EA036344B1 - Oil spectral analyzer - Google Patents
Oil spectral analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- EA036344B1 EA036344B1 EA201800595A EA201800595A EA036344B1 EA 036344 B1 EA036344 B1 EA 036344B1 EA 201800595 A EA201800595 A EA 201800595A EA 201800595 A EA201800595 A EA 201800595A EA 036344 B1 EA036344 B1 EA 036344B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- oil
- fibers
- fiber
- optical
- eleven
- Prior art date
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 47
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 35
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- -1 silver halide Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009614 chemical analysis method Methods 0.000 abstract 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract 1
- 238000004940 physical analysis method Methods 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 42
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid group Chemical class S(O)(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 2
- 150000003577 thiophenes Chemical class 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical class S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011437 continuous method Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 150000002019 disulfides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000012262 resinous product Substances 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к области физико-химических методов анализа, в частности к инфракрасной спектроскопии определения состава смесей нефтепродуктов.The invention relates to the field of physical and chemical methods of analysis, in particular to infrared spectroscopy for determining the composition of mixtures of petroleum products.
Предшествующий уровень техникиPrior art
В настоящее время обводненность продукции нефтедобывающих скважин достигла в среднем 75% (при подсчете учтены скважины в разных странах мира). Среди непрерывных способов контроля обводнённой нефти различают два, разделяемые по принципу измеряемых физических величин среды: оптические и электрические. Недостатком способов, основанных на измерении электрических величин, является низкая чувствительность в случае высокой доли газовой фазы в исследуемых образцах. Оптические способы основаны на регистрации пиков поглощения присущих непосредственно детектируемым элементам, в независимости от их агрегатного состояния, и обеспечивают значительное преимущество по точности и скорости анализа. Необходимо отметить, что вторым после воды спутником нефти является сера, при этом её содержание может достигать 14 об.% (Магеррамов A.M., Ахмедова Р.А., Ахмедова Н.Ф. Нефтехимия и нефтепереработка, Баку: Ба-кы Университета, 2009, с. 660, с. 340-353). Сера в нефти и нефтепродуктах присутствует частью в виде элементной серы, а в основном в виде различных соединений - сероводорода, меркаптанов, сульфидов, дисульфидов, тиофенов и тиофанов. Количественное содержание серы является одной из существенных технологических характеристик нефти, вследствие высокой коррозионной активности сернистых соединений. Серосодержащие соединения наносят существенный вред, как при переработке нефти, так и при использовании нефтепродуктов, в частности наличие серы в топливах отрицательно сказывается на их эксплуатационных характеристиках. Кроме этого, при сгорании сернистых соединений выделяются SO2 и SO3, который при гидратации образуют сернистую и серную кислоты. Кислоты способствую коррозии стенок цилиндров и других частей оборудования. Попадание серной кислоты в масла приводит к образованию смолистых продуктов и, как следствие, нагара, ускоряющего износ двигателя. В связи с вышесказанным содержание серы и ее соединений является одной из основных качественных характеристик, как сырой нефти, так и получаемых нефтепродуктов.At present, the water cut of oil producing wells has reached an average of 75% (wells in different countries of the world were taken into account when calculating). Among the continuous methods of monitoring watered oil, two are distinguished, which are divided according to the principle of measured physical quantities of the medium: optical and electrical. A disadvantage of methods based on measuring electrical quantities is low sensitivity in the case of a high proportion of the gas phase in the samples under study. Optical methods are based on the registration of absorption peaks inherent directly to the detected elements, regardless of their state of aggregation, and provide a significant advantage in the accuracy and speed of analysis. It should be noted that the second companion of oil after water is sulfur, while its content can reach 14 vol.% (Magerramov AM, Akhmedova R.A., Akhmedova N.F. Petrochemistry and oil refining, Baku: Baku University, 2009, p. 660, p. 340-353). Sulfur in oil and petroleum products is present partly in the form of elemental sulfur, but mainly in the form of various compounds - hydrogen sulfide, mercaptans, sulfides, disulfides, thiophenes and thiophanes. The quantitative sulfur content is one of the essential technological characteristics of oil due to the high corrosiveness of sulfur compounds. Sulfur-containing compounds cause significant harm both in oil refining and in the use of petroleum products, in particular, the presence of sulfur in fuels has a negative effect on their performance. In addition, during the combustion of sulfur compounds, SO 2 and SO 3 are released , which, when hydrated, form sulfurous and sulfuric acids. Acids can corrode cylinder walls and other equipment. The penetration of sulfuric acid into oils leads to the formation of resinous products and, as a result, carbon deposits, which accelerate engine wear. In connection with the above, the content of sulfur and its compounds is one of the main quality characteristics of both crude oil and the resulting oil products.
