專利名稱：淤渣含量的快速測定法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速測定重碳?xì)溆皖悾缑摿蛟?，加氫裂化油，熱裂解油，長渣油，短渣油，液化煤餾油，頁巖油，煤焦油等油類中淤渣含量的方法，以及自動(dòng)實(shí)施該測定法的裝置。
重碳?xì)溆皖愑袝r(shí)含有稱作淤渣的固態(tài)或半固態(tài)的物質(zhì)。在惡劣的條件下，當(dāng)渣油在脫硫裝置，加氫裂化裝置，熱裂解裝置，催化裂解裝置等等之中被生產(chǎn)出來時(shí)，或者在不適宜的條件下保存含有這些渣油的重碳?xì)溆突旌嫌皖悤r(shí)，經(jīng)常能觀察到這些淤渣的存在。特別是目前將裂解渣油作為燃油的基本組分來使用，由于淤渣的出現(xiàn)，使實(shí)際使用燃油產(chǎn)生許多問題。這些問題包括阻塞過濾器，以及在油燃燒器的末端形成積垢。因此，燃油的穩(wěn)定性已經(jīng)成為普遍關(guān)心的問題。
為了避免這些問題，必須建立一種快速和精確地測定重碳?xì)溆皖愔杏僭康募夹g(shù)，以便在質(zhì)量控制中，用重碳?xì)溆皖惖姆€(wěn)定性來予以評(píng)判。
淤渣的形成，其原因如下所述，重碳?xì)溆皖愐话愫蟹Q作“瀝青質(zhì)”的高分子量芳香縮合多環(huán)組分。瀝青質(zhì)通常吸收其分子量相對(duì)較大的石油質(zhì)的芳香組分，形成穩(wěn)定的膠束。瀝青質(zhì)是一種不溶物質(zhì)，附著在重碳?xì)溆皖惖恼樯稀Ｊ唾|(zhì)是一種在正庚烷中可溶的組分。可以認(rèn)為，瀝青質(zhì)的穩(wěn)定膠束，在膠體的彌散過程中，受到與其他燃料的混合作用，熱的影響，氧化作用等等，失去其平衡狀態(tài)，即膠束聚結(jié)及絮凝，因此，重碳?xì)溆皖惖姆€(wěn)定性惡化，并形成淤渣。這種淤渣是由芳香組分的聚結(jié)而形成固態(tài)或半固態(tài)的物質(zhì)而沒有形成穩(wěn)定的膠束。芳香組分在重碳?xì)溆皖愔斜憩F(xiàn)出很高的凝結(jié)度。淤渣與瀝青質(zhì)是不同的，瀝青質(zhì)能沉積在重碳?xì)溆皖惖恼榈奶砑觿┥稀Ｒ虼?，淤渣具有與瀝青質(zhì)不相同的特性。
估評(píng)重碳?xì)溆皖惙€(wěn)定性的傳統(tǒng)試驗(yàn)方法，包括二甲苯當(dāng)量試驗(yàn)法，斑點(diǎn)試驗(yàn)等等，但它們均不能用來測定淤渣的含量。而且，這些方法操作復(fù)雜，測得結(jié)果精確度不高。
由于沒有一種法定的淤渣測定標(biāo)準(zhǔn)方法，普遍應(yīng)用《殼牌石油公司》熱過濾試驗(yàn)法，SMS2696-83(這是殼牌石油公司內(nèi)部專用標(biāo)準(zhǔn)，以下稱作“殼牌公司熱過濾法”)，來測定淤渣。殼牌公司熱過濾法包括將樣品油倒入固定在具有雙層套管加熱系統(tǒng)的過濾器的濾紙上，過濾器加熱至100℃，在降低壓力下進(jìn)行過濾，直到濾紙上沒有油的含量，用正庚烷洗去收集在濾紙上的固態(tài)物質(zhì)成為半固態(tài)物質(zhì)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使收集的物質(zhì)干燥，然后稱量所得到的干燥的淤渣量，并確定樣品油中的淤渣濃度。然而，這種方法，類似于過濾結(jié)塊稱重法，操作復(fù)雜麻煩，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果大約需兩個(gè)小時(shí)，而且重復(fù)性很差。此外，此方法也不能應(yīng)用于具有很高粘度(700cst或更高，50℃)的油類，因?yàn)檫^濾時(shí)間要求太長了。
根據(jù)最近的石油形勢，重碳?xì)溆皖惖妮p質(zhì)化方面的研究與開發(fā)，正緊張地進(jìn)行。在這種情況下，極其需要開發(fā)一種快速測定重碳?xì)溆皖惡椭靥細(xì)溆突旌嫌皖惙€(wěn)定性的重要參數(shù)，以及進(jìn)行這種測定法的裝置。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種測定重碳?xì)溆皖愔杏僭康姆椒ǎ@種方法與傳統(tǒng)所推薦的過濾結(jié)塊稱重法相比，更快速，其所測濃度范圍更寬。
本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)施上述淤渣測定的裝置。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的所借助的技術(shù)是，調(diào)節(jié)樣品油使其具有給定油膜厚度的方法并結(jié)合兩波長吸收測量法，其裝置是，由兩波長吸收檢測器組成，用于測定重碳?xì)溆皖愔杏僭暮?，可?dòng)的樣品試驗(yàn)臺(tái)與檢測器相連，可自動(dòng)地將裝有樣品油的樣品池送至測光部分，以及與檢測器相連的微型計(jì)算機(jī)。
