專利名稱：試樣處理裝置及設(shè)有該裝置的測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對附著在試樣流道上的共存成分進(jìn)行處理的試樣處理裝置及設(shè)有該裝置的測定裝置。
背景技術(shù)：
以往，在以重油為原料的各種石油制品的制作過程中，若將從精制裝置和接觸分解裝置等流出的含有大量硫化氫(H2S)的氣體直接用作燃料氣體的話會發(fā)生大量二氧化硫(SO2)，因而需用硫回收裝置去除硫的成分后進(jìn)行使用。具體而言，硫回收采用以下兩道工序?qū)怏w中含有的H2S進(jìn)行分離的工序；將分離得到的H2S轉(zhuǎn)化為硫元素(Sv)的工序。前者采用利用單乙醇胺等堿性水溶液吸收氣體后進(jìn)行分離、回收的方法，后者廣泛采用克勞斯法或超級克勞斯法。
克勞斯法或超級克勞斯法作為最為重要、有效的硫回收工藝應(yīng)用于氣體處理、天然氣、煉焦成套設(shè)備及精制裝置中。在該工藝中，酸性氣流的一部分被氧化而產(chǎn)生SO2。此后，在具有催化劑的情況下，SO2與殘留H2S反應(yīng)而生成硫。因為其簡便性及高效性，克勞斯法在硫回收方面是有用的，在世界范圍內(nèi)比其他任何成套設(shè)備都用得多。
克勞斯法是通過以下的化學(xué)反應(yīng)將H2S轉(zhuǎn)化為Sv的。
(1)利用空氣使H2S在反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行不完全燃燒，由其一部分生成SO2。
(式1)3H2S+3/2O2→2H2S+SO2+H2O··式1(2)接著，將該氣體導(dǎo)入催化劑反應(yīng)塔(催化反應(yīng)手段)，生成氣態(tài)Sv。
(式2)2H2S+SO2→3Sv+2H2O ··式2利用上述克勞斯法，硫的回收率有的可高達(dá)98％以上。
克勞斯法為了可靠、高效地得到Sv，包括催化劑反應(yīng)塔中的化學(xué)計量的反應(yīng)在內(nèi)，需要將臨界比率維持在2∶1。這顯然是因為若比率在2∶1以上則流程中就需要過剩氧氣(O2)的緣故。反應(yīng)爐中的燃燒使用空氣，因而反應(yīng)中的氧氣需求量為通?？諝庑枨罅?。
作為從上述這樣的克勞斯流程的氣流中除去、回收Sv的方法，提出有這樣一種方案對需處理的氣體進(jìn)行冷卻，除去以蒸氣及/或伴隨顆粒的形態(tài)存在于該氣體內(nèi)的Sv。具體而言，如圖5所示，需處理的氣體被導(dǎo)入熱交換器104的下方端部，通過制冷劑的溫度及/或制冷劑的流速來保證熱交換器104的壁面溫度為硫的凝固點(diǎn)以下，若該氣體中存在水時則保證熱交換器104的壁面溫度為該水的露點(diǎn)以上。析出的Sv在重力的作用下在與被處理的氣體的流動方向相反的方向被除去(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開平8-224438號公報但是，在上述克勞斯成套設(shè)備等中，硫的回收率受參與反應(yīng)的H2S和SO2的濃度的影響很大，因此測定H2S和SO2的濃度非常重要。即，要使硫回收流程最佳化，H2S和SO2的正確測定是關(guān)鍵。作為測定方法可以例舉以下方法使用可對H2S和SO2單獨(dú)直接測定的紫外線(UV)吸光法的方法；或利用紅外線(IR)吸光法將H2S這樣的還原性硫化物與氧化處理為SO2后的試樣組合來間接測定H2S的濃度，以此測定H2S和SO2的濃度的方法等。
此時，因流程氣體中共存有Sv、水分等，故有時會受到與H2S及SO2的吸收光譜重疊引起的干涉影響和它們的凝結(jié)引起的堵塞和飛沫等的影響。尤其是對于從流程采樣后進(jìn)行測定的方式以及利用直插式進(jìn)行測定的方式，測定裝置需要在4至8個月的時間內(nèi)以正常的狀態(tài)運(yùn)行，因此不可忽視上述影響。
為此，在前者的試樣采集式的測定裝置中，為了排除Sv的例如高UV吸光特性對H2S和SO2的測定的干涉影響，需要除去吸光測定部處的Sv的裝置。另外，因Sv容易發(fā)生結(jié)晶及堵塞，故在試樣采集式的測定裝置中需要除去試樣處理部處的Sv等容易固態(tài)化的物質(zhì)。
而在直插式測定裝置中，有時為了排除硫混入測定用的流動吸收部而使用冷槽(コ一ルドトラツプ)式，但晶化后的硫堆積形成絕熱層，無法維持合適的冷卻功能。因此排除這樣的過剩的硫是一大課題。
而且，不僅對于上述這樣的Sv，一般含有晶化或凝結(jié)固化的物質(zhì)(例如，煤液化氣體中的煤焦油成分等)的氣體都難以進(jìn)行連續(xù)測定，目前只能采取例如將氣體采集至四方紙盒等內(nèi)進(jìn)行分批分析的方法。
另外，在測定這樣的氣體時，若在試樣采集系統(tǒng)中設(shè)有供給泵這樣的對試樣的壓力和溫度產(chǎn)生影響的裝置的話，有可能因供給泵處的變化引發(fā)凝結(jié)物的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明為了解決上述問題，其目的在于提供一種能連續(xù)地、長期穩(wěn)定地處理含有容易形成析出物的物質(zhì)的試樣的試樣處理裝置；以及設(shè)有該試樣處理裝置而能高精度、長期穩(wěn)定性好、連續(xù)地進(jìn)行測定的測定裝置。
