RU2367933C1 - Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах - Google Patents

Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах Download PDF

Info

Publication number
RU2367933C1
RU2367933C1 RU2008122744/28A RU2008122744A RU2367933C1 RU 2367933 C1 RU2367933 C1 RU 2367933C1 RU 2008122744/28 A RU2008122744/28 A RU 2008122744/28A RU 2008122744 A RU2008122744 A RU 2008122744A RU 2367933 C1 RU2367933 C1 RU 2367933C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
cell
oil
characteristic
radiation
Prior art date
Application number
RU2008122744/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Татьяна Николаевна Стрежнева (RU)
Татьяна Николаевна Стрежнева
Анна Алексеевна Лобова (RU)
Анна Алексеевна Лобова
Николай Андреевич Антропов (RU)
Николай Андреевич Антропов
Юрий Юрьевич Крючков (RU)
Юрий Юрьевич Крючков
Евгений Юрьевич Боярко (RU)
Евгений Юрьевич Боярко
Иван Петрович Чернов (RU)
Иван Петрович Чернов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет
Priority to RU2008122744/28A priority Critical patent/RU2367933C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2367933C1 publication Critical patent/RU2367933C1/ru

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

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.

Description

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:
Figure 00000001
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:
Figure 00000002
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,
Figure 00000003
- 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:
Figure 00000004
где К3 и К4 - калибровочные коэффициенты, значение которых определяют из измерений стандартных образцов с известной плотностью,
Figure 00000005
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,
Figure 00000006
- 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:
Figure 00000007
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;
Figure 00000008
, N' - число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при ХРИ серебра;
Figure 00000008
, 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:
Figure 00000009
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:
Figure 00000010
где
Figure 00000011
- массовый коэффициент ослабления i-го элемента, входящего в смесь,
аi - весовая доля i-го элемента в смеси или соединении.
Figure 00000012
где
Figure 00000013
- 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:
Figure 00000014
Figure 00000015
Подставим получившиеся выражения в формулу (5) и преобразуем ее:
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
Формула (8) является эквивалентной формуле (3), поскольку введены переобозначения
Figure 00000019
и
Figure 00000020
.
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
Figure 00000021
, N' и ХРИ молибдена
Figure 00000021
, 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
Figure 00000008
, 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
Figure 00000022
.
Число импульсов фона при облучении кюветы характеристическим рентгеновским излучением молибдена составило
Figure 00000023
.
Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность пробы:
Figure 00000024
Используя выражение (2), определили концентрацию серы в нефти:
Figure 00000025
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)
Figure 00000026
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
Figure 00000027
N''=129964.
Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность той же пробы:
Figure 00000028
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:
Figure 00000029
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)
Figure 00000030
, 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
Figure 00000031
, число импульсов в отсутствии и присутствии пробы в измерительной кювете при облучении кюветы ХРИ цезия составило
Figure 00000032
N''=134608.
Подставив полученные значения в выражение (3), получили плотность той же пробы:
Figure 00000033
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:
Figure 00000034
Таким образом, предложенный способ позволяет определять концентрацию серы в нефти и нефтепродуктах.

Claims (1)

  1. 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:
    Figure 00000035
    ,
    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:
    Figure 00000036
    ,
    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.
RU2008122744/28A 2008-06-04 2008-06-04 Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах RU2367933C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008122744/28A RU2367933C1 (ru) 2008-06-04 2008-06-04 Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008122744/28A RU2367933C1 (ru) 2008-06-04 2008-06-04 Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2367933C1 true RU2367933C1 (ru) 2009-09-20

Family

ID=41168037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008122744/28A RU2367933C1 (ru) 2008-06-04 2008-06-04 Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2367933C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559121C1 (ru) * 2014-03-18 2015-08-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа" ОАО "НИПИгазпереработка" Способ определения серы в углеводородной жидкости
RU2573667C1 (ru) * 2014-12-10 2016-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "СПЕКТРОН" Поточный анализатор серы
CN107782754A (zh) * 2017-10-29 2018-03-09 天津市博智伟业科技股份有限公司 一种x射线荧光检测银饰品中锑元素含量的设备及方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559121C1 (ru) * 2014-03-18 2015-08-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа" ОАО "НИПИгазпереработка" Способ определения серы в углеводородной жидкости
RU2573667C1 (ru) * 2014-12-10 2016-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "СПЕКТРОН" Поточный анализатор серы
CN107782754A (zh) * 2017-10-29 2018-03-09 天津市博智伟业科技股份有限公司 一种x射线荧光检测银饰品中锑元素含量的设备及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8433035B2 (en) X-ray fluorescence analyzing method
US8023618B2 (en) Methods and apparatus for the identification of molecular and crystalline materials by the doppler broadening of nuclear states bound in molecules, crystals and mixtures using nuclear resonance fluorescence
Priyada et al. Intercomparison of gamma ray scattering and transmission techniques for fluid–fluid and fluid–air interface levels detection and density measurements
Sharma et al. Incoherent scattering of gamma photons for non-destructive tomographic inspection of pipeline
US8942344B2 (en) Method for determining the concentration of an element in a material
Zarkadas et al. Applicability of direct total reflection X-ray fluorescence analysis in the case of human blood serum samples
RU2367933C1 (ru) Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах
Tondon et al. A Compton scattering technique for concentration and fluid-fluid interface measurements using NaI (Tl) detector
Sang et al. ANN coupled with Monte Carlo simulation for predicting the concentration of acids
RU2011117532A (ru) Способ и устройство для измерения содержания влаги в биологическом материале
Cohen et al. Robust framework and software implementation for fast speciation mapping
Chatoutsidou et al. Application of a handheld X-ray fluorescence analyzer for the quantification of air particulate matter on Teflon filters
Engström X-ray methods in histochemistry
RU2362149C1 (ru) Способ определения концентраций элемента и фазы, включающей данный элемент, в веществе сложного химического состава
Falcone Key multiphase flow metering techniques
RU2432571C1 (ru) Способ рентгеноспектрального определения эффективного атомного номера материала и устройство для определения эффективного атомного номера материала
RU2524454C1 (ru) Способ определения концентрации элемента в веществе сложного химического состава
RU2573667C1 (ru) Поточный анализатор серы
Molloy et al. Classification of microheterogeneity in solid samples using µXRF
RU2756414C1 (ru) Способ непрерывного измерения массовой доли примесей и поточный анализатор примесей в нефти и нефтепродуктах
Mikhailov et al. Detection limits of impurities in a light filler in an X-ray fluorescent arrangement with a secondary target
RU2578047C1 (ru) Способ определения плотности
RU2442147C2 (ru) Способ рентгенорадиометрического анализа состава вещества
Pak et al. Parameter optimization of the radioisotope gamma albedo method for controlling quality of variable composition coals
Abdul-Majid et al. Use of gamma ray back scattering method for inspection of corrosion under insulation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100605