2021年CAIA獎二等獎：激光拉曼光譜天然氣分析技術研究與應用
完成單位：西南油氣田分公司天然氣研究院天然氣分析測試研究所、四方光電股份有限公司、浙江大學控制科學與工程學院、中國計量科學研究院環境計量中心
完成人：朱華東、周理、王宏莉、孫曉艷、蔡黎、吳海、戴連奎、羅勤、熊友輝、李永振
成果簡介：本項目針對激光拉曼天然氣分析信號弱和組分間相互干擾等問題開展技術攻關，取得了3項技術成果：（1）研制了激光拉曼天然氣分析儀，實現了硫化氫在線檢測，測量范圍0.01%-100%，重復性RSD＜1%；（2）研制了車載移動式激光拉曼天然氣分析儀；（3）開發了新型硫化物標準氣瓶，研制了不確定度優于2%（k=2）、有效期1年的天然氣硫化物國家氣體標準物質。取得已授權發明專利9件、實用新型專利1件，獲國家軟件著作權2件，制訂ISO國際標準1件、國家標準1件、行業標準1件，研制國家一級氣體標準物質1件、國家二級氣體標準物質9件，發表論文10篇。成果已在中國石油、中國石化、中國海油、延長石油、四方光電等單位成功應用。
創新點及科學價值：（1）研制了高效收集拉曼光譜信號的背向散射發生及收集裝置，采用透鏡耦合替代常用的光纖耦合和高精度拉曼譜圖分析模塊研發的激光拉曼天然氣分析儀，解決了拉曼信號弱的難點，建立了天然氣中硫化氫和主要烴類組分激光拉曼光譜同步快速檢測新方法，硫化氫檢測范圍10×10-6-100%；（2）研制了基于高壓樣品池、并采用動態背景光譜校正算法、自適應光譜校正、譜圖拆分技術，實現了天然氣各組分完全分離，提高了拉曼信號強度和檢測精密度水平，建立了激光拉曼天然氣移動快速檢測技術；（3）研發基于有機高分子硅涂層配方和工藝技術天然氣硫化物標準氣瓶，采用高準確度氣體直接稱量技術，研制了不確定度優于2%（k=2）、有效期1年的天然氣硫化物國家氣體標準物質。
社會經濟效益：激光拉曼天然氣分析技術推動了天然氣組成分析標準技術進步，豐富了天然氣組成分析技術手段，打破了天然氣組成分析領域色譜法一家獨大的技局面，有利于促進天然氣氣質分析相關產業結構優化調整。采用激光拉曼天然氣分析技術對原料天然氣中硫化氫的實時在線監控，進一步提高了油氣田企業的數字化和智能化水平，提高了含硫天然氣生產效益和品質，保障了民生用氣安全，促進了天然氣檢驗檢測機構檢驗檢測能力提升和相關設備產商分析儀器設備升級改造，社會經濟效益顯著。
應用前景：未來隨著拉曼光譜儀國產化推進和天然氣分析應用推廣，本成果形成的激光拉曼天然氣分析儀發揮其維護運行成本低、分析速度快、非接觸無損檢測的優勢，將逐步搶占氣相色譜法的市場份額，推動天然氣分析測試技術進步。本項目制定的ISO 23978：2020《天然氣 上游領域 用激光拉曼光譜測定組成》將被國外包括美國、俄羅斯、荷蘭、挪威、沙特等天然氣主產區國家采用，預期標準在海外企業將得到越來越多的應用，具有廣闊的應用前景。