本發(fā)明的試樣處理裝置包括抽吸器用流體導(dǎo)入路；一端側(cè)與抽吸器用流體導(dǎo)入路相連，另一端側(cè)與試樣采集部相連的至少2個試樣流路A；一端側(cè)與流過抽吸器用流體的試樣流路A相連，且另一端側(cè)與其他試樣流路A相連的試樣流路B；對試樣流路A的一部分進(jìn)行冷卻的冷卻部；以及用于對導(dǎo)入抽吸器用流體的試樣流路A進(jìn)行選擇切換的控制部，通過向至少1個試樣流路A導(dǎo)入抽吸器用流體，對該試樣流路A進(jìn)行清洗，同時從與其他試樣流路A相連的至少1個試樣采集部吸取試樣，使試樣在該試樣流路A中冷卻并將試樣中的特定成分凝結(jié)除去，然后將試樣導(dǎo)入試樣流路B，并以規(guī)定的周期對導(dǎo)入抽吸器用流體的試樣流路A進(jìn)行選擇切換。
例如，在克勞斯成套設(shè)備中，用于監(jiān)視硫的回收率的H2S和SO2的濃度測定裝置起到非常重要的作用。此時，為了連續(xù)高精度地測定含有容易形成析出物的物質(zhì)的試樣，如何使這樣的物質(zhì)不導(dǎo)入試樣單元等測定系統(tǒng)中并高效地排除是非常重要的，同時在試樣采集時，如何抑制試樣滯留部的產(chǎn)生和壓力等試樣特性的變化來防止這樣的物質(zhì)析出等是非常重要的。
本發(fā)明中，通過在試樣處理部設(shè)置被冷卻的流路，使析出物附著在該流路內(nèi)面上，從而可除去造成干涉影響和流路堵塞的成分。另外，通過使用作為試樣導(dǎo)入手段的抽吸器，從而不必設(shè)置需維護(hù)的驅(qū)動部，并將試樣流路中有可能發(fā)生析出物的部位抑制在最小限度，可長期連續(xù)使用，并通過將該抽吸器用流體用于上述析出物的清洗，從而不必另外準(zhǔn)備清洗用流體，因而是有用的。而且至少具有2個這樣的試樣流路的組合，通過利用一方的流路進(jìn)行采樣并在該流路內(nèi)析出，對另一方的流路內(nèi)的該析出物進(jìn)行清洗，依次重復(fù)上述操作，可提供連續(xù)性好、可長期穩(wěn)定地進(jìn)行處理的試樣處理裝置。另外，通過使影響測定精度的成分析出除去，就可確保以前的方法所無法實(shí)現(xiàn)的測定精度。
在本發(fā)明的所述試樣處理裝置中，所述抽吸器用流體為蒸汽。
如上所述，本發(fā)明除了使抽吸器作為試樣導(dǎo)入用的吸取手段的功能以外，具有使抽吸器作為附著物清洗手段的功能也是特征之一。因此，最好將洗凈效果好、吸取能力強(qiáng)的流體用于抽吸器。本發(fā)明是為了將Sv等冷卻凝結(jié)的析出物進(jìn)行除去，因此通過使抽吸器用流體采用蒸汽，能實(shí)現(xiàn)附著物的升溫及溶解，且可利用高速流的極強(qiáng)的清洗效果。
在本發(fā)明的所述試樣處理裝置中，所述試樣是克勞斯流程的流程流體，至少所述試樣采集部直接插入流程配管中。
在克勞斯流程中，試樣本身含有較多容易結(jié)晶并容易附著的物質(zhì)，因而難以將試樣從試樣采集點(diǎn)輸送至測定部。因此，最好在最靠近流程配管的位置進(jìn)行冷卻等處理。本發(fā)明中，將試樣采集部直接插入流程中立即進(jìn)行處理，以此來應(yīng)對這樣的要求，同時與后述的測定功能組合來構(gòu)成測定裝置，能提供長期穩(wěn)定性好、可連續(xù)測定的測定裝置。另外，通過將用于清洗試樣流路A的大量抽吸器用流體向流程排出，就不需要另外設(shè)置排出氣體的處理裝置等。
在本發(fā)明的設(shè)有上述試樣處理裝置的測定裝置中，所述試樣流路B與試樣單元部相連。
本發(fā)明的試樣處理裝置因單獨(dú)具有試樣處理功能，因此測定裝置最好將處理后的試樣直接作為測定對象。具體而言，上述那樣的利用紫外線和紅外線等的吸光特性的裝置比較適合，尤其是通過一邊將由上述試樣處理裝置除去析出物后的試樣導(dǎo)入維持在規(guī)定溫度的試樣單元部一邊進(jìn)行測定，就可構(gòu)成與試樣處理裝置形成一體的測定裝置。另外，將至少2個試樣流路B的另一端側(cè)與試樣單元部相連，通過對它們交替或依次切換，就可基本連續(xù)地對凈化后的試樣進(jìn)行測定。因此，可提供高精度、長期穩(wěn)定性好、可連續(xù)測定的測定裝置。
在本發(fā)明的所述測定裝置中，設(shè)有包含所述試樣流路B及試樣單元部的加溫部，可將該加溫部的溫度控制成比所述冷卻部高。
為了除去克勞斯成套設(shè)備等的試樣中含有的容易形成析出物的物質(zhì)，如上所述對試樣流路A進(jìn)行冷卻處理是有效的。另一方面，試樣單元部例如為了穩(wěn)定吸光特性最好控制在一定的溫度，對于與其連接的流路也同樣如此。本發(fā)明中，分成加溫部和冷卻部，將加溫部的溫度控制成比冷卻部高，可根據(jù)各部分的功能來控制各部分的溫度。