由上述結(jié)構(gòu)所組成的本發(fā)明可以快速地、精確地處理各種樣品，而不必花費(fèi)大量的勞動(dòng)。
也就是說，本發(fā)明涉及一種測定重碳?xì)溆皖愔杏僭康姆椒?，所包括的步驟是A)測量重碳?xì)溆蜆悠?，其油膜厚度大約為0.01至5mm，在從可見光范圍內(nèi)(500至1000nm)所選擇的兩個(gè)不同波長上的吸收系數(shù)，以及B)根據(jù)已知的淤渣含量與在兩個(gè)波長的吸收系數(shù)之間的關(guān)系，比較兩個(gè)測量所得到的吸收系數(shù)，從而決定樣品的淤渣含量。
本發(fā)明還涉及用于測定重碳?xì)溆皖愔杏僭康难b置，包括光源，重碳?xì)溆蜆悠酚脴悠烦兀瑯悠烦刂杏湍ず穸却蠹s從0.01至5mm，由光源來的光線經(jīng)油膜傳送至兩波長吸收檢測器，檢測器由兩個(gè)干涉濾光器以及光-電流變換器組成，每一個(gè)濾光器都能夠傳播經(jīng)樣品傳播的不同波長光線，其波長在500至1000nm范圍內(nèi)選擇，每一變換器都能夠?qū)⒕哂袃蓚€(gè)不同波長的傳送的光線強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電流，和能把電流量換算成淤渣含量的計(jì)算裝置。


圖1為在可見光范圍內(nèi)測得的吸收光譜，一條為樣品油的，一條為用過濾法除去淤渣后的樣品油的。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)測定裝置的一種實(shí)施例的草圖。
圖3是圖2所示自動(dòng)測定裝置中測光部分的放大圖。
圖4是圖2所示自動(dòng)測定裝置中樣品加熱裝置和樣品臺(tái)的平面視圖。
圖5為盛樣品油用樣品池的橫截面。
圖6(a)、(b)和(c)，每一圖表示圖5所示樣品池每一部分結(jié)構(gòu)的平面視圖。
圖7與圖8為根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)測定裝置其他的實(shí)施例的草圖。
根據(jù)本發(fā)明，淤渣測定法的原理如下(1)足夠數(shù)量的樣品油放置在樣品池內(nèi)，將樣品油膜的厚度調(diào)節(jié)至預(yù)定值，其范圍大約為0.01至5mm，然后保持恒定的溫度。光線經(jīng)樣品傳播，測量樣品油在兩個(gè)不同波長上的光不透明度(吸收系數(shù))，波長的范圍大約在500至1000nm之內(nèi)，其差應(yīng)選擇合適。樣品油的吸收光譜，在可見光波長范圍內(nèi)(500至1000nm)沒有吸收最大值，當(dāng)波長增加時(shí)，大致呈線性下降趨勢。
圖1所示是一種典型的吸收光譜，一條為上述樣品油的光譜，一條為利用過濾法或類似裝置(即空白試驗(yàn))，預(yù)先從同樣的樣品油中除去淤渣后的樣品油的光譜，橫坐標(biāo)繪制的是光波長，縱坐標(biāo)為相應(yīng)于樣品厚度為1mm的吸收系數(shù)。在圖1中，實(shí)線表示樣品油在除去淤渣以前的吸收光譜，虛線表示樣品除去淤渣后的吸收光譜。不管是什么油類，例如是脫硫渣油，加氫裂化油，熱裂解油，長渣油，短渣油，和液化煤餾油，其被測量的淤渣微粒的粒子尺寸大約不大于5微米，尺寸分布幾乎是完全均勻的，因此，波長大約在500至1000nm之間的光基本上不能透過。所以，淤渣已經(jīng)被除去的樣品油的吸收系數(shù)要低于除去淤渣以前樣品油的吸收系數(shù)，吸收系數(shù)根據(jù)除去淤渣前樣品油中所含淤渣多少而定，而且隨波長的增加，大致呈線性下降。通過各種重碳?xì)溆皖惖拇罅吭囼?yàn)證實(shí)，在(ⅰ)吸收系數(shù)k4(除去淤渣前，在波長λ2處的樣品油的)與吸收系數(shù)k3(同種樣品油，在波長λ1處的)之差和k3的比，即(k4-k3)×100/k3，(以后稱為“增量比”)，和(ⅱ)吸收系數(shù)k1(除去淤渣后，在波長λ1處的樣品油的)與吸收系數(shù)k3之比，即k1×100/k3(以后稱為“空白比”)之間，即使油的類型或淤渣的含量是變化的，它們也存在一階關(guān)系。
因此，除去淤渣后，在分析波長λ1處的吸收系數(shù)k1可以利用測量樣品油在兩個(gè)不同波長的吸收系數(shù)而求得，樣品油的厚度已經(jīng)調(diào)節(jié)在大約0.01至5mm的范圍之內(nèi)，只要將測量值代入到(ⅰ)增量比與(ⅱ)空白比的關(guān)系式之中即可。相應(yīng)于淤渣含量的吸收系數(shù)k5即可由k3與k1之差而求得。
因此，利用殼牌公司熱過濾法而得到的每百克樣品油的已知淤渣含量，以及吸收系數(shù)k5的定標(biāo)曲線，即可求得樣品油的淤渣含量。
