获奖项目简介
2021年CAIA奖二等奖:激光拉曼光谱天然气分析技术研究与应用
完成单位:西南油气田分公司天然气研究院天然气分析测试研究所、四方光电股份有限公司、浙江大学控制科学与工程学院、中国计量科学研究院环境计量中心
完成人:朱华东、周理、王宏莉、孙晓艳、蔡黎、吴海、戴连奎、罗勤、熊友辉、李永振
成果简介:本项目针对激光拉曼天然气分析信号弱和组分间相互干扰等问题开展技术攻关,取得了3项技术成果:(1)研制了激光拉曼天然气分析仪,实现了硫化氢在线检测,测量范围0.01%-100%,重复性RSD<1%;(2)研制了车载移动式激光拉曼天然气分析仪;(3)开发了新型硫化物标准气瓶,研制了不确定度优于2%(k=2)、有效期1年的天然气硫化物国家气体标准物质。取得已授权发明专利9件、实用新型专利1件,获国家软件著作权2件,制订ISO国际标准1件、国家标准1件、行业标准1件,研制国家一级气体标准物质1件、国家二级气体标准物质9件,发表论文10篇。成果已在中国石油、中国石化、中国海油、延长石油、四方光电等单位成功应用。
创新点及科学价值:(1)研制了高效收集拉曼光谱信号的背向散射发生及收集装置,采用透镜耦合替代常用的光纤耦合和高精度拉曼谱图分析模块研发的激光拉曼天然气分析仪,解决了拉曼信号弱的难点,建立了天然气中硫化氢和主要烃类组分激光拉曼光谱同步快速检测新方法,硫化氢检测范围10×10-6-100%;(2)研制了基于高压样品池、并采用动态背景光谱校正算法、自适应光谱校正、谱图拆分技术,实现了天然气各组分完全分离,提高了拉曼信号强度和检测精密度水平,建立了激光拉曼天然气移动快速检测技术;(3)研发基于有机高分子硅涂层配方和工艺技术天然气硫化物标准气瓶,采用高准确度气体直接称量技术,研制了不确定度优于2%(k=2)、有效期1年的天然气硫化物国家气体标准物质。
社会经济效益:激光拉曼天然气分析技术推动了天然气组成分析标准技术进步,丰富了天然气组成分析技术手段,打破了天然气组成分析领域色谱法一家独大的技局面,有利于促进天然气气质分析相关产业结构优化调整。采用激光拉曼天然气分析技术对原料天然气中硫化氢的实时在线监控,进一步提高了油气田企业的数字化和智能化水平,提高了含硫天然气生产效益和品质,保障了民生用气安全,促进了天然气检验检测机构检验检测能力提升和相关设备产商分析仪器设备升级改造,社会经济效益显著。
应用前景:未来随着拉曼光谱仪国产化推进和天然气分析应用推广,本成果形成的激光拉曼天然气分析仪发挥其维护运行成本低、分析速度快、非接触无损检测的优势,将逐步抢占气相色谱法的市场份额,推动天然气分析测试技术进步。本项目制定的ISO 23978:2020《天然气 上游领域 用激光拉曼光谱测定组成》将被国外包括美国、俄罗斯、荷兰、挪威、沙特等天然气主产区国家采用,预期标准在海外企业将得到越来越多的应用,具有广阔的应用前景。