在本發(fā)明的所述測定裝置中，將所述加溫部分割為具有導(dǎo)入加熱用流體、校驗用氣體、校正氣體或清洗用氣體用的流路的第1圓盤、收容有試樣單元部的第2圓盤、具有抽吸器用流體導(dǎo)入路的第3圓盤，將各個圓盤接合構(gòu)成所述加溫部。
本發(fā)明的測定裝置包括試樣處理系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)，還有校正用氣體等的檢測輔助系統(tǒng)，各系統(tǒng)的功能不同，控制溫度等也不同。本發(fā)明通過將加溫部的這樣的各個系統(tǒng)分割成3個圓盤來構(gòu)成，可進(jìn)行適合獨(dú)立功能的控制或試樣等的供給。
在本發(fā)明的所述的測定裝置中，將光纖與所述試樣單元部連接，通過檢測吸光度來測定試樣中特定成分的濃度。
如上所述，對于流程中的試樣測定，可直接插入流程中的測定裝置是有用的。此時，對于利用吸光法的測定裝置，構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)的元件難以承受流程的高溫，或者有時難以進(jìn)行溫度控制。為此，本發(fā)明對于這樣的測定裝置，將光纖與試樣單元部連接，通過檢測吸光度來測定試樣中的特定成分的濃度，從而可排除耐熱性或塵埃等對光學(xué)系統(tǒng)造成不良影響的條件，可提供高精度、長期穩(wěn)定性好、可連續(xù)測定的測定裝置。
在本發(fā)明的所述測定裝置中，與所述工序的切換周期聯(lián)動，對測定系統(tǒng)的背景噪聲進(jìn)行校正。
上述測定裝置中，與抽吸器相連的流路至少與2個試樣單元部連接。因此，流路切換時，可在短時間內(nèi)將抽吸器用流體導(dǎo)入試樣單元部。即，抽吸器用流體以蒸汽等清潔流體為主，通過將抽吸器用流體導(dǎo)入試樣單元部，可對試樣單元部進(jìn)行清洗。此時，測定裝置的輸出相當(dāng)于沒有測定成分的背景噪聲的測定值，可將該輸出為基準(zhǔn)對測定系統(tǒng)的背景噪聲進(jìn)行校正。即，以前極其難以處理的、對含有容易形成析出物的物質(zhì)的試樣的測定，本發(fā)明通過平時對其背景噪聲的校正，可提供高精度、長期穩(wěn)定性好、可連續(xù)測定的測定裝置。
如上所述，本發(fā)明能提供一種對于以往是困難的，可連續(xù)、長期穩(wěn)定地處理含有容易形成析出物的物質(zhì)的試樣的試樣處理裝置；以及設(shè)有該試樣處理裝置并能高精度、長期穩(wěn)定性好、連續(xù)地進(jìn)行測定的測定裝置。因此，對于提高例如克勞斯成套設(shè)備等的硫的回收率來說不可缺少的硫化物測定，從測定值的可靠性及迅速性來說也是非常有用的。


圖1是表示本發(fā)明的試樣處理裝置的構(gòu)成例的說明圖。
圖2是表示設(shè)有本發(fā)明的試樣處理裝置的測定裝置的構(gòu)成例的說明圖。
圖3是表示本發(fā)明的紫外線吸光式分析儀的構(gòu)成例的說明圖。
圖4是表示將本發(fā)明的測定裝置實(shí)際安裝在流程中的安裝例的說明圖。
圖5是例示現(xiàn)有技術(shù)的克勞斯流程的硫回收方法的說明圖。
圖6是簡要表示與克勞斯流程相關(guān)的化合物的紫外線區(qū)域的吸光特性的說明圖。
圖7是簡要表示測定H2S時的干涉影響的說明圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
本發(fā)明的試樣處理裝置的特征在于，包括(1)抽吸器用流體導(dǎo)入路；(2)一端側(cè)與抽吸器用流體導(dǎo)入路相連，另一端側(cè)與試樣采集部相連的至少2個試樣流路A；(3)一端側(cè)與流過抽吸器用流體的試樣流路A相連，另一端側(cè)與其他試樣流路A相連的試樣流路B；(4)對試樣流路A的一部分進(jìn)行冷卻的冷卻部；(5)用于對導(dǎo)入抽吸器用流體的試樣流路A進(jìn)行選擇切換的控制部。
(本發(fā)明的試樣處理裝置的構(gòu)成例)圖1例示本發(fā)明的試樣處理裝置(以下稱為“本試樣處理裝置”)的構(gòu)成例。本試樣處理裝置是為了測定利用克勞斯法的硫回收流程中硫富有的環(huán)境而設(shè)計的具有驚人的自凈能力的直插式試樣處理裝置(以下稱為“本采樣探頭”)。這里說明的具有自凈能力的本采樣探頭，即使對于存在會造成很大干涉影響的凝結(jié)性成分的同樣的流程也可適用。另外，本采樣探頭不僅能直插在流程配管中，而且將在其他地方采集到的試樣導(dǎo)入本采樣探頭內(nèi)可獲得同樣的功能、技術(shù)效果。
在此，利用克勞斯法的硫回收流程中的試樣氣體的組成因流程構(gòu)成的不同而差異很大，但一般含有H2S 0～2％SO20～2％COS 0～5000ppmCS20～5000ppm此外還含有Sv、水分、氮氧化物(NOx)、氨氣(NH3)等。