(2)根據(jù)上述原理，淤渣含量的計(jì)算方法可以進(jìn)一步加以改進(jìn)。也褪撬擔(dān)僭懇部梢岳迷諼障凳萲4/k3與樣品油中淤渣重(g)和吸收系數(shù)k3之比，即g/k3之間存在的一階關(guān)系而求得。樣品油中淤渣重也可以利用殼牌公司熱過濾法得到。因此，一旦建立了吸收系數(shù)比k4/k3與已知樣品的比g/k3之間的關(guān)系，樣品油中的淤渣含量可以從測量樣品吸收系數(shù)k3及k4，由預(yù)先預(yù)備好的定標(biāo)曲線而求得。
(3)根據(jù)上述測定法，對(duì)大約50種重碳?xì)溆皖悳y定其淤渣含量大約占重量的0.05至10%，其測定值與殼牌公司熱過濾法測量值是一致的，其符合程度在0.99以上。此外，偏差系數(shù)等于或小于2%。這就表明了特別高的分析精度(殼牌公司熱過濾法，類似過濾結(jié)塊稱重法，其分析精度沒有專門規(guī)定)。進(jìn)行一次分析所需時(shí)間僅大約為5分鐘，比殼牌公司熱過濾法或其他用于評(píng)估燃油穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法所需時(shí)間要短得多。
本發(fā)明測定法的原理類似于日本專利公開號(hào)JP-A-62-110135中所公開的內(nèi)容(這里JP-A的意義是“未審查的已出版的日本專利申請(qǐng)”)，相應(yīng)的美國專利申請(qǐng)?zhí)枮?80511。然而本發(fā)明方法的特征在于樣品中的淤渣含量可以直接測定，而不需要如JP-A-62-110135中所要求的對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，例如對(duì)樣品添加溶劑，隨后進(jìn)行攪拌使不溶物質(zhì)沉淀。
在進(jìn)行本發(fā)明的測量時(shí)，樣品油應(yīng)調(diào)整，使其具有規(guī)定的油膜厚度，大約在0.01至5mm的范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)的方法可以是調(diào)節(jié)盛裝樣品的樣品池厚度，或者是調(diào)節(jié)光源和兩波長吸收檢測器之間的距離，或者調(diào)節(jié)(a)光源同放在光源一邊的兩波長吸收檢測器與(b)反射器之間的距離，它們均放置在具有樣品加熱裝置的樣品臺(tái)上，如需要可利用加熱裝置使樣品臺(tái)加熱到大約40℃至大約100℃，最好大約60℃至大約70℃。油的厚度根據(jù)所分析的油的種類調(diào)節(jié)到上述列舉的范圍內(nèi)，使所測定的吸收系數(shù)不大于3左右，這樣能保證很高的分析精確度。
如果在樣品油中含有蠟的成分，蠟沉淀會(huì)影響分析精度。因此最好將盛樣品的樣品池放置在具有加熱裝置的樣品臺(tái)上。加熱裝置可以是加熱元件，例如是一種內(nèi)燃式加熱器或者是一種熱水循環(huán)系統(tǒng)。加熱溫度一般從大約40℃至100℃，最好是60℃至70℃左右。溫度低于40℃左右時(shí)，不足以防止蠟的沉淀，而溫度高于100℃左右時(shí)，將引起沸騰，并使固態(tài)、半固態(tài)淤渣微粒凝聚起來，從而改變粒子尺寸，使分析精度降低。
從光源發(fā)射的入射光通過具有規(guī)定厚度的樣品油膜傳播。測量樣品油在兩個(gè)不同波長之下的吸收系數(shù)，波長應(yīng)在500至1000nm左右的范圍內(nèi)，并且兩個(gè)波長之間的差值應(yīng)適當(dāng)。
兩個(gè)傳輸光束的每一束強(qiáng)度，由光-電流變換器裝置轉(zhuǎn)換成為電流值，然后輸入具有規(guī)定程序的計(jì)算機(jī)中，最后打印出樣品油的淤渣含量。計(jì)算機(jī)程序可以設(shè)計(jì)成根據(jù)(k4-k3)×100/k3或根據(jù)k4/k3進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果應(yīng)當(dāng)是相等的。
根據(jù)兩波長吸收測量法，吸收系數(shù)測量可以使入射光經(jīng)樣品池中樣品油傳播，并將傳輸光引至兩波長吸收檢測器，在兩個(gè)波長上測量吸收系數(shù)。當(dāng)有多個(gè)盛裝不同的樣品油的樣品池放置在樣品臺(tái)上時(shí)，樣品臺(tái)可以在控制之下移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，使每一樣品池依次傳送到測量位置，就可以連續(xù)地和高效地測量不同樣品油類的淤渣含量。
樣品油膜的厚度調(diào)節(jié)，可以利用專用的樣品池(下面將描述)，或者控制浸入樣品油或與樣品油相接觸的光源和兩波長吸收檢測器之間的距離，或者控制光源與光源裝在一起的兩波長吸收檢測器和反射器之間的距離等辦法進(jìn)行。上述的整個(gè)測量過程都可以在計(jì)算機(jī)程序的控制下完成，因此能大大地節(jié)省勞力。
