高度精確地確定多組分流體中的組分的質(zhì)量份額的制作方法
【專利摘要】為了確定多組分流體（F）的第一組分（W）的質(zhì)量份額提出：將第一組分（W）在分離步驟中至少部分地從多組分流體（F）中分離；確定至少兩個(gè)參考流量率（M1，M2），所述參考流量率選自輸送給分離步驟的多組分流體（F）的流量率（m1）、從分離第一組分（W）中得到的剩余流體（T）的流量率（m2）和在分離步驟中累積的分離流體（K）的流量率（m3）；以及在考慮第一組分（W）在剩余流體（T）中的未被分離的剩余份額（mw2）的情況下從選擇出的參考流量率（M1，M2）確定第一組分（W）的質(zhì)量份額（xw）。根據(jù)本發(fā)明，此外考慮多組分流體（F）的在分離步驟中隨之分開的其他組分（D）的雜質(zhì)份額（mD3）。
【專利說明】高度精確地確定多組分流體中的組分的質(zhì)量份額
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定多組分流體的組分的質(zhì)量份額的方法。術(shù)語(yǔ)“流體”通常表示氣體、液體或由氣態(tài)的、液態(tài)的和/或固態(tài)的部分組成的、能流動(dòng)的相混合物。術(shù)語(yǔ)“組分”在此通常表示具有特定的化學(xué)的和/或物理的特性的多組分流體的能分離的部分，借助于所述特性所述組分能夠與多組分流體的至少一個(gè)其他組分進(jìn)行區(qū)分。在此，多組分流體的組分尤其由不同的化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成。但是原則上，多組分流體的組分也已經(jīng)能夠本身由不同的化學(xué)物質(zhì)的混合物構(gòu)成。同樣地，相同的化學(xué)物質(zhì)或相同的化學(xué)物質(zhì)混合物的不同的相(聚集態(tài))能夠形成多組分流體的不同的組分。應(yīng)根據(jù)本方法來確定質(zhì)量份額的組分在下文中一為了在術(shù)語(yǔ)上區(qū)別于多組分流體的其他的組分一也稱作“第一組分”。
【背景技術(shù)】
[0002]多組分流體尤其是合成氣體，例如用作用于在發(fā)電站燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒的燃?xì)?。這樣的合成氣體通常由氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮?dú)?N2)以及水(H2O)構(gòu)成。水含量例如通常借助于混入蒸汽來改變，以便調(diào)節(jié)燃?xì)獾姆磻?yīng)性，使得遵守(例如在氮氧化合物(NOx)排放方面的)所要求的排放極限。典型的合成氣體的水含量能夠達(dá)到或超過 50%ο
[0003]在發(fā)電站燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒合成氣體時(shí)，實(shí)時(shí)氣體分析是期望的，因?yàn)闅怏w組成進(jìn)而對(duì)于在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒而言重要的變量(例如沃泊指數(shù)和反應(yīng)性)經(jīng)受時(shí)間上的波動(dòng)，所述時(shí)間上的波動(dòng)由氣化過程引起并且例如由于變換的工藝條件或原材料而造成。
[0004]由于在大約200攝氏度的范圍中的高的燃?xì)鉁囟群屯ǔ５暮铣蓺怏w的高的水份額，用于氣體分析、尤其紅外吸收量測(cè)量和氣體色層分離法的常用的方法不能直接應(yīng)用于燃?xì)?。更確切地說，在應(yīng)用這種氣體分析之前，通常需要干燥和冷卻燃?xì)?。但是不利地，所述冷卻和干燥過程已經(jīng)造成原本的氣體組成的明顯的失真，尤其原本在合成氣體中包含的水的很大部分被去除。
[0005]從DE 44 33 451 Al中已知一種用于確定氣體中的水含量的方法，其中待分析的氣體的體積或質(zhì)量流通過測(cè)量在流動(dòng)阻抗上下降的壓差來確定。在所述測(cè)量之后，包含在氣體中的水在分離步驟中至少大部分地通過冷凝而去除。緊接著分離步驟，確定從分離步驟中得到的、干燥的氣體的質(zhì)量流或體積流。所述測(cè)量再間接地經(jīng)由在流動(dòng)阻抗上下降的壓差來進(jìn)行。在此，從測(cè)量出的質(zhì)量流或體積流的差中推導(dǎo)出原本包含在氣體中的水的質(zhì)量份額。在此，干燥的氣體的剩余濕度考慮作為校正因數(shù)。干燥的和冷卻的氣體隨后能夠輸送給氣體分析系統(tǒng)。
[0006]此外，從US 5,050, 109 A中已知用于確定在飛行的飛機(jī)的環(huán)境中的空氣濕度的一種方法和一種裝置。據(jù)此，從環(huán)境之一中抽出的空氣流中將濕氣在水分離器中分離。測(cè)量至少輸送給水分離器的空氣流的和從水分離器中引出的濕氣的相應(yīng)的質(zhì)量流。在附加地考慮水分離器效率的情況下，從測(cè)量出的質(zhì)量流值來計(jì)算環(huán)境空氣的濕度。