如圖1所示，具有自凈能力的本采樣探頭具有加溫部Z1和冷卻部Z2。在此，例示了具有2個試樣處理系統(tǒng)的情況，但并不局限于該數(shù)量及構(gòu)成。
加溫部Z1包括2個法蘭圓盤1、2和1個中空圓筒4。在第1圓盤1中具有用于導(dǎo)入對加溫部Z1進(jìn)行加熱用的加溫蒸汽或加溫空氣(以下稱為“蒸汽”)的蒸汽導(dǎo)入部5；第1圓盤內(nèi)的蒸汽流路Fa；及對第1圓盤1和第2圓盤2加熱用的流路Fb。在第2圓盤2中具有向流路Fb及中空圓筒4供給蒸汽的流路Fc，并形成有2個抽吸器(具有反吹功能)用的試樣流路A1和A2，還具有抽吸器用流體導(dǎo)入部8a及8b。在中空圓筒內(nèi)，蒸汽從流路Fc導(dǎo)入中空部，試樣流路A1和A2被蒸汽加溫。導(dǎo)入中空圓筒內(nèi)的蒸汽從蒸汽排出部9排出。在此，作為抽吸器用流體可列舉壓縮空氣、高溫(例如100～200℃)的蒸汽等。對于抽吸器功能及反吹功能如后所述。
冷卻部Z2位于加溫部Z1的正好下部，其構(gòu)成為在中空圓管部內(nèi)部收容有一部分試樣流路A1和A2，且將制冷劑從制冷劑導(dǎo)入部10導(dǎo)入中空部內(nèi)，從制冷劑排出部11排出。
此時，在該加溫部Z1與冷卻部Z2之間不需要緩沖區(qū)。這是因為，在加溫部Z1和冷卻部Z2雙方形成有試樣流路A1和A2的構(gòu)成中，(1)氣體的傳熱系數(shù)大，因而能快速地轉(zhuǎn)為設(shè)定溫度；(2)在冷卻部Z2中形成析出物的部位是在其下部試樣采集部S1、S2側(cè)，因而即使在加溫部Z1與冷卻部Z2之間存在急劇的溫度變化也沒有問題等的緣故。
另外，溫度控制被用作選擇從試樣中所要除去的物質(zhì)的手段。在此，作為制冷劑可以列舉壓縮空氣、水或烴系制冷劑等。
如圖1所示，將具有上述構(gòu)成的本采樣探頭利用法蘭12安裝在流程配管(未圖示)上時，抽吸器用流體通過電磁閥13及電磁閥14與抽吸器用流體導(dǎo)入部8a及8b連接，以對起到抽吸器或反吹作用的流路A1和A2的切換進(jìn)行控制。
在此，在本采樣探頭中，通過將抽吸器用流體從抽吸器用流體導(dǎo)入部8a、8b大量導(dǎo)入作為細(xì)管(例如內(nèi)徑為2～6mm的管子)的試樣流路B1、B2與作為粗管(例如內(nèi)徑為8～10mm)的試樣流路A1、A2的結(jié)合部，從而起到抽吸器的作用，從試樣流路A1或A2及試樣流路B1或B2吸取試樣。同時，作為反吹功能，一邊除去試樣流路A1、A2的析出物一邊向流程配管內(nèi)放出。尤其在像本采樣探頭這樣使試樣冷卻生成析出物并予以除去的裝置中，通過將高溫的蒸汽用作抽吸器用流體，對除去附著在冷卻狀態(tài)的試樣流路A1和A2內(nèi)壁部上的析出物等是非常有效的。
利用控制部(未圖示)選擇導(dǎo)入抽吸器用流體的試樣流路A，并按規(guī)定的周期(例如數(shù)分鐘～數(shù)小時)進(jìn)行切換。具體而言，如圖1所示，與電磁閥13連接的高溫蒸汽由電磁閥14切換至流路C和流路D。流路C通過抽吸器用流體導(dǎo)入部8a與試樣流路A1相連，流路D通過抽吸器用流體導(dǎo)入部8b與試樣流路A2相連，試樣流路A1、A2中的抽吸器功能和試樣中的析出物除去處理功能交替發(fā)揮作用。
在此，作為抽吸器的功能之一，例如按以下步驟進(jìn)行試樣的采集。
(1)使電磁閥13開放，將規(guī)定量的(例如10～50L/min的壓縮空氣)抽吸器用流體通過電磁閥14、流路C及抽吸器用流體導(dǎo)入部8a導(dǎo)入試樣流路A1。
(2)此時，在試樣流路A1中，根據(jù)伯努利的能量守恒法則，在與試樣流路B1的結(jié)合部呈減壓狀態(tài)。
(3)在該減壓狀態(tài)下，通過與試樣流路B1、與試樣流路B1相連的試樣流路B2、試樣流路A2連續(xù)地連接的流路從試樣采集部S2吸取流程配管中的試樣(流量例如約為0.1～0.5L/min)。
(4)在冷卻狀態(tài)的試樣流路A2中，取到的試樣中的硫等析出物附著在流路的壁部上而除去后將試樣導(dǎo)入加溫狀態(tài)的試樣流路B2內(nèi)。
(5)導(dǎo)入到試樣流路B2內(nèi)的試樣通過試樣流路B1與抽吸器用流體混合，經(jīng)由試樣流路A1返回流程配管內(nèi)。
(6)將該狀態(tài)維持規(guī)定時間(例如數(shù)分鐘～數(shù)小時)后，使電磁閥14動作，從流路C切換至流路D，將抽吸器用流體導(dǎo)入試樣流路A2。
(7)此時，與上述(2)～(5)相同，在與試樣流路B2的結(jié)合部形成減壓狀態(tài)，可從試樣采集部S1吸取流程中的試樣。
(8)將該狀態(tài)維持規(guī)定時間，維持穩(wěn)定的狀態(tài)后，使電磁閥14動作，將流路切換至上述(1)的狀態(tài)，周期性地重復(fù)以上操作。