調(diào)節(jié)樣品油膜厚度的樣品池如附圖所示，其構(gòu)造為，平板11，由無色透明玻璃或石英制成，環(huán)形隔板12，由玻璃、石英、金屬(如鉛、鋁)，或塑料(如聚四氟乙烯)制成，和帶槽平板13，由無色透明玻璃或石英制成。足夠數(shù)量的樣品油(例如從0.01至1克左右)放在帶槽平板13的中心，上面放上環(huán)形隔板12和平板11，環(huán)形隔板12的厚度從大約0.01至5mm之間選擇，以使測量吸收系數(shù)為不大于3。因此處于由環(huán)形隔板12，平板11及帶槽平板13所限定的空間中的樣品油，其厚度與隔板12的厚度一致。即使樣品油過多，多余的油流進(jìn)帶槽平板13的槽中，而不會(huì)從平板13和隔板12之間流出來，于是使油膜厚度調(diào)節(jié)到與隔板的厚度一致。由帶槽平板13，隔板12及平板11組成的，裝有樣品油的樣品池放置在試驗(yàn)臺(tái)上加熱到大約70℃。樣品池被加熱到上述溫度之后，在兩個(gè)不同波長上測量每一樣品池中樣品的吸收系數(shù)。兩波長從大約500至1000nm的范圍內(nèi)選擇，兩波長之差至少為20nm左右，最好是30至100nm左右，例如，分析波長為800nm，對(duì)照波長為750nm。如果兩波長之差選擇成少于20nm左右，則測定精度會(huì)降低。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明淤渣測定法的裝置。
本裝置的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)臺(tái)上放置一樣品池，光源固定在試驗(yàn)臺(tái)的一邊的上方，讓光源發(fā)出的光經(jīng)過的通道，允許光經(jīng)過樣品池中的樣品油而到達(dá)兩波長吸收檢測器上，兩個(gè)干涉濾光器，每一濾光器都能傳播已經(jīng)過樣品油傳送的光線，它們不同的波長在大約500至1000nm的范圍選擇，兩波長吸收檢測器，包括兩個(gè)光-電流變換器，每一變換器都能將兩傳輸光束之一的強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，以及?jì)算裝置，它能將電流值轉(zhuǎn)變成淤渣含量。
本裝置的另一實(shí)施例包括一個(gè)浸入樣品油或與樣品油接觸的光源，一個(gè)裝置用來精確地控制光源與兩波長吸收檢測器之間的距離，檢測器與光源相對(duì)，樣品油夾在它們之間;或者精確地控制放在光源同一邊的兩波長吸收檢測器和反射器之間的距離，反射器與光源相對(duì)，樣品油夾在它們之間，兩波長吸收檢測器由兩個(gè)干涉濾光器和兩個(gè)光-電流變換器組成，每一濾光器都能傳播已經(jīng)過樣品油傳送的光束，它們不同的波長在大約500至1000nm的范圍內(nèi)選擇，每一變換器都能將具有不同波長的一束傳輸光線的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電流，以及計(jì)算裝置，它能將電流值換算為淤渣含量。
放有多個(gè)樣品池的試驗(yàn)臺(tái)，利用加熱裝置加熱至規(guī)定的溫度，可將待分析的樣品池移動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng))至測量位置，即到達(dá)光源的光線通道處，以便到達(dá)兩波長吸收檢測器。另一方面，控制浸入樣品油或與樣品油接觸的光源與兩波長吸收檢測器之間的距離;或者控制光源及與光源放在同一邊的兩波長吸收檢測器，和反射器之間的距離，以調(diào)節(jié)油膜厚度，使其在大約0.01至5mm的范圍內(nèi)。光源的光經(jīng)過已被調(diào)節(jié)厚度的油膜傳播。傳輸光進(jìn)入兩波長吸收檢測器，在此前被分成兩束光，每一部分通過兩個(gè)干涉濾光器中的一個(gè)濾光器，濾光器在波長上是不同的大約在500至1000nm范圍內(nèi)，以便選擇兩束光線，它們的波長之差是合適的，以及測量樣品油在每一個(gè)不同波長上的吸收系數(shù)。
通過每一個(gè)濾光器傳送的光的強(qiáng)度，利用光-電流變換器轉(zhuǎn)換為電流，變換器例如為光電管和光電池，這一電流值送入具有專門程序的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，并將須分析的樣品油的淤渣含量打印出來。
按上述過程完成淤渣的測定后，樣品池試驗(yàn)臺(tái)在計(jì)算機(jī)的指令下再次移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，使裝有另一種樣品油的樣品池在上述的測量位置停下來。經(jīng)過這些步驟，淤渣測定的一次循環(huán)就完成了。
圖2是本發(fā)明裝置的一種實(shí)施例的草圖;圖3是它的主要部分的放大圖;圖4是它所使用的樣品池試驗(yàn)臺(tái)的放大的平面視圖，圖5是樣品池的橫截面。以及圖6(a)、(b)、(c)是組成樣品池的元件，(a)為平板，(b)為隔板，(c)為帶槽平板。
