые, в свою очередь, просвечивали анализируемую пробу в измерительной кювете 5. Пропорциональный рентгеновский счетчик 6 регистрировал излучение с измерительной кюветы. Сигнал от пропорционального рентгеновского счетчика 6 поступал в блок обработки сигналов, где произвели определение концентрации серы CS (в %) по формулам (2) и (3).

Коэффициенты К3 и К4 рассчитывали из формулы (3), для этого с помощью ареометра АН, имеющего предел допускаемой погрешности 0,5 кг/м3, определяли значение плотности двух проб нефти или нефтепродуктов (810 и 937 кг/м3), затем пробы поочередно помещали в измерительную кювету для измерения плотности и с пропорционального рентгеновского счетчика 6 в результате набора спектра в течение 300 секунд получили информацию о числе импульсов в отсутствии и присутствии проб в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ серебра , N' и ХРИ молибдена , N , а затем, рассчитывая систему из двух уравнений для проб с известными значениями плотности, получили К3=1998 и К4=811.

Коэффициенты К1 и К2 рассчитывали из формулы (2), для этого две пробы с заранее известным содержанием массовой доли серы - 0,05% и 5% поместили в устройство для измерения концентрации серы и с пропорционального рентгеновского счетчика в результате набора спектра в течение 300 секунд получили информацию о числе импульсов в отсутствии и присутствии проб в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ серебра , N', а далее, рассчитывая систему из двух уравнений для проб с известными значениями концентрации серы, получили K1=14066,62, K2=11,879.

Число импульсов в отсутствии пробы в измерительной кювете 5 при облучении кюветы ХРИ серебра и молибдена (N0', N0''), определенное с помощью блока обработки сигналов при наборе спектра в течение 300 секунд, составило N 0'=280000, N0''=300000.

Число импульсов в присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ серебра и молибдена (N', N''), определенное с помощью блока обработки сигналов при наборе спектра в течение 300 секунд, составило N'=118952, N''=107560.

Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра составило .

Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением молибдена составило .

Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность пробы:

Используя выражение (2), определили концентрацию серы в нефти:

Аналогично в качестве мишени 2 использовали круглую пластину, составленную из шести секторов, которые поочередно выполнены из двух материалов: серебра и цезия (атомный номер 55). В формуле (2) и (3) N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ цезия - 31 кэВ. Для нахождения коэффициентов К3 и К4 использовали те же пробы с известными значениями плотности и получили К 3=-7923,91 и К4=-8443,28. Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением цезия составило N''ф=500, число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ цезия составило N''=129964.

Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность той же пробы:

Коэффициенты К1 и К 2 не изменятся, поскольку две пробы с заранее известным содержанием массовой доли серы облучают ХРИ серебра.

Используя выражение (2), определили концентрацию серы в нефти:

Аналогично в качестве мишени 2 использовали круглую пластину, составленную из шести секторов, которые поочередно выполнены из двух материалов: серебра и лантана (атомный номер 57). В формуле (2) и (3) , N'' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ лантана -33,5 кэВ. Для нахождения коэффициентов К3 и К4 использовали те же пробы с известными значениями плотности и получили К3=-4710,36 и К4=-5262,7. Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением цезия составило , число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ цезия составило N''=134608.

Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность той же пробы:

Коэффициенты К1 и К 2 не изменятся, поскольку две пробы с заранее известным содержанием массовой доли серы облучают ХРИ серебра.

Используя выражение (2), определили концентрацию серы в нефти:

Таким образом, предложенный способ позволяет определять концентрацию серы в нефти и нефтепродуктах.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах, заключающийся в том, что анализируемую пробу в проточной кювете облучают характеристическим рентгеновским излучением серебра, регистрируют излучение, проходящее через кювету, по которому определяют концентрацию серы из выражения: ,где - плотность пробы в г/см3,К1 , К2 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов (проб) с известным содержанием серы,N'0, N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра,N'ф - число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением серебра,отличающийся тем, что одновременно с указанным излучением анализируемую пробу в проточной кювете облучают характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, а после регистрации излучений, прошедших через пробу, определяют плотность пробы из выражения: ,где К3 и К4 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений тех же стандартных образцов (проб) с известной плотностью.N'' 0, N'' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57,N' ф - число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением элемента периодической системы элементов Д.И.Менделеева с атомным номером от 42 до 57, используя которое определяют концентрацию серы.

www.freepatent.ru