這樣，通過對2個導(dǎo)入抽吸器用流體的流路C和D交替切換，作為抽吸器的功能除了試樣采集的功能以外還具有反吹的功能?！胺创倒δ堋笔且环N試樣處理功能，其通常是在試樣流過的流路中，為了除去來自試樣并粘附在流路內(nèi)壁上或進(jìn)一步增大的析出物等，一般將大量流體以與試樣的流動方向相反的方向?qū)搿＜?，在上?4)的狀態(tài)下，因為冷卻狀態(tài)的試樣流路A2的壁部上附著的硫等逐漸增大，會導(dǎo)致(1)若該狀態(tài)持續(xù)的話會導(dǎo)致流路因析出物而變窄甚至堵塞。
(2)隨析出物的堆積引起的熱交換功能的下降，試樣流路A2對硫等的除去效率下降，從而造成檢測系統(tǒng)6中的干涉影響等增大并隨之引起測定精度下降。為此，通過利用流路切換將抽吸器用流體導(dǎo)入試樣流路A2，可除去壁部的析出物，保持試樣流路A2的清潔。尤其是通過使用高溫的蒸汽，促進(jìn)蒸汽的凝結(jié)及析出物的溶解，可進(jìn)一步提高清洗效果。另外，通過將這樣的析出物送回流程中，不需要另外的廢棄物處理就可使析出物溶解。
在加溫部Z1，蒸汽通過第1圓盤1的蒸汽導(dǎo)入部5流入本采樣探頭，流經(jīng)流路Fa后，在處于第1圓盤1和第2圓盤2之間的流路Fb內(nèi)流動。在流路Fa及Fb的出口設(shè)有防止泄漏的O形密封環(huán)Ra及Rb。另外，在第1圓盤1和第2圓盤2之間設(shè)有附加的O形環(huán)(未圖示)。流過流路Fb的蒸汽通過第2圓盤2的流路Fc流入內(nèi)部空間配設(shè)有試樣流路A及試樣流路B的中空圓筒4內(nèi)，并通過蒸汽排出部9從本采樣探頭流出。冷卻部Z2位于加溫部Z1的正下部。在該加溫部Z1與冷卻部Z2之間不需要緩沖區(qū)。
(設(shè)有本試樣處理裝置的測定裝置的第1構(gòu)成例)下面，作為設(shè)有本試樣處理裝置(本采樣探頭)的測定裝置(以下稱為“本測定裝置”)，可以例舉利用另外的如圖1的虛線所示的檢測系統(tǒng)6、連接部7a和7b來連接上述本采樣探頭的構(gòu)成例?；旧鲜股鲜觥氨驹嚇犹幚硌b置的構(gòu)成例”中的試樣流路B1及B2具有與本采樣探頭外的檢測系統(tǒng)6連接的構(gòu)成，對于試樣處理系統(tǒng)具有與本采樣探頭相同的功能。
對于檢測系統(tǒng)6不僅可使用后述的紫外線吸光式的檢測系統(tǒng)，也可使用紅外線吸光式的檢測系統(tǒng)和傳熱式檢測系統(tǒng)、或使用溶液的離子電極式檢測系統(tǒng)和導(dǎo)電率檢測系統(tǒng)等適合測定成分或試樣特性的各種測定原理的檢測系統(tǒng)。
另外，在上述利用克勞斯法的硫回收流程中作為測定對象可以列舉H2S和SO2等，但并不局限于此。例如，對于天然氣處理流程，H2S和甲硫醇(CH3SH)、COS或CS2等成為檢測對象，對于紙和紙漿制造處理流程，除了H2S和SO2以外，CH3SH和硫化甲基((CH3)2S)等成為測定對象。
在此，可采用以下的步驟進(jìn)行試樣的采集及測定?；旧?，按照與上述“本試樣處理裝置的構(gòu)成例”中的本采樣探頭相同的步驟進(jìn)行操作。
(1)使電磁閥13開放，將規(guī)定量的抽吸器用流體通過電磁閥14及抽吸器用流體導(dǎo)入部8a導(dǎo)入試樣流路A1。
(2)此時，在試樣流路A1與試樣流路B1的結(jié)合部呈減壓狀態(tài)。
(3)在該減壓狀態(tài)下，通過與試樣流路B1及連接部7a至檢測系統(tǒng)6內(nèi)部的流路、還有連接部7b、試樣流路B2及試樣流路A2連續(xù)地連接的流路從試樣采集部S2吸取流程配管中的試樣。
(4)在冷卻狀態(tài)的試樣流路A2中，使吸取到的試樣中的硫等析出，其析出物附著在流路的壁部上而被除去后，將試樣通過加溫狀態(tài)的試樣流路B2及連接部7b導(dǎo)入檢測系統(tǒng)6內(nèi)，以供測定之用。此時，為了避免新的析出、使檢測系統(tǒng)6的分析免受干涉影響，最好檢測系統(tǒng)6也處于加溫狀態(tài)。
(5)測定后的試樣通過連接部7a及試樣流路B1與抽吸器用流體混合，經(jīng)由試樣流路A1返回流程配管內(nèi)。
(6)將該狀態(tài)維持規(guī)定時間，進(jìn)行了穩(wěn)定的測定后，使電磁閥14動作，從流路C切換至流路D，將抽吸器用流體導(dǎo)入試樣流路A2。
(7)此時，與上述(2)～(5)相同，在與試樣流路B2的結(jié)合部形成減壓狀態(tài)，可從試樣采集部S1吸取流程中的試樣并進(jìn)行測定。
(8)將該狀態(tài)維持規(guī)定時間，進(jìn)行了穩(wěn)定的測定后，使電磁閥14動作，將流路切換至上述(1)的狀態(tài)，周期性地重復(fù)以上操作。
如上所述，利用連通試樣流路A1及A2的流路形成檢測系統(tǒng)6，通過步驟(1)～(8)，可除去會導(dǎo)致檢測系統(tǒng)6的干涉影響等增大及隨之引起的測定精度下降的析出物，可提供高精度、長期穩(wěn)定性好、可連續(xù)測定的測定裝置。