根據(jù)圖2所示實(shí)施例的測定裝置，包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)9(樣品池試驗(yàn)臺(tái))，它有兩個(gè)或更多個(gè)凹孔，在其圓周部分放置樣品池;光源2，兩波長吸收檢測器1，光源2與兩波長吸收檢測器1互相相對(duì)放置，旋轉(zhuǎn)臺(tái)圓周上的一個(gè)凹孔夾在它們之間，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14及由馬達(dá)14驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸15能夠使旋轉(zhuǎn)臺(tái)9轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)規(guī)定的角度，以及微型計(jì)算機(jī)16，能夠控制馬達(dá)14，以便周期性地驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸15并將兩波長吸收檢測器1的電流值換算為淤渣含量。
在圖3中，兩波長吸收檢測器1包括通道6，用來引導(dǎo)從光源2(例如鎢絲燈)發(fā)射的光，光纖維束7，用于將經(jīng)樣品油膜傳播的光分成兩路，干涉濾光器3(例如750nm及800nm)，光-電流變換器4(例如光電管或太陽能電池)，及放大器5。在本實(shí)施例中使用的將傳輸光分為兩路的光纖維束7可以用扇面鏡代替。
放置每一個(gè)樣品池10的凹孔，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)9的圓周部分上有規(guī)律地相間隔設(shè)置。為了精確測定含有蠟成分的樣品油的淤渣，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)9上靠近樣品池10的通道附近設(shè)置加熱裝置8。如圖2及圖3所示，加熱裝置8安裝在固定的外套筒18的外緣上，旋轉(zhuǎn)軸15穿過外套筒18。加熱裝置8內(nèi)部裝有加熱元件，例如加熱器，并由計(jì)算機(jī)15的指令控制在給定的溫度，至遲在樣品池到達(dá)光通道6之時(shí)，加熱裝置須將煩 0加熱到規(guī)定的溫度。旋轉(zhuǎn)臺(tái)9利用與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14及旋轉(zhuǎn)軸15的連接而進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)臺(tái)9運(yùn)動(dòng)的開始及停止，由微型計(jì)算機(jī)16對(duì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14發(fā)送指令而控制。
正如圖5及圖6所示，樣品池10包括圓形的平板11，隔板12，及帶槽平板13。隔板12的厚度決定了樣品油的油膜厚度。再回到圖2及圖3，經(jīng)樣品池10中樣品油膜傳播的光在兩波長吸收檢測器中被分成具有不同波長的兩束光。每一光束的強(qiáng)度被轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電流，輸出電流送至微型計(jì)算機(jī)16，它根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行運(yùn)算，將電流值換算成樣品油的淤渣含量，然后由打印機(jī)17打印出來。
更詳細(xì)地說，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14接受微型計(jì)算機(jī)16的信號(hào)開始驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸15，樣品池試驗(yàn)臺(tái)隨軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)某一個(gè)樣品池10進(jìn)入光通道6時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)樣品池10保持在這一位置時(shí)，從光源2發(fā)射的可見光，通過在樣品加熱裝置8附近的通道6，以及通過樣品池10中的樣品油膜而傳輸。光部分地在油膜中被吸收，部分到達(dá)兩波長吸收檢測器1。傳輸光由光纖維束7分成兩束，每一束光到達(dá)一個(gè)干涉濾光器3，在這里，各個(gè)光束的強(qiáng)度由相應(yīng)的光-電流變換器(例如光電管)轉(zhuǎn)換為電流，經(jīng)放大器5加以放大，然后送入微型計(jì)算機(jī)16。