В настоящее время инфракрасная спектроскопия является одним из основных способов анализа нефти и нефтепродуктов. При ее использовании для определения количественного состава природных смесей не происходит разрушение веществ, что не затрудняет их дальнейшее использование. Изменение солености и наличие газовых фракций также не оказывают существенного влияния на точность измерений в связи с тем, что способ основан на детектировании интенсивности характеристических пиков поглощения химических связей на определенных длинах волн, которые не меняют своего положения. Применение волоконно-оптических каналов доставки позволяет расширить области применения способа и реализовать промышленные поточные датчики контроля химического состава и концентрации, востребованные на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих станциях.Currently, infrared spectroscopy is one of the main methods for analyzing oil and petroleum products. When it is used to determine the quantitative composition of natural mixtures, the destruction of substances does not occur, which does not complicate their further use. The change in salinity and the presence of gas fractions also do not significantly affect the accuracy of measurements due to the fact that the method is based on detecting the intensity of characteristic absorption peaks of chemical bonds at certain wavelengths that do not change their position. The use of fiber-optic delivery channels makes it possible to expand the scope of the method and implement industrial flow sensors for monitoring the chemical composition and concentration, which are in demand at oil-producing and refining stations.
Известен многоканальный инфракрасный датчик для измерения фазового состава многокомпонентного потока, в частности потока нефтепродуктов, содержащий инфракрасный излучатель, соединенный с источником питания, параболический рефлектор, пробоотборник, состоящий из двух плоскопараллельных сапфировых пластин, с пробой нефтепродуктов, коллиматор, соединенный с приемным концом волоконно-оптической сборки, состоящей из кварцевых волокон, при этом выходной конец волоконнооптической сборки разделен на оптические каналы, имеющие равное количество волокон, причем по крайней мере один канал является опорным, концы оптических каналов через оптические фильтры связаны с фотодиодами, на выходе которых получают электрический сигнал, передаваемый на компьютерную обработку с получением изображения на дисплее (патент GB 2423817; МПК G01N 21/25, G01N 33/28; 2006 г.).Known is a multichannel infrared sensor for measuring the phase composition of a multicomponent stream, in particular a stream of oil products, containing an infrared emitter connected to a power source, a parabolic reflector, a sampler consisting of two plane-parallel sapphire plates with a sample of oil products, a collimator connected to the receiving end of a fiber-optic an assembly consisting of silica fibers, while the output end of the fiber-optic assembly is divided into optical channels having an equal number of fibers, and at least one channel is a reference channel, the ends of the optical channels are connected through optical filters to photodiodes, at the output of which an electrical signal is received, transmitted for computer processing with obtaining an image on the display (patent GB 2423817; IPC G01N 21/25, G01N 33/28; 2006).
Недостатком прибора является его низкая точность, в частности невозможность определения серосодержащих компонентов ввиду недостаточно высокой чувствительности.The disadvantage of the device is its low accuracy, in particular, the impossibility of determining sulfur-containing components due to insufficiently high sensitivity.
Прототипом предлагаемого устройства является инфракрасный оптический датчик для определения концентрации нефти и воды в многокомпонентном жидком потоке в присутствии ингибитора гидратов, работа которого основана на различиях в поглощении нефтью, водой и ингибитором ближнего инфракрасного излучения. Датчик представляет собой инфракрасную оптическую волоконную систему и содержит широкополосный инфракрасный источник, в частности вольфрамовую галогенную лампу, соединенный с линией электропитания и расположенный на противоположной стороне области выборки из коллиматора, соединенного с корпусной частью с помощью оптических выходов, соединенных с ним посредством общего соединителя. Таким образом, известный датчик содержит источник инфракрасного излучения, параболический (эллиптический) отражатель для направления света от источника, первое и второе сапфировые окна, коллиматор и оптические выходы, которые соединяют коллиматор с инфракрасными фильтрами (патент US 9002650; МПК G01F 1/74, G01N 21/35, G01F 1/44, G01F 1/88, G01N 21/359, G01N 21/3577; 2015 г.).The prototype of the proposed device is an infrared optical sensor for determining the concentration of oil and water in a multicomponent liquid flow in the presence of a hydrate inhibitor, the operation of which is based on differences in absorption by oil, water and a near infrared radiation inhibitor. The sensor is an infrared optical fiber system and contains a broadband infrared source, in particular a tungsten halogen lamp, connected to the power supply line and located on the opposite side of the sampling area from the collimator connected to the body by means of optical outputs connected to it by a common connector. Thus, the known sensor contains an infrared radiation source, a parabolic (elliptical) reflector for directing light from the source, first and second sapphire windows, a collimator and optical outputs that connect the collimator to infrared filters (US patent 9002650; IPC G01F 1/74, G01N 21/35, G01F 1/44, G01F 1/88, G01N 21/359, G01N 21/3577; 2015).