(設(shè)有本試樣處理裝置的測定裝置的第2構(gòu)成例)圖2例示了設(shè)有本試樣處理裝置的測定裝置的第2構(gòu)成例。本測定裝置在本試樣處理裝置的冷卻部Z2中，在第1圓盤1與第2圓盤2之間附加了收容有檢測系統(tǒng)(具體而言是試樣單元部)6的第3圓盤3。將試樣單元部6用連通試樣流路A1及A2的流路來形成，并通過使3個圓盤構(gòu)成一體，可使測定裝置小型化、提高響應(yīng)，并且通過在第1圓盤1與第2圓盤2的中間形成加溫部，可使試樣單元部6的溫度穩(wěn)定、防止析出物的產(chǎn)生，進(jìn)而防止由此產(chǎn)生的干涉影響。在此，作為試樣單元部6例示說明采用紫外線吸光法的情況。采用紫外線吸光法的分析儀的詳細(xì)情況如后所述。
本測定裝置的具有自凈能力的直插本采樣探頭與上述試樣處理裝置相同，包括加溫部Z1及冷卻部Z2，加溫部Z1由3個法蘭圓盤和1個中空圓筒4構(gòu)成。第2圓盤2和中空圓筒4及冷卻部Z2的結(jié)構(gòu)功能與上述相同。如圖2所示，在第1圓盤1中，具有用于導(dǎo)入對加溫部Z1進(jìn)行加熱的蒸汽的蒸汽導(dǎo)入部5、用于向試樣單元6供給檢驗氣體、零點(diǎn)調(diào)整用氣體、校正計測器的最大刻度用氣體或/及清洗用氣體的導(dǎo)入部15。在第3圓盤3內(nèi)設(shè)有試樣單元部6。在試樣單元部6的兩端的連接部具有連接光纖纜線6a及6b的接口部6c及6d，該光纖纜線6a及6b用于利用紫外線吸光法測定流程試樣。對成對的第1圓盤1與第3圓盤3之間的流路Fb及第3圓盤3與第2圓盤2之間的流路Fd供給蒸汽，利用蒸汽的熱量形成加溫部Z1，可防止流程試樣的凝結(jié)。
此時，本測定裝置的測定動作與上述第1構(gòu)成例的測定裝置基本相同，但因試樣單元部6由連通試樣流路A1及A2的流路形成，且3個圓盤構(gòu)成一體，因而存在一些不同。以下主要說明其不同之處。
(1)使電磁閥13開放，將規(guī)定量的抽吸器用流體通過電磁閥14及抽吸器用流體導(dǎo)入部8a導(dǎo)入試樣流路A1。
(2)此時，在試樣流路A1與試樣流路B1的結(jié)合部呈減壓狀態(tài)。
(3)在該減壓狀態(tài)下，通過與試樣流路B1相連的試樣單元部6、試樣流路B2及試樣流路A2連續(xù)地連接的流路從試樣采集部S2吸取流程配管中的試樣。
(4)在冷卻狀態(tài)的試樣流路A2中，使吸取到的試樣中的硫等析出，其析出物附著在流路的壁部上而被除去后，將試樣通過加溫狀態(tài)的試樣流路B2導(dǎo)入試樣單元部6內(nèi)，以供測定之用。此時，為了避免新的析出，最好試樣單元部6也同樣處于加溫狀態(tài)。
(5)測定后的試樣通過試樣流路B1與抽吸器用流體混合，經(jīng)由試樣流路A1返回流程配管內(nèi)。
(6)將該狀態(tài)維持規(guī)定時間(例如數(shù)分鐘～數(shù)小時)，進(jìn)行了穩(wěn)定的測定后，使電磁閥14動作而切換流路，將抽吸器用流體導(dǎo)入試樣流路A2。
(7)此時，與上述(2)～(5)相同，在與試樣流路B2的結(jié)合部形成減壓狀態(tài)，可從試樣采集部S1吸取流程中的試樣并進(jìn)行測定。
(8)將該狀態(tài)維持規(guī)定時間，進(jìn)行了穩(wěn)定的測定后，使電磁閥14動作，將流路切換至上述(1)的狀態(tài)，周期性地重復(fù)以上操作。
這樣，通過將2個試樣處理系統(tǒng)的流路交替切換，可靠近流程配管采集流程試樣，可迅速地進(jìn)行測定，并且可利用反吹來凈化試樣處理系統(tǒng)。
作為試樣單元部6使用紫外線吸光式分析儀時，一般如圖3(A)～(C)所例示的那樣，形成由紫外線光源部61、試樣單元部6、紫外線檢測器63a或63b及分光元件64a～64c構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，通過利用紫外線檢測器63a或63b測定導(dǎo)入試樣單元部6內(nèi)的試樣中的測定成分對紫外區(qū)域的光(相當(dāng)于圖中的UV)的吸收量，從而可測定試樣中的測定成分的濃度。
在此，作為分光元件，如圖3(A)及(B)所示，可以列舉使單色器64a與光學(xué)狹縫64b組合，利用紫外線檢測器63a來檢測狹帶區(qū)域的紫外線的吸收量的類形。圖3(C)所示的類形使用作為分光元件的單色器64c，通過由多個檢測元件構(gòu)成的紫外線檢測器63b可在多個波長區(qū)域進(jìn)行檢測。
在本測定裝置中，將光纖6a及6b與試樣單元部6的兩端6c及6d連接好的試樣單元部6收容在第3圓盤3內(nèi)，將來自紫外線光源部61的紫外線通過光纖6a照射試樣單元部6，由紫外線檢測器63a或63b通過光纖6b檢測那里的吸光度的變化。因為本采樣探頭接近流程配管，可與容易受到熱輻射和振動等各種外部干擾影響的光學(xué)系統(tǒng)尤其是紫外線光源部61、紫外線檢測器63a或63b及分光元件64a～64c進(jìn)行分離，因而能確保測定精度高。
作為紫外線光源部61一般使用低壓水銀燈、氘燈、氙燈燈?？紤]到實(shí)用性或成本較多使用低壓水銀燈。另外，也可采用使紫外線光源部61以一定周期反復(fù)進(jìn)行開和關(guān)的所謂“調(diào)制”手段。