在微型計(jì)算機(jī)16中，電流輸入轉(zhuǎn)換成透射比T(透射光I/入射光I0之比)，然后再轉(zhuǎn)換成吸收系數(shù)k(log101/T)。所得的吸收系數(shù)值，應(yīng)用增量-空白比的關(guān)系，以及作為淤渣含量的函數(shù)的吸收系數(shù)之差(k3-k1)的定標(biāo)曲線，這些關(guān)系預(yù)先已輸入到計(jì)算機(jī)中，以計(jì)算淤渣含量，然后輸入到打印機(jī)17中。輸出完成以后，微型計(jì)算機(jī)16再送出信號(hào)使驅(qū)動(dòng)馬達(dá)14運(yùn)動(dòng)，于是旋轉(zhuǎn)臺(tái)再次開始轉(zhuǎn)動(dòng)，使下一個(gè)樣品池10處于測量位置，上述的同樣的操作步驟自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行。
測定裝置的這一實(shí)施例，可能進(jìn)行各種改進(jìn)。例如，樣品池試驗(yàn)臺(tái)9的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以用直線運(yùn)動(dòng)代替。此外，如果希望改變光的通道，也可在光路6中使用平面鏡或棱鏡。具有不同波長的兩個(gè)光線，也可以是經(jīng)樣品油傳播之前預(yù)先予以挑選，而每一光束可以由各自的光-電流變換器接受。上述各種改進(jìn)均能達(dá)到本發(fā)明所具有的目的與效果。
圖7和圖8是本發(fā)明測定裝置的另一些實(shí)施例，它們可以隨意選擇油膜厚度而不必利用上述的具有規(guī)定厚度的隔板。本裝置的這一實(shí)施例，具有齒輪齒條機(jī)構(gòu)19及計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)20，它能逐步地使光源2浸入到樣品油中或與樣品油接觸，或者逐漸使處在樣品油同一邊的包括光源2和兩波長吸收檢測器1的整體裝置浸入到樣品油中或與其相接觸。簡而言之，當(dāng)樣品油如圖7所示被夾在光源2和兩波長吸收檢測器1之間時(shí)，使其二者之一逐漸移動(dòng)就可得到規(guī)定的油膜厚度。當(dāng)樣品油被夾在一個(gè)在同一邊含有光源2及兩波長吸收檢測器1的整體件，以及與樣品相對(duì)的另一邊的反射器21之間，如圖8所示時(shí)，逐漸移動(dòng)所述整體件或所述反射器，也可得到所規(guī)定的油膜厚度。
在圖7中，光源2浸入到樣品油中或與樣品油接觸，兩波長吸收檢測器1與被光源與檢測器夾在中間的樣品油互相相對(duì)放置，步進(jìn)電機(jī)20受微型計(jì)算機(jī)16的信號(hào)控制，通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)19使光源2在樣品油中細(xì)微地上下運(yùn)動(dòng)，以便得到合適的油膜厚度。當(dāng)然，也可以將齒輪齒條機(jī)構(gòu)19與兩波長吸收檢測器連接起來，使兩波長吸收檢測器1連同盛裝樣品的樣品池10一起作垂直運(yùn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)油膜厚度。此外，從光源2發(fā)射的光也可經(jīng)光纖維引進(jìn)樣品油中，而經(jīng)樣品油傳播的光也可經(jīng)與其相連的光纖維引進(jìn)兩波長吸收檢測器1中，以使兩光纖維束的端部彼此相對(duì)而將樣品油夾在中間。在這種情況下，利用步進(jìn)電機(jī)20去移動(dòng)兩光纖維束中之一的纖維束，或同時(shí)移動(dòng)兩光纖維束，控制兩光纖維束之間的距離以便得到合適的油膜厚度。此外，將光源2及兩波長吸收檢測器1同時(shí)固定在本裝置上而不利用光纖維，也可以調(diào)節(jié)油膜厚度。因此，本發(fā)明裝置包括各種改進(jìn)。
在圖8中，光源2與兩波長吸收檢測器1相對(duì)于樣品油處在同一邊，從光源2發(fā)射的光經(jīng)樣品油傳播，并由樣品油中的反射器21反射，反射光被兩波長吸收檢測器1接收。夾在含有光源2及兩波長吸收檢測器1的整體件與反射器21之間的油膜厚度，利用步進(jìn)電機(jī)20以控制兩者之間的距離，就可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。使光源2，兩波長吸收檢測器1，及反射器21的位置相對(duì)固定，或者它們之間的移動(dòng)關(guān)系，如同圖7實(shí)施例所說明的各種改進(jìn)，均可應(yīng)用于本實(shí)施例。