Недостатком прибора является невозможность определения серосодержащих компонентов ввиду недостаточно высокой чувствительности.The disadvantage of the device is the impossibility of determining sulfur-containing components due to insufficiently high sensitivity.
Таким образом, существующие инфракрасные оптические датчики (анализаторы) позволяют про- 1 036344 вести одновременный анализ содержания воды и нефти в смеси нефтепродуктов путем регистрации оптических сигналов, проходящих через проточный пробоотборник. Однако, несмотря на то, что одним из основных компонентов, загрязняющих нефть, являются серосодержащие соединения, известные в настоящее время конструкции инфракрасных спектральных анализаторов не позволяют определить их концентрацию в непрерывном режиме движения потока через трубопровод.Thus, the existing infrared optical sensors (analyzers) make it possible to carry out simultaneous analysis of the content of water and oil in a mixture of petroleum products by registering optical signals passing through a flow sampler. However, despite the fact that one of the main components polluting oil is sulfur-containing compounds, the currently known designs of infrared spectral analyzers do not allow determining their concentration in a continuous mode of flow through a pipeline.
Целью настоящего изобретения является разработка конструкции спектрального анализатора нефти, обеспечивающего возможность определения серосодержащих соединений в режиме поточного контроля.The aim of the present invention is to develop a design for a spectral oil analyzer that provides the ability to determine sulfur-containing compounds in the flow control mode.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Задача изобретения состоит в создании спектрального анализатора нефти, обеспечивающего возможность определения концентрационного содержания нефти, воды и серосодержащих соединений в режиме поточного контроля.The objective of the invention is to create a spectral oil analyzer, which provides the ability to determine the concentration of oil, water and sulfur-containing compounds in the flow control mode.
Технический результат состоит в повышении чувствительности анализатора.The technical result consists in increasing the sensitivity of the analyzer.
Поставленная задача решена в предлагаемой конструкции спектрального анализатора нефти, содержащего источник инфракрасного излучения, соединенный с источником питания, параболический рефлектор, пробоотборник, состоящий из двух плоскопараллельных пластин, с пробой нефтесодержащей смеси, коллиматор, соединенный с приемным концом волоконно-оптической сборки, состоящей из кварцевых волокон, при этом выходной конец волоконно-оптической сборки разделен на оптические каналы, имеющие равное количество волокон, причем по крайней мере один канал является опорным, концы оптических каналов через оптические фильтры связаны с фотоприемниками, на выходе которых получают электрический сигнал с получением его изображения на экране дисплея после компьютерной обработки, отличающийся тем, что конец волоконно-оптической сборки разделен на одиннадцать оптических каналов, соединенных с одиннадцатью фотоприемниками через одиннадцать оптических фильтров, соответственно, причем три оптических канала являются опорными, а волоконно-оптическая сборка дополнительно содержит волокна, выполненные из галогенида серебра, причем соотношение кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра равно 1:2 и их общее количество составляет не менее 110, при этом две плоскопараллельные пластины пробоотборника выполнены из синтетического алмаза.The problem is solved in the proposed design of a spectral oil analyzer containing an infrared radiation source connected to a power source, a parabolic reflector, a sampler consisting of two plane-parallel plates with a sample of an oil-containing mixture, a collimator connected to the receiving end of a fiber-optic assembly consisting of quartz fibers, while the output end of the fiber-optic assembly is divided into optical channels having an equal number of fibers, and at least one channel is a reference channel, the ends of the optical channels through optical filters are connected to photodetectors, at the output of which an electrical signal is received with its image on the display screen after computer processing, characterized in that the end of the fiber optic assembly is divided into eleven optical channels connected to eleven photodetectors through eleven optical filters, respectively, and three optical channels are optical and the fiber-optic assembly additionally contains fibers made of silver halide, and the ratio of silica fibers to silver halide fibers is 1: 2 and their total number is at least 110, while two plane-parallel sampling plates are made of synthetic diamond.