試樣單元部6考慮到其加工性及強(qiáng)度，可使用石英和玻璃或不銹鋼和鋁這樣的金屬管。其形狀如圖3(A)～(C)所示，單元長度根據(jù)測定成分的濃度而定，一般是1～500mm程度的圓筒形，但也較多使用在內(nèi)面設(shè)置透鏡進(jìn)行多次反射的實(shí)際長光路單元等。另外，也可使用石英制的方柱型的單元等。
對于所使用的紫外線的波長利用對其他共存成分的吸收少的波長區(qū)域。例如，H2S時使用的波長在210～220nm附近，SO2時在280～300nm附近。紫外線光源部61與紫外線檢測器63a或63b之間有時設(shè)有使上述波長區(qū)域有選擇地通過的稱為帶通濾波器(BPF)的光學(xué)濾波器，但本例中，如圖3(A)和圖3(B)所示，可以列舉通過使單色器64a與光學(xué)狹縫64b組合來選擇波長，利用紫外線檢測器63a檢測所選擇的波長的吸收量的方法；如圖3(C)所示，利用單色器64c進(jìn)行分光，利用陣列式紫外線檢測器63b在全波長對被分光后的波長的吸收量進(jìn)行監(jiān)視的方法。
作為紫外線檢測器63可使用光電倍增管和硅光電管或硅光電二極管，但光電倍增管一般來說靈敏度高但價貴，至今大多使用光電管和光電二極管。
在此，在第1圓盤1中，通過對作為校正氣體的零點(diǎn)調(diào)整用氣體和校正計測器的最大刻度用氣體(或校驗用氣體)進(jìn)行切換的電磁閥16、對校正氣體和清洗用氣體(蒸汽等)進(jìn)行切換的電磁閥17、及關(guān)閉用電磁閥18將校驗氣體、零點(diǎn)調(diào)整用氣體和校正計測器的最大刻度用氣體或清洗用氣體從導(dǎo)入部15導(dǎo)入。上游的電磁閥16～18對這些氣體的導(dǎo)入及切換進(jìn)行控制。具體而言，使電磁閥18動作，將校正氣體導(dǎo)入試樣單元部6內(nèi)，對紫外線吸光式分析儀進(jìn)行校正。另外，需要對試樣單元部6進(jìn)行清洗時，將蒸汽通過電磁閥17和18導(dǎo)入，流經(jīng)第1圓盤1導(dǎo)入第3圓盤3的試樣單元部6內(nèi)。導(dǎo)入試樣單元部6內(nèi)的蒸汽使試樣單元部6內(nèi)的析出物溶解，通過與試樣單元部6相連的試樣流路B1或B2與抽吸器用流體一起從試樣流路A1或A2排出。
在加溫部Z1，蒸汽通過第1圓盤1的蒸汽導(dǎo)入部5流入本采樣探頭，通過流路Fa在第1圓盤1與第2圓盤2之間的流路Fb內(nèi)流動。蒸汽進(jìn)一步通過設(shè)置在第3圓盤3內(nèi)的流路Fe在第3圓盤3與第2圓盤2之間的流路Fd中流動。在這些流路Fb及Fd的進(jìn)口和出口設(shè)有防止泄漏用的O形密封環(huán)Ra和Rb及Rc和Rd。在成對的第1圓盤1與第3圓盤3之間以及第3圓盤3與第2圓盤2之間設(shè)有附加的O形環(huán)(未圖示)。蒸汽流過第3圓盤3與第2圓盤2之間的流路Fd后，進(jìn)入第2圓盤2，通過流路Fc從第3圓盤3流出。蒸汽隨后流入收容有一部分抽吸器用流路A1及A2的中空圓筒4，與這些流路進(jìn)行熱交換，并通過蒸汽排出部9從本采樣探頭流出。
本測定裝置與本試樣處理裝置相同，在加溫部Z1的正下部具有由制冷劑冷卻的冷卻部Z2。在該加溫部Z1與冷卻部Z2之間不需要緩沖區(qū)域，在收容于冷卻部Z2之內(nèi)的一部分試樣流路A1及A2中使流程試樣中的凝結(jié)性成分凝結(jié)并析出。在冷卻部Z2沒有被捕捉、收集的霧氣在后級的加溫部Z1氣化，不會對試樣單元部的測定帶來干涉影響。
將試樣吸取切換為反吹功能時，高溫的蒸汽對已經(jīng)在配管系統(tǒng)中凝結(jié)的規(guī)定物質(zhì)(析出物)進(jìn)行清洗。此時切換所需的時間間隔為數(shù)分鐘～數(shù)小時，但在本測定裝置中，蒸汽充滿試樣單元部只需數(shù)秒。在該過渡時間內(nèi)，在試樣單元部6內(nèi)充滿蒸汽，分析儀可掌握暗電流或背景噪聲。同時，該狀態(tài)通常是正好在進(jìn)行抽吸器和反吹的切換時產(chǎn)生的，因而可與其聯(lián)動地對暗電流或背景噪聲進(jìn)行修正。即，本測定裝置可與抽吸器用流體的切換周期聯(lián)動地對測定系統(tǒng)的背景噪聲進(jìn)行校正。此時，導(dǎo)入試樣單元部的氣體不限定為抽吸器用流體，在該時刻通過使電磁閥17及18動作，導(dǎo)入清洗用氣體就可清洗試樣單元部即光學(xué)系統(tǒng)，并能以此時的檢測器輸出為基準(zhǔn)對測定系統(tǒng)的背景噪聲進(jìn)行校正。另外，根據(jù)需要，將校正氣體在該時刻導(dǎo)入，由此在缺測時間盡可能小的條件對測定裝置進(jìn)行校正。
流向試樣流路A1或A2的抽吸器用流體的流量極大，而試樣流量較小，因而能充分確保試樣流路A1或A2中的的清潔效果。