[0007]最后，從US 2003/0136185 Al中已知用于確定在由水、油和氣體構(gòu)成的三相混合物中的體積流量率的一種方法和一種裝置。在此，從分離器中的三相混合物中將主要?dú)鈶B(tài)的組分和主要液態(tài)的組分分離，其中主要液態(tài)的組分包含水份額和油份額。借助于科里奧利流量計(jì)確定主要液態(tài)的組分的密度。此外，借助于稀釋度測(cè)量器確定主要液態(tài)的組分的相對(duì)的水份額。在此，在下述時(shí)間點(diǎn)確定主要液態(tài)的組分的密度和相對(duì)的水份額，在所述時(shí)間點(diǎn)主要液態(tài)的組分基本上不具有夾帶的氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明基于的目的是，提出一種用于確定多組分流體的組分的質(zhì)量份額的能簡(jiǎn)單實(shí)施的、然而同時(shí)高度精確的方法。在此，所述方法尤其在發(fā)電站燃?xì)廨啓C(jī)中通常占主導(dǎo)的條件下應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)合成氣體的水份額的高度精確的確定。本發(fā)明還基于的目的是，提出一種特別適合于執(zhí)行所述方法的裝置。
[0009]在方法方面，所述目的根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1所述的特征來實(shí)現(xiàn)。在相關(guān)聯(lián)的裝置方面，所述目的根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求11所述的特征來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案位于從屬權(quán)利要求中。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，為了確定開始所限定的類型的多組分流體的第一組分的質(zhì)量份額，將第一組分在分離步驟中至少部分地從多組分流體中分離。在下文中，為了在概念上區(qū)分，僅將輸送給分離步驟中的、仍以完整的、待確定的質(zhì)量份額包含第一組分的流體稱作“多組分流體”。而從分離步驟中在完全地或部分地去除第一組分的情況下而得到的流體在下文中稱作“剩余流體”。在分離步驟的過程中累積的、包含分離的第一組分的流體在下文中稱作“分離流體”。
[0011]流量率分別既與(輸送給分離步驟的)多組分流體、也與(從分離步驟累積的)剩余流體、還與(在分離步驟中累積的)分離流體相關(guān)聯(lián)，所述流量率例如能夠分別以質(zhì)量流或體積流的單位說明。在根據(jù)本發(fā)明的方法的過程中，所述三個(gè)流量率中的至少兩個(gè)確定為參考流量率。在該方法的評(píng)估步驟中，從所述參考流量率確定第一組分的質(zhì)量份額。
[0012]為了避免在不理想地分離第一組分時(shí)計(jì)算出的質(zhì)量份額的失真，在計(jì)算所述質(zhì)量份額時(shí)一方面考慮第一組分在剩余流體中的(未被分離的)剩余份額。根據(jù)本發(fā)明，附加地在計(jì)算第一組分的質(zhì)量份額時(shí)考慮在分離步驟中隨之分開的進(jìn)而作為“雜質(zhì)份額”包含在分離流體中的至少一種其他的組分的份額。
[0013]多組分流體尤其是上文所描述類型的合成氣體。能夠根據(jù)本方法確定質(zhì)量份額的第一組分尤其是水。在所述應(yīng)用情況下，尤其考慮隨水始終在一定的范圍中隨之分離的二氧化碳的份額作為雜質(zhì)份額。然而，原則上，根據(jù)本發(fā)明的方法也能夠應(yīng)用于其他的多組分流體，例如應(yīng)用于在水沙混合物中的(作為第一組分的)沙的質(zhì)量份額的確定。在所述應(yīng)用情況下，根據(jù)本方法考慮連同沙一起被分離的水的份額作為雜質(zhì)份額。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)特別高的測(cè)量精確性，在計(jì)算中涉及的參考流量率優(yōu)選不直接地，而是通過直接測(cè)量多組分流體的、剩余流體的或分離流體的質(zhì)量流來確定。在此，為了直接測(cè)量質(zhì)量流，優(yōu)選分別使用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。
[0015]在方法的一個(gè)適宜的實(shí)施形式中，多組分流體的壓強(qiáng)被調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)的額定值進(jìn)而一一在調(diào)節(jié)的公差的范圍中——保持恒定。所述措施基于的認(rèn)知是，壓強(qiáng)波動(dòng)總是造成在分離步驟中伴隨的或由分離步驟引起的流體流的流量率平衡或質(zhì)量平衡的干擾。具體地，一與靜態(tài)的情況不同的一在壓強(qiáng)波動(dòng)期間多組分流體的、剩余流體的和分離流體的流量率相加經(jīng)常不為零，尤其是引導(dǎo)所述流體的管路系統(tǒng)具有一與壓強(qiáng)相關(guān)地變化的一儲(chǔ)存容量。因此，通常在壓強(qiáng)升高時(shí)在管路系統(tǒng)中儲(chǔ)存有增加的流體量，這經(jīng)常造成，多組分流體的流量率暫時(shí)超過分離流體的和剩余流體的流量率的總和。在流體壓強(qiáng)下降時(shí)出現(xiàn)相反的流量率差。已知地，所述效果部分地造成在確定第一組分的質(zhì)量份額時(shí)的明顯的錯(cuò)誤，通過壓強(qiáng)調(diào)節(jié)以特別簡(jiǎn)單的且有效的方式避免所述錯(cuò)誤。