Исследования, проведенные авторами, выявили возможность определения количественного содержания серосодержащих соединений в нефтяной смеси. Использование одиннадцати оптических каналов позволило увеличить используемый диапазон сигналов от 2.0 до 10.0 мкм с учетом того, что в этом диапазоне оптические волокна, в состав которых входят волокна из галогенида серебра, прозрачны. Авторами установлено, что наиболее интенсивный пик поглощения воды находится в области 3.0 и 6.0 мкм, нефти -3,4 мкм, а серосодержащие соединения, представленные в нефти в виде серосодержащих углеводородов: тиофенов и тиофанов, идентифицируются по полосе поглощения в области 8.0 мкм, соответствующей колебаниям серы в пятичленном кольце. Необходимо отметить, что передача сигнала о пике поглощения серосодержащих соединений с использованием кварцевых волокон, прозрачных в области от 0.4 до 2.2 мкм, невозможна. Исследования, проведенные авторами, выявили перспективность использования оптического волокна, содержащего волокна из галогенида серебра. При этом предлагаемое авторами соотношение кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра, равное 1:2, обеспечивает необходимый уровень прозрачности с сохранением срока длительности службы оптических волокон. Расширение диапазона сигналов поглощения обусловливает изготовление плоскопараллельных пластин пробоотборника из синтетического алмаза, прозрачного в используемом диапазоне. Данные, проведенных исследований, свидетельствуют о значительном увеличении чувствительности прибора, и, как следствие, о возможности определения количественного содержания серосодержащих соединений в нефтяной смеси.The studies carried out by the authors revealed the possibility of determining the quantitative content of sulfur-containing compounds in the oil mixture. The use of eleven optical channels made it possible to increase the used signal range from 2.0 to 10.0 microns, taking into account the fact that in this range the optical fibers, which include silver halide fibers, are transparent. The authors found that the most intense peak of water absorption is in the region of 3.0 and 6.0 μm, oil - 3.4 μm, and sulfur-containing compounds presented in oil in the form of sulfur-containing hydrocarbons: thiophenes and thiophanes, are identified by the absorption band in the 8.0 μm region, corresponding to vibrations of sulfur in a five-membered ring. It should be noted that the transmission of a signal about the absorption peak of sulfur-containing compounds using quartz fibers transparent in the range from 0.4 to 2.2 μm is impossible. The studies carried out by the authors have revealed the promise of using an optical fiber containing silver halide fibers. At the same time, the ratio of silica fibers and silver halide fibers, proposed by the authors, equal to 1: 2, provides the necessary level of transparency while maintaining the service life of the optical fibers. Expansion of the range of absorption signals leads to the manufacture of plane-parallel sampler plates from synthetic diamond, transparent in the used range. The data of the studies carried out indicate a significant increase in the sensitivity of the device, and, as a consequence, the possibility of determining the quantitative content of sulfur-containing compounds in the oil mixture.
Перечень фигурList of figures
На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого спектрального анализатора нефти, где 1 источник инфракрасного излучения (γ 2.0-10.0 мкм), соединенный с электрическим источником питания (на схеме не показан); 2 - параболический рефлектор; 3 - пробоотборник, выполненный из двух плоскопараллельных пластин из синтетического алмаза (3.1, 3.2) с регулируемым зазором; 4 - коллиматор; 5 - волоконнооптическая сборка, состоящая из кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра, взятых в соотношении 1:2; 6 - приемный торец волоконно-оптической сборки; 7 - оптические каналы с равным количеством оптических волокон; 8 - выходные концы оптических каналов; 9 - оптические фильтры (выделение необходимых длин волн); 10 - фотоприемники (фотодиод или пироэлектрический детектор); 11 - образец водонефтяной смеси.FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed spectral oil analyzer, where 1 source of infrared radiation (γ 2.0-10.0 μm) connected to an electric power source (not shown in the diagram); 2 - parabolic reflector; 3 - sampler made of two plane-parallel plates of synthetic diamond (3.1, 3.2) with adjustable gap; 4 - collimator; 5 - fiber-optic assembly, consisting of quartz fibers and fibers from silver halide, taken in a ratio of 1: 2; 6 - receiving end of the fiber-optic assembly; 7 - optical channels with an equal number of optical fibers; 8 - output ends of optical channels; 9 - optical filters (selection of the required wavelengths); 10 - photodetectors (photodiode or pyroelectric detector); 11 - a sample of a water-oil mixture.