(將本試樣處理裝置實(shí)際安裝在流程配管上時的構(gòu)成例)下面用圖4表示本測定裝置實(shí)際安裝在流程配管上時的構(gòu)成例。圖中例示了將具有從試樣采集部S1、S2交替地吸取試樣、且交替地將抽吸器用流體排出的2個試樣處理系統(tǒng)的類型的本采樣探頭配設(shè)在流程管路上，將除去處理了凝結(jié)性物質(zhì)后的氣體導(dǎo)入試樣單元部6內(nèi)進(jìn)行檢測的測定裝置。除了上述本測定裝置那樣的構(gòu)成及功能以外，還設(shè)有控制器(相當(dāng)于控制部)20，對電磁閥13和14以及電磁閥16～18進(jìn)行控制，并對向與試樣單元部6連接的光纖6a和6b的輸入輸出進(jìn)行處理，而上述電磁閥13和14對作為抽吸器用流體的蒸汽的導(dǎo)入進(jìn)行控制，上述電磁閥16～18對校正氣體(包括校驗氣體)和清洗用氣體向試樣單元部6的導(dǎo)入進(jìn)行控制?？刂破?0不僅對本采樣探頭進(jìn)行各種控制，還具有維持檢測系統(tǒng)的部件例如紫外線光源部和紫外線檢測器等、甚至紫外線檢測器的輸出放大部和輸出變換器等測定裝置的性能所需的功能，并具有與外部之間的信號輸入輸出或電源供給功能。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性以上主要針對將本發(fā)明應(yīng)用于為了測定利用克勞斯法的硫回收流程中富硫環(huán)境而設(shè)計的具有驚人的自凈能力的本采樣探頭式的試樣處理裝置及測定裝置的情況進(jìn)行了說明，但即使對于煤焦油成分多的煤液化氣中的特定成分測定裝置等流程氣體等中組分類似的試樣和各種流程研究用等，也可應(yīng)用本試樣處理裝置及測定裝置。
權(quán)利要求
1.一種試樣處理裝置，其特征在于，包括抽吸器用流體導(dǎo)入路；一端側(cè)與抽吸器用流體導(dǎo)入路相連，另一端側(cè)與試樣采集部相連的至少2個試樣流路(A)；一端側(cè)與流過抽吸器用流體的試樣流路(A)相連，且另一端側(cè)與其他試樣流路A相連的試樣流路(B)；對試樣流路(A)的一部分進(jìn)行冷卻的冷卻部；以及用于對導(dǎo)入抽吸器用流體的試樣流路(A)進(jìn)行選擇切換的控制部，通過向至少1個試樣流路(A)導(dǎo)入抽吸器用流體，對該試樣流路(A)進(jìn)行清洗，同時從與其他試樣流路(A)相連的至少1個試樣采集部吸取試樣，使試樣在該試樣流路(A)中冷卻并將試樣中的特定成分凝結(jié)除去，然后將試樣導(dǎo)入試樣流路(B)，并以規(guī)定的周期對導(dǎo)入抽吸器用流體的試樣流路(A)進(jìn)行選擇切換。
2.如權(quán)利要求1所述的試樣處理裝置，其特征在于，所述抽吸器用流體為蒸汽。
3.如權(quán)利要求1或2所述的試樣處理裝置，其特征在于，所述試樣是克勞斯流程中的流程流體，至少所述試樣采集部直接插入流程配管中。
4.一種測定裝臂，其特征在于，該測定裝置設(shè)有權(quán)利要求1至3中任一項所述的試樣處理裝置，所述試樣流路(B)與試樣單元部相連。
5.如權(quán)利要求4所述的測定裝置，其特征在于，設(shè)有包含所述試樣流路(B)及試樣單元部的加溫部，可將該加溫部的溫度控制成比所述冷卻部高。
6.如權(quán)利要求5所述的測定裝置，其特征在于，將所述加溫部分割為具有導(dǎo)入加熱用流體、校驗用氣體、校正氣體或清洗用氣體用的流路的第1圓盤、收容有試樣單元部的第2圓盤、具有抽吸器用流體導(dǎo)入路的第3圓盤，將各個圓盤接合構(gòu)成所述加溫部。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項所述的測定裝置，其特征在于，將光纖與所述試樣單元部連接，通過檢測吸光度來測定試樣中特定成分的濃度。
8.如權(quán)利要求4至7中任一項所述的測定裝置，其特征在于，與所述工序的切換周期聯(lián)動，對測定系統(tǒng)的背景噪聲進(jìn)行校正。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能連續(xù)、長期穩(wěn)定地處理含有容易形成析出物的物質(zhì)的試樣的試樣處理裝置；以及設(shè)有該試樣處理裝置，能高精度、長期穩(wěn)定性好、連續(xù)地進(jìn)行測定的測定裝置。本發(fā)明的試樣處理裝置的特征在于，通過向至少1個試樣流路(A)導(dǎo)入抽吸器用流體，對該試樣流路(A)進(jìn)行清洗，同時從至少1個試樣采集部吸取試樣，使試樣在與該試樣采集部連接的該試樣流路(A)中冷卻并將試樣中的特定成分凝結(jié)除去，然后將試樣導(dǎo)入試樣流路(B)，并以規(guī)定的周期對導(dǎo)入抽吸器用流體的試樣流路(A)進(jìn)行選擇切換。
文檔編號G01N21/17GK101046481SQ20061016756
公開日2007年10月3日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者清水直仁, 遠(yuǎn)藤正彥, 井川實(shí), 陳波梁, 詹姆斯·E·唐妮 申請人:株式會社堀場制作所, 堀場儀器株式會社