1. 研究目的与意义（文献综述）

载氢工艺在石化行业应用广泛，在适当的温度、氢气浓度与气压等催化条件下，可生成一定分子量的烃类或者醇类等化工产品。乙烯氢气被用于加氢裂化装置和蜡油加氢等装置中，如果乙烯氢气纯度降低，将降低上述加氢装置的系统氢气分压，不利于加氢反应，会影响产品质量。加氢过程不仅将氢气升压，也将无用的ch₄气压增至5.0-15.0mpa，白白消耗能源。为了保持足够的氢气分压，加氢装置还需要排放低氢气浓度的气体，增加了氢气的消耗。许多企业所使用的乙烯氢气为外购，含有杂质成分的乙烯氢气会增加原料成本，影响产品质量。

鉴于此，研究一种能对乙烯氢气纯度进行监测的技术具有重大的意义。现有气体传感器有电化学型、电学型和光学型三种。针对石化装置结构密封与复杂的特点，希望传感器防爆、尺寸小且能进行多参数集成测量。考虑到石化载氢装置内充溢着氢气、甲烷等易燃易爆气体，电类传感器存在较大技术风险，因此目前，国内外有关气体成分监测手段主要光学监测手段。

近年来，具有本征安全、抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀及易于复用组网等优点的光纤传感器技术在国内外石化行业得到推广应用。光纤气体传感器除了具备普通光学传感器的优点外，还具有下述独特的优点：

传感器灵敏度高、精度高，光纤传感器一次性投资安装完成后，只要不发生器件的机械性损伤，传感器能长期稳定可靠地工作，不必定期更换其中的元器件，基本免维护；传感器因为是光在传输，响应时间不言而喻，可以达到实时响应；传感单元结构简单，容易进行分布式多点测量。

2. 研究的基本内容与方案

研究目标：

本课题的研究目标为用于乙烯氢气的纯度及杂质含量的在线监测系统的设计与制备，分别从实验和仿真计算两个方面出发，分析激发乙烯氢气中所含气体拉曼光谱的原理及特性，设计一种光学f-p谐振腔，能增强谐振腔中的激光强度，从而增加所激发的拉曼信号强度，搭建光学传感系统，研制基于光纤f-p谐振腔增强拉曼光谱的乙烯氢气的纯度及杂质含量的在线监测系统，实现对载氢装置的乙烯氢气中的多组分气体h₂、ch₄、co、co₂的浓度在线监测，对实验数据进行分析处理，确定基于f-p腔增强技术的拉曼气体检测系统的性能，进一步深化光纤传感技术的应用领域。

研究内容：

1）设计和制备光学f-p谐振腔气体检测探头；

3. 研究计划与安排

第1-3周 查找相关资料，阅读相关文献，掌握相关理论，了解目前的研究现状，撰写开题报告。

第4-6周 利用相关理论，分析乙烯氢气中的多组分气体h₂、ch₄、co、co₂的拉曼光谱特性，确定待测量的拉曼光谱信号频移范围。利用实验室的相关条件，研制适用于多组分气体浓度检测的拉曼光谱信号增强f-p谐振腔。搭建相关的信号解调系统，利用已制备的拉曼光谱信号增强f-p谐振腔密闭气室对多种气体成分进行在线实时监测。

第7-12周 对实验数据进行处理，并与理论值比较，确定个气体成分的拉曼光谱的特性。

第13-16周 撰写并修改论文

第17周 评审和答辩

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李晓云.高灵敏气体激光拉曼光谱的研究及应用[d].大连:大连理工大学,2008.

[2] 张文娟. 基于遗传算法的烃类气体激光拉曼光谱定量分析方法研究[d].中国海洋大学,2013.

[3] 卢艺楠.基于拉曼光谱的px装置产品杂质含量在线分析[d].浙江大学，2014.

[4] 杨旭刚，吴琪琳.拉曼光谱的分析与应用[m].北京:国防工业出版社，2008.