На фиг. 2 изображены спектральные характеристики воды, нефти и серосодержащих соединений, где 1-11 каналы для выделения характеристических сигналов, 12 - спектральные характеристики поглощения серосодержащих соединений, 13 - спектральные характеристики поглощения воды; 14 спектральные характеристики поглощения нефти, при этом 3, 5, 8 - каналы для выделения пиков поглощения нефти; 2, 4, 7, 10 - каналы для выделения пиков поглощения воды; 11 - канал для выделения пиков поглощения серосодержащих соединений; 1, 6, 9 -опорные каналы.FIG. 2 shows the spectral characteristics of water, oil and sulfur-containing compounds, where 1-11 channels for the selection of characteristic signals, 12 - spectral absorption characteristics of sulfur-containing compounds, 13 - spectral absorption characteristics of water; 14 spectral characteristics of oil absorption, with 3, 5, 8 - channels for identifying oil absorption peaks; 2, 4, 7, 10 - channels for highlighting water absorption peaks; 11 - channel for highlighting absorption peaks of sulfur-containing compounds; 1, 6, 9 - support channels.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Как указано выше, предлагаемый спектральный анализатор нефти содержит источник инфракрас- 2 036344 ного излучения (γ 2.0-10.0 мкм)(1), соединенный с электрическим источником питания (на схеме не показан); параболический рефлектор (2) для получения параллельно направленного потока света; пробоотборник (3), в котором находится образец нефтесодержащей смеси, выполненный из двух плоскопараллельных пластин из синтетического алмаза (3.1, 3.2) с регулируемым зазором; коллиматор (4), расположенный между пробоотборником и волоконно-оптической сборкой (5) для получения параллельных пучков лучей света после его прохождения через пробоотборник и частичного поглощения компонентами смеси. Волоконно-оптическая сборка (5) состоит из кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра, взятых в соотношении 1:2, общее количество которых составляет не менее 110, при этом приемный торец волоконно-оптической сборки (6) связан с оптическими каналами (7) с равным количеством оптических волокон; выходные концы оптических каналов (8) соединены оптическими фильтрами (9) с целью выделения необходимых длин волн, которые в свою очередь соединены с фотоприемниками (10) (фотодиод или пироэлектрический детектор).As indicated above, the proposed spectral oil analyzer contains a source of infra-2 036344 radiation (γ 2.0-10.0 μm) (1) connected to an electric power source (not shown in the diagram); parabolic reflector (2) for obtaining a parallel directional flow of light; sampler (3), which contains a sample of the oily mixture, made of two plane-parallel synthetic diamond plates (3.1, 3.2) with an adjustable gap; collimator (4) located between the sampler and the fiber-optic assembly (5) to obtain parallel beams of light beams after passing through the sampler and partial absorption by the mixture components. Fiber optic assembly (5) consists of silica and silver halide fibers taken in a ratio of 1: 2, the total amount of which is at least 110, while the receiving end of the fiber optic assembly (6) is connected to optical channels (7) with an equal number of optical fibers; the output ends of the optical channels (8) are connected by optical filters (9) in order to select the required wavelengths, which in turn are connected to photodetectors (10) (photodiode or pyroelectric detector).