正如圖7及圖8所表示的，利用控制光源2(它浸入在樣品油中或與樣品油接觸)和兩波長吸收檢測器1之間的距離，或者利用控制光源2及在光源2同一邊的雙波長吸收檢測器1，與反射器21(它放在油池10底部，與光源2及檢測器1相對(duì))之間的距離，可以實(shí)現(xiàn)油膜厚度的調(diào)節(jié)。光源2和兩波長吸收檢測器1之中的某一個(gè)，或者含有光源2及兩波長吸收檢測器1的整體件和反射器21之中的某一個(gè)，由齒輪齒條機(jī)構(gòu)19帶動(dòng)作垂直運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)上述的距離，使其達(dá)到大約從0.05至5mm的范圍內(nèi)。齒輪齒條19的運(yùn)動(dòng)是被步進(jìn)電機(jī)20，在微型計(jì)算機(jī)16的控制下驅(qū)動(dòng)的。其實(shí)，上述距離是在步進(jìn)電機(jī)20的脈沖信號(hào)下得到的，測量經(jīng)樣品油傳播的光在兩個(gè)不同波長上的吸收系數(shù)。
根據(jù)上述技術(shù)，從光源來的光透過的油膜厚度，可以隨意地以毫微米量，根據(jù)油的類別，進(jìn)行調(diào)整，以便光能夠通過樣品傳播。
現(xiàn)在參考下述實(shí)例更詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明不被其所限。
實(shí)例參照?qǐng)D1，例如當(dāng)樣品油的油膜厚度為1mm，在分析波長λ1為800nm的吸收系數(shù)(k3)和在對(duì)照波長λ2為750nm的吸收系數(shù)(k4)分別為8.79及10.1，其增量比(k4-k3)×100/k3等于14.9。從增量比及空白比之間的關(guān)系，可以得到空白比為28.3。于是k1＝2.49(k1為樣品油除去淤渣后在分析波長為800nm時(shí)的吸收系數(shù))。因此，k5＝k3-k1＝6.30(k5為淤渣的吸收系數(shù))。樣品油中淤渣的干燥重量(g)及濃度(wt%)就可以從樣品油的吸收系數(shù)k5及每100克樣品油中干燥淤渣重的定標(biāo)曲線而得到。
表1所列是本發(fā)明方法測定不同重碳?xì)溆皖愔杏僭康慕Y(jié)果，并與殼牌公司熱過濾法所得結(jié)果相比較。殼牌公司熱過濾法沒有給出N0.8及9樣品油的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@兩種油粘度太高，樣品中適當(dāng)?shù)丶尤肓溯镣?，由此變換而得到其測量結(jié)果。
表1淤渣含量(wt%)樣品油殼牌公司本發(fā)明熱過濾法方法(1)加氫裂解油-10.100.17(2)加氫裂解油-20.490.46(3)加氫裂解油-30.630.62(4)加氫裂解油-40.730.77(5)直接脫硫渣油-12.492.43(6)直接脫硫渣油-2＊12.62 2.77(7)(3)+(5)(1∶1)＊21.93 1.98(8)熱裂解油-1＊30.0 0.0(9)熱裂解油-2＊40.99 1.19附注＊1預(yù)先將樣品N0.5在大氣壓力下，溫度60℃保存7天。
＊2預(yù)先按1∶1(體積)混合樣品N0.3及5，在大氣壓力下，溫度60℃保存7天。
＊3裂化比13%;粘度13500cst(50℃)。
＊4裂化比36%;粘度5700cst(50℃)。
表2為本發(fā)明方法的測定精度，對(duì)表1中N0.3及5樣品經(jīng)過六次測量的測量結(jié)果，以及平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差，及偏差系數(shù)。一組六次測量的偏差系數(shù)由下列公式計(jì)算偏差系數(shù)(%)＝ (標(biāo)準(zhǔn)偏差(以均方差的平方根表示的 /(平均值) ×100
表2測量值加氫裂解油-3直接脫硫渣油-1試驗(yàn)N0.10.622.43N0.20.622.40N0.30.622.46N0.40.622.46N0.50.622.40N0.60.622.43平均值0.622.43標(biāo)準(zhǔn)偏差0.00.026偏差系數(shù)(%)0.01.21如上所述，以傳統(tǒng)方法及裝置測定重碳?xì)溆皖愔杏僭烤哂性S多缺點(diǎn)，比如每一樣品的淤渣測定要求時(shí)間長，操作復(fù)雜，花費(fèi)勞動(dòng)大，對(duì)一些粘度很大的重碳?xì)溆皖惖挠僭坎荒軠y定，以及在某些情況下分析精度差。另一方面，本發(fā)明所提供的測定重碳?xì)溆皖愔杏僭康姆椒ê脱b置，可以對(duì)大量樣品自動(dòng)進(jìn)行分析，精度高，每種樣品測定所須時(shí)間短，花費(fèi)勞動(dòng)相對(duì)很輕。
本發(fā)明已參照特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員不難進(jìn)行各種不同的變化和改進(jìn)而不超出本發(fā)明的思想及范圍，這是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種用于測定重碳?xì)溆陀僭康姆椒ǎǖ牟襟E為(A)測量油膜厚度大約從0.01至5mm內(nèi)的重碳?xì)溆蜆悠?，在兩個(gè)不同的從500至1000nm范圍可見光中所選擇的波長上的吸收系數(shù)，和(B)根據(jù)已知的淤渣含量與在兩個(gè)波長上的吸收系數(shù)之間的關(guān)系，比較兩個(gè)所測量的吸收系數(shù)，從而決定樣品的淤渣含量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的所選擇的兩個(gè)波長之差至少為20nm。