[0016]在一個(gè)優(yōu)選的方法變型方案中，通過由連接在壓強(qiáng)調(diào)節(jié)器下游的阻尼件來消除或至少降低由調(diào)節(jié)所引起的壓強(qiáng)波動(dòng)(所謂的調(diào)節(jié)振蕩)的方式實(shí)現(xiàn)測(cè)量精確性的進(jìn)一步改進(jìn)。在此，在特別簡(jiǎn)單的且有利的實(shí)施方案中使用過濾器作為阻尼件。在合成氣體的應(yīng)用情況下，在此尤其使用例如由燒結(jié)材料或陶瓷構(gòu)成的、具有200 μ m和500 μ m之間的孔大小的粗網(wǎng)眼的氣體過濾器。
[0017]只要多組分流體是氣體流，那么第一組分的分離優(yōu)選通過在冷凝器(也稱作氣體冷卻器或冷阱)中的冷凝來進(jìn)行。這樣的冷凝器的應(yīng)用尤其對(duì)于將方法應(yīng)用到用于燃?xì)廨啓C(jī)的合成氣體上是有意義的，尤其同時(shí)將合成氣體通過冷凝器冷卻到適合于其他的氣體分析的溫度上。
[0018]在本發(fā)明的范圍中原則上能夠通過測(cè)量來確定或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值估計(jì)第一組分在剩余流體中的剩余份額。當(dāng)然，前者經(jīng)常與相對(duì)大的耗費(fèi)聯(lián)系在一起，后者與相對(duì)大的不精確性聯(lián)系在一起。只要第一組分的分離通過冷凝來進(jìn)行，那么與此相對(duì)地，從第一組分的冷凝曲線中確定剩余份額被證實(shí)為是既能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的且是精確的。在此，在冷凝器中占主導(dǎo)的溫度(冷凝器溫度)中適宜地考慮第一組分的(能從冷凝器曲線中讀出的)飽和蒸汽壓強(qiáng)。
[0019]而在分離流體中的其他組分的雜質(zhì)份額優(yōu)選根據(jù)在第一組分中的其他組分的可溶性來確定。在此，適宜地再考慮在冷凝器溫度下的可溶性的值。
[0020]在所述方法的一個(gè)適宜的設(shè)計(jì)方案中，第一組分的質(zhì)量份額根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定多組分流體(F)的第一組分(W)的質(zhì)量份額的方法， -其中將所述第一組分(W)在分離步驟中至少部分地從所述多組分流體(F)中分離； -其中確定至少兩個(gè)參考流量率(M1, M2),所述參考流量率選自 -輸送給所述分離步驟的所述多組分流體(F)的流量率(Hl1), -從分離所述第一組分(W)而得到的剩余流體(T)的流量率(Hl2)，和-在所述分離步驟中累積的分離流體(K)的流量率(m3);以及-其中在考慮所述第一組分(W)在所述剩余流體(T)中的未被分離的剩余份額(mw2)的情況下從選擇出的所述參考流量率(M1, M2)中確定所述第一組分(W)的質(zhì)量份額(xw)，其特征在于， 考慮所述多組分流體(F)的在所述分離步驟中隨之分開的其他組分(D)的雜質(zhì)份額(mD3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其中所述參考流量率(M1, M2)通過直接地測(cè)量所述多組分流體(F)的、所述剩余流體(T)的或所述分離流體(K)的質(zhì)量流量率U1, m2)來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其中所述參考流量率(MpM2)的確定分別借助于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(16，19)來實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法， 其中將輸送給所述分離步驟的所述多組分流體(F)的壓強(qiáng)(P)借助于壓強(qiáng)調(diào)節(jié)器(12)調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)的額定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法， 其中通過連接在所述壓強(qiáng)調(diào)節(jié)器(12)下游的、尤其呈過濾器形式的阻尼件(15)來降低輸送給所述分離步驟的所述多組分流體(F)的通過所述壓強(qiáng)調(diào)節(jié)器(12)造成的壓強(qiáng)波動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法， 其中作為多組分流體(F)考慮氣體流，并且其中在所述分離步驟中通過在冷凝器(17)中冷凝來分離所述分離流體(K)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法， 其中在冷凝器溫度(Tk)下借助于飽和蒸汽壓強(qiáng)(ps)來確定所述第一組分(W)在所述剩余流體(T)中的未被分離的剩余份額(mw2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法， 其中在冷凝器溫度(Tk)下，借助于在所述第一組分(W)中的所述其他組分(D)的可溶性(β )來確定在所述分離流體(K)中的所述其他組分(D)的雜質(zhì)份額(mD3)。
【文檔編號(hào)】G01F1/74GK103765209SQ201280041271
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月23日
【發(fā)明者】吉爾伯特·布朗, 彼得·庫(kù)里-西恩 申請(qǐng)人:西門子公司