Предлагаемый спектральный анализатор нефти работает следующим образом. Источник инфракрасного излучения 1, соединенный с электрическим источником питания, генерирует непрерывный или импульсный сигнал с определенной (стабильной) мощностью в диапазоне длин волн от 2,0 мкм до 10 мкм. Параболический рефлектор 2, расположенный за источником инфракрасного излучения 1, направляет условно параллельный оптический сигнал в пробоотборник 3 через первую пластину из синтетического алмаза 3.1 на образец нефтяной смеси. В результате прохождения излучения через жидкость часть мощности оптического сигнала поглощается. На длинах волн, соответствующих характеристическим пикам воды, нефти и серосодержащих соединений, поглощение происходит наиболее интенсивно, в области с окнами прозрачности оптический сигнал поглощается меньше (см. фиг. 2). После взаимодействия с исследуемой средой измененный (ослабленный) оптический сигнал через вторую ответную пластину из синтетического алмаза 3.2 пробоотборника 3 попадает на коллиматор 4. Коллиматор 4 собирает оптическое излучение и направляет его в волоконно-оптическую сборку 5, приемный конец 6 которой состоит из не менее 110 кварцевых волокон и волокон из галогенида серебра, взятых в соотношении 1:2. Выходной конец волоконно-оптической сборки 5 разделен на одиннадцать оптических каналов 7 с равным количеством оптических волокон обоих видов в каждом. Таким образом, мощность оптического излучения, поступившая в приемный конец 6 волоконно-оптической сборки 5, равномерно распределяется по выходным концам 8 оптических каналов 7. Каждый выходной конец 8 каждого из оптических каналов 7 смонтирован напротив одного из узкополосных оптических фильтров 9, каждый из которых выделяет мощность только одной длины волны: 1,45; 1,95; 3,00; 6,00 мкм (пики поглощения воды); 1,72; 2,31; 3,41 мкм (пики поглощения нефти); 8,0 мкм (пик поглощения серосодержащих соединений; 1,10; 2,55; 5,00 мкм (опорные каналы). За каждым оптическим фильтром 9 расположен фотоприемник 10, каждый из которых синхронно регистрирует мощность приходящего оптического излучения и преобразует ее в электрический сигнал, изображение которого после компьютерной обработки поступает на экран дисплея в виде спектра поглощения, который представляет собой график, по оси абсцисс которого откладывается длина волны, а по оси ординат - поглощение, то есть величина, равная отношению интенсивности прошедшего через поглощающее вещество и падающего на него излучения. При исследовании нефтепродуктов спектр изображается рядом максимумов и минимумов, при этом область спектра, в котором поглощение проходит через максимум и является полосой поглощения, характеризующей количество составляющей (воды или нефти или серосодержащих соединений) смеси. Одновременное использование одиннадцати каналов в предлагаемой конструкции спектрального анализатора нефти позволяет измерять концентрацию воды и серосодержащих соединений в нефти в диапазонах от 0,1 до 100,0%.The proposed spectral oil analyzer operates as follows. The infrared radiation source 1, connected to an electric power source, generates a continuous or pulsed signal with a certain (stable) power in the wavelength range from 2.0 μm to 10 μm. Parabolic reflector 2, located behind the source of infrared radiation 1, directs a conventionally parallel optical signal to the sampler 3 through the first plate of synthetic diamond 3.1 to the oil mixture sample. As a result of the passage of radiation through the liquid, part of the power of the optical signal is absorbed. At wavelengths corresponding to the characteristic peaks of water, oil and sulfur-containing compounds, absorption occurs most intensely, in the region with transparency windows the optical signal is absorbed less (see Fig. 2). After interacting with the medium under study, the altered (weakened) optical signal through the second counterplate made of synthetic diamond 3.2 of the sampler 3 enters the collimator 4. The collimator 4 collects optical radiation and directs it to the fiber-optic assembly 5, the receiving end 6 of which consists of at least 110 quartz fibers and fibers from silver halide, taken in a ratio of 1: 2. The output end of the fiber optic assembly 5 is divided into eleven optical channels 7 with an equal number of optical fibers of both types in each. Thus, the optical power supplied to the receiving end 6 of the fiber optic assembly 5 is evenly distributed over the output ends 8 of the optical channels 7. Each output end 8 of each of the optical channels 7 is mounted opposite one of the narrow-band optical filters 9, each of which selects power of only one wavelength: 1.45; 1.95; 3.00; 6.00 μm (water absorption peaks); 1.72; 2.31; 3.41 microns (oil absorption peaks); 8.0 μm (absorption peak of sulfur-containing compounds; 1.10; 2.55; 5.00 μm (reference channels). Behind each optical filter 9 there is a photodetector 10, each of which synchronously registers the power of the incoming optical radiation and converts it into electrical a signal, the image of which, after computer processing, enters the display screen in the form of an absorption spectrum, which is a graph, the abscissa of which is the wavelength, and the ordinate is absorption, that is, a value equal to the ratio of the intensity of the absorbing substance passing through and falling on In the study of oil products, the spectrum is represented by a number of maxima and minima, while the region of the spectrum in which absorption passes through a maximum and is an absorption band characterizing the amount of a component (water or oil or sulfur-containing compounds) of the mixture. Simultaneous use of eleven channels in the proposed design of the spectral oil analyzer p Allows to measure the concentration of water and sulfur-containing compounds in oil in the range from 0.1 to 100.0%.