3.一種用于測定重碳?xì)溆椭杏僭康难b置，包括光源，盛裝重碳?xì)溆蜆悠返臉悠烦?，其特征在于油膜具有的厚度大約從0.01至5mm，光源的光經(jīng)油膜傳播，一個(gè)由兩個(gè)干涉濾光器和兩個(gè)光-電流變換器組成的兩波長吸收檢測器，每個(gè)干涉濾光器能夠傳播經(jīng)樣品傳播的波長不同的光束，波長從500至1000nm的范圍內(nèi)選擇，每個(gè)光-電流變換器都能夠?qū)⒕哂胁煌ㄩL的兩個(gè)傳播光束的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成為電流，以及一個(gè)計(jì)算裝置，能夠?qū)㈦娏髦祿Q算為淤渣含量。
4.如權(quán)利要求3所述裝置，其特征是所述的所選擇的不同的波長之差至少為20nm。
5.一種用于測定重碳?xì)溆椭杏僭康难b置，包括試驗(yàn)臺(tái)，其上放置樣品池，光源固定在試驗(yàn)臺(tái)一邊的上方，一個(gè)光通道允許從光源來的光經(jīng)樣品池中的樣品油而達(dá)到兩波長吸收檢測器，兩波長吸收檢測器由兩個(gè)干涉濾光器和兩個(gè)光-電流變換器組成，每個(gè)干涉濾光器都能夠傳播經(jīng)樣品油傳播的波長不同的光束，波長從500至1000nm的范圍內(nèi)選擇，每個(gè)光-電流變換器都能夠?qū)蓚€(gè)被傳播的光線中的每一個(gè)光強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，以及一個(gè)計(jì)算裝置，能夠?qū)㈦娏髦祿Q算為淤渣含量。
6.如權(quán)利要求5所述裝置，其特征是所述的所選擇的不同波長之差至少為20nm。
7.如權(quán)利要求5所述裝置，其特征是所述樣品池，由透明平板，具有規(guī)定厚度的隔板和具有凹槽的透明板組成，以及所述裝置還包括以下述方式移動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的裝置，當(dāng)一個(gè)樣品池中樣品的測量已經(jīng)完成時(shí)，每一次都可將另一樣品池運(yùn)送至測量位置。
8.如權(quán)利要求7所述裝置，其特征是所述平板由透明無色玻璃或石英制成，以及所述隔板由玻璃、石英、金屬或塑料制造。
9.一種用于測定重碳?xì)溆椭杏僭康难b置，包括一個(gè)光源，它浸入到樣品油中或與樣品油相接觸，一個(gè)裝置用于逐漸調(diào)節(jié)所述光源和兩波長吸收檢測器之間的距離，檢測器與光源及樣品油相對(duì)，樣品油被夾在光源與檢測器之間，或者逐漸調(diào)節(jié)處在所述光源一邊的兩波長吸收檢測器和一個(gè)反射器之間的距離，反射器與所述光源及樣品油相對(duì)，樣品油被夾在光源與反射器之間，一個(gè)兩波長吸收檢測器，由兩個(gè)干涉濾光器和兩個(gè)光-電流變換器組成，每個(gè)干涉濾光器都能夠傳播經(jīng)樣品油傳播的波長不同的光束，波長從500至1000nm的范圍內(nèi)選擇，每個(gè)光-電流變換器都能夠?qū)⒕哂胁煌ㄩL的每一個(gè)傳播光束的強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成電流，以及一個(gè)計(jì)算裝置，能夠?qū)㈦娏髦祿Q算成淤渣含量。
10.如權(quán)利要求9所述裝置，其特征是所述的所選擇的不同波長之差至少為20nm。
全文摘要
公開了一種用于測定重碳?xì)溆椭杏僭康姆椒捌溲b置。本方法包括測量重碳?xì)溆蜆悠返奈障禂?shù)，其油膜厚度從大約0.01至5毫米的范圍內(nèi)選擇，在兩個(gè)不同波長上測量，波長從500至1000nm可見光范圍中選擇，利用將兩個(gè)測量的吸收系數(shù)與已知的淤渣含量在兩個(gè)波長上吸收系數(shù)之間的關(guān)系相比較，從而決定樣品油的淤渣含量。本裝置包括光源，盛樣品油用樣品池，兩波長吸收檢測器含兩個(gè)干涉濾光器和兩個(gè)光-電變換器，以及計(jì)算裝置用于將所得電流值換算為淤渣含量。本方法及裝置提供了快速及精確地測定重碳?xì)溆皖愑僭康氖侄巍?br> 文檔編號(hào)G03F7/00GK1038355SQ8910061
公開日1989年12月27日 申請(qǐng)日期1989年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月5日
發(fā)明者山添誠吾, 中井貞夫, 福井行正 申請(qǐng)人:宇宙石油株式會(huì)社