Таким образом, предлагаемый спектральный анализатор нефти позволяет определить количественное содержание серосодержащих соединений в нефтяной смеси в режиме поточного контроля за счет повышения чувствительности прибора.Thus, the proposed spectral oil analyzer makes it possible to determine the quantitative content of sulfur-containing compounds in the oil mixture in the flow control mode by increasing the sensitivity of the device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800595A EA036344B1 (en) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Oil spectral analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800595A EA036344B1 (en) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Oil spectral analyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201800595A1 EA201800595A1 (en) | 2020-06-30 |
| EA036344B1 true EA036344B1 (en) | 2020-10-29 |
Family
ID=71138834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201800595A EA036344B1 (en) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Oil spectral analyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036344B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6289149B1 (en) * | 1996-04-30 | 2001-09-11 | Foster-Miller, Inc. | Fiber optic coupled transmission cell for in-process spectrographic analysis |
| GB2423817A (en) * | 2005-02-24 | 2006-09-06 | Weatherford Lamb | Multi-channel infrared optical phase fraction meter |
| US8541743B2 (en) * | 2011-08-02 | 2013-09-24 | Roc8Sci Co. | Apparatus and method for detecting and quantifying analytes in solution |
| RU178357U1 (en) * | 2017-11-22 | 2018-03-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Ойл Автоматика" | INFRARED HYDROGEN |
-
2018
- 2018-12-05 EA EA201800595A patent/EA036344B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6289149B1 (en) * | 1996-04-30 | 2001-09-11 | Foster-Miller, Inc. | Fiber optic coupled transmission cell for in-process spectrographic analysis |
| GB2423817A (en) * | 2005-02-24 | 2006-09-06 | Weatherford Lamb | Multi-channel infrared optical phase fraction meter |
| US8541743B2 (en) * | 2011-08-02 | 2013-09-24 | Roc8Sci Co. | Apparatus and method for detecting and quantifying analytes in solution |
| RU178357U1 (en) * | 2017-11-22 | 2018-03-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Ойл Автоматика" | INFRARED HYDROGEN |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201800595A1 (en) | 2020-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1903329B1 (en) | An apparatus and method for optically determining the presence of carbon dioxide | |
| US7233001B2 (en) | Multi-channel infrared optical phase fraction meter | |
| KR101684407B1 (en) | Water pollution measurement system using optical sensor and water pollution measurement apparatus | |
| CN102798602B (en) | Integrated dual-beam water quality COD on-line detection sensor | |
| DE3476121D1 (en) | Equipment for the measurement of fluorescence, turbidity, luminescence, or absorption | |
| CN105424635A (en) | Ultraviolet spectrum flue gas analyzer | |
| US4792689A (en) | Method for obtaining a ratio measurement for correcting common path variations in intensity in fiber optic sensors | |
| CN102590171A (en) | System for rapidly detecting ocean oil pollution | |
| CN100480678C (en) | A measuring apparatus for optical fiber gas concentration | |
| CN205317662U (en) | UV spectrum flue gas analyzer | |
| CN101261218A (en) | Textile Optical Performance Parameter Tester Based on Double Integrating Sphere | |
| CN101815931B (en) | Method of optical teledetection of compounds in a medium | |
| EA036344B1 (en) | Oil spectral analyzer | |
| GB2215038A (en) | Improvements relating to optical sensing arrangements | |
| CN115290587B (en) | Multi-channel solution concentration detection method and device based on hollow fiber | |
| EP0187675A2 (en) | Method of detection and quantitative determination of sulfur and sulfur monitor using the method | |
| EA047077B1 (en) | MULTISPECTRAL OIL ANALYZER | |
| CN108414480B (en) | Crude oil fluorescence measuring device and method | |
| CN202512058U (en) | Device for rapidly detecting ocean oil pollution | |
| JP3858844B2 (en) | Gas monitoring apparatus and gas monitoring method for underground fixation of carbon dioxide gas | |
| CN105092527A (en) | Gas detector for logging and method thereof | |
| JPH11248622A (en) | Urinalysis device | |
| RU178357U1 (en) | INFRARED HYDROGEN | |
| CN208091899U (en) | A kind of optical fibre light splitting measuring system | |
| CN202649105U (en) | Dual-light path light splitting detection system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |