CN1886182A - 用于测量气体管线内气体中的硫元素的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于测量气体管线内气体中存在的硫元素的等级的装置和方法。该装置可包括：与气体管线可分离连接具有第一端和第二端的入口配件；与入口配件的至少一端可分离连接的探针，探针适于插入到来自气体管线的气体流内以回收在探针外表面的凝结成分；以及部分设置在探针内以向探针提供冷却媒介的管线。该方法可包括以下步骤：采集来自气体管线的含硫元素气体的样品，其中当气体管线可操作时，通过凝结气体管线内的一些或全部含硫元素气体到探针的表面上将样品采集到探针的外表面上，探针可移开地放置在来自气体管线的气体流内；将硫元素与样品中其它元素分离得到硫元素的量；以及分析采集的硫元素的量。当与先前建议的装置和方法相比时，本发明的用于测量在气体管线内气体中存在的硫元素的等级的装置和方法具有以下优点：提供硫元素的精确测量，能够区别游离的硫元素和其它含硫化学剂中的硫，并且对于在加工工厂应用，尤其是加压气体管线中使用是实用且有效的。
Description
相关申请
这个非临时专利申请主张在2003年10月3日提交的，共同未决的美国临时专利申请No.60/508,507的利益，在本文中通过参考结合其全文。
技术领域
本发明涉及气体的取样，更特别地，涉及用于测量在气体管线内气体中存在的硫元素的等级的装置和方法。
背景技术
已知气体管线内的气体中硫元素的存在对于工作在气体加工系统的工程师来说是高度重要的。气体管线内的硫元素蒸汽可以在气体管线内或进一步下游处经受凝结或沉积，并且产生许多问题，包括不安全、不可靠操作以及增加的维修费用。在加工单元操作中凝结或沉积的硫可以导致腐蚀加速和/或由硫沉淀物产生的阻塞，硫沉淀物可以中断气体加工工厂的正常操作，并且在一些情况下要求工厂停工并将气体转移到其它工厂。这些类型的中断代表安全上的危险并且经常导致环境问题。例如，如果阻塞材料必须转移到炉坑，可能产生不希望的化学烟尘。另外，中断是昂贵的并且经常要求人力去定位并消除阻塞材料。因此，具有测量气体管线内气体中硫元素的量的能力以避免这些及其它问题是希望的。
用于测量在气体管线内气体中存在的硫元素的量的不同的装置和方法已经建议；然而，它们效率较低并且具有许多缺点。例如，这些装置和方法不能提供精确的测量，部分因为硫元素通常以非常小的量存在，即，百万分之几或十亿分之几。同样，可用的分析技术和仪器仅测量在气体中存在的全部硫，并没有区别游离硫元素和其它含硫化学剂中的硫，尤其在含硫石油气系统中。进一步，这些先前建议的装置和方法并不特别适于测量在加压气体管线内气体中的硫元素的等级。为此，已经先前建议使用取样气缸。然而，因为硫元素蒸汽在低于52摄氏度时凝结，当从用于实验室分析的加压气体管道取得气体样品时，硫在取样气缸的内壁上凝结，从而使取样气缸无效率。已完成并建议实验室仿真。然而，这些仿真在高受控环境内完成并包括硫粉末的蒸发，并且在例如涉及加压气体流的真实世界应用中并不显得实用或精确。
因此，在本发明开发前没有用于测量在气体管线内气体中硫元素的单一的装置和方法，该装置和方法提供了硫元素的精确测量，能够区分游离的硫元素和其它含硫化学剂中的硫，并且当在加工工厂的应用，尤其在加压气体管线内使用时是实用且有效的。因此，本技术寻找到用于测量气体管线内气体中的硫元素的装置和方法，该装置和方法提供了硫元素的精确测量，可以区分游离的硫元素和其它含硫化学剂中的硫，并且当在加工工厂应用，尤其在加压气体管线内使用时是实用且有效的。
发明内容
根据本发明，上述优点已经通过用于测量气体管线内气体中存在的硫元素的本方法达到。本发明的这个方面包括以下步骤：采集来自气体管线中含硫元素气体的样品，其中当气体管线可操作时通过将在气体管线内的一些或全部含硫元素气体凝结到探针的表面上将样品采集到探针的外表面上，探针可移开地放置到来自气体管线的气体流内；将硫元素与样品中的其它种类(species)分离得到硫元素的量；以及分析采集的硫元素的量。本发明的优选实施例包括冷却探针以促进在探针外表面上的气体蒸汽的凝结。本发明的优选实施例包括使用在探针内部的内部冷却剂以冷却探针。本发明的优选实施例为内部冷却剂是冷却水。本发明的优选实施例是将硫元素与样品中的其它种类分离的步骤进一步包括：用溶剂清洗探针以基本上移除在探针的外表面上除了硫元素的所有种类；将探针浸没在二硫化碳中；在二硫化碳中溶解探针上的硫元素；以及蒸发二硫化碳。
根据本发明的另一方面，上述优点还通过用于测量在气体管线内流动的气体中硫元素的等级的本方法达到。本发明的这个方面可以包括以下步骤：将探针插入到来自气体管线的气体流内；采集来自在探针的外表面上的气体的可凝结成分的样品；从来自气体管线的气体流移除探针；将样品中的硫元素与样品中存在的其它种类分离以形成硫元素的量；以及分析采集的硫元素的量。本发明的优选实施例包括冷却探针以促进在探针的外表面上的气体蒸汽的凝结。本发明的优选实施例为内部冷却剂用于冷却探针。本发明的优选实施例为内部冷却剂是冷却水。
根据本发明的另一方面，上述优点还通过用于采集来自气体管线的凝结的硫的本装置达到。本发明可以包括：与气体管线可分离连接具有第一端和第二端的入口配件；与入口配件的至少一端可分离连接的探针，并且探针适于插入到来自气体管线的气体流内以回收在探针外表面上的凝结成分；以及部分设置在探针内用于向探针提供冷却媒介的管线。本发明的优选实施例是外壳与入口配件的至少一端可分离连接。本发明的优选实施例是管线设置在外壳、入口配件以及探针内。本发明的优选实施例是外壳具有管线进口以及管线出口。本发明的优选实施例是入口配件是工业标准尺寸。
根据本发明的另一方面，上述优点还通过用于采集来自气体管线的凝结硫的本装置达到，气体管线具有设置其上的一个或多个取样点。本发明可以包括探针盒；与探针盒可分离连接的探针，并且探针适于插入到来自气体管线的气体流内以回收在探针外表面上的凝结成分；设置在探针盒和在气体管线上的取样点之间用于将来自气体管线的气体传递到探针盒的第一管段；以及设置在探针盒和在气体管线上的取样点之间用于将没有回收凝结成分的气体从探针盒传递到气体管线的第二管段。本发明的优选实施例包括部分设置在探针内用于向探针提供冷却媒介的管线。
当与先前建议装置和方法比较时，本发明用于测量在气体管线内气体中存在的硫元素的等级的装置和方法具有以下优点：提供硫元素的精确测量，可以区别游离硫元素和其它含硫化学剂中的硫，并且对于在加工工厂的应用，尤其是加压气体管线中使用是实用且有效的。
附图说明
图1是根据本发明实施例的用于测量气体管线内气体中的硫元素的装置的部分截面图。
图2是根据本发明实施例的用于测量气体中的硫元素的装置的部分截面图，其连接到气体管线上的入口配件上。
图3是根据本发明实施例的用于测量气体中的硫元素的装置的部分截面图，其连接到气体管线上的取样点或通气口点上。
虽然将结合优选实施例描述本发明，应当理解，其并不意图将本发明限定到那个实施例。正相反，其意图覆盖包括在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有备选、修改以及等同物。
具体实施方式
图1中显示了根据本发明用于测量气体管线内气体中存在的硫元素的装置10。装置10包括特别设计的、直径优选为大约1.3″以及长度优选为大约3″、5″或8″的探针20。探针20与连接到气体管线的标准为2″的例如COSASCO配件的入口配件30(未示)的底部接合。优选地，探针20装入入口配件30的底部，并且探针的外表面20暴露在气体管线内。在特定实施例中，将对气体管线加压。装置10还包括与入口配件30的顶部接合的上部40。优选地，上部40装入到入口配件30的顶部。内部冷却剂，例如冷却水，通过冷却剂管线55在或接近上部40的顶部处进入装置10。在图1所示的优选实施例中，冷却剂管线55经上部40和入口配件30向探针20供应冷却水。冷却水通过直径优选为大约1/4″的进口管50进入冷却剂管线55。冷却水在探针20的内部释放并冷却探针的外表面20。在所示的实施例中，冷箱或其它冷却机构可以用于减少在冷却剂管线55内的冷却水的温度。然而，可以利用其它机构冷却装置10的部件并且对装置10的部件提供温度控制。离开探针20的冷却水通过在上部40内的直径优选为1/4″的冷却剂出口管60离开装置10。
图2说明了如一般在气体加工设施中所见的装置的优选实施例。标准为2″的入口配件30连接在气体管线80上。图2所示的入口配件是COSASCO类型配件。探针20连接到入口配件30的底部32并且部分设置在气体管线80的内部以便与气体管线80内的气体流接触。装置10的上部40连接到入口配件30的上部34上。
用于测量在气体管线80内的硫元素的量的程序包括经由标准入口配件30将装置10连接到气体管线80，探针20部分设置在气体管线80的内部。来自气体管线80的凝结气体样品采集到探针的外表面20上。装置10运用了“指形冷冻器”概念，其中冷却剂管线55用于将探针20冷却到允许气体管线80内的蒸汽凝结并采集到探针的外表面20上的温度。一旦探针20设置在气体管线80内，探针20优选为保持在这个位置至少24小时以允许其尽可能在气体管线80内的气体中暴露。在至少24小时的暴露之后，探针20将从气体管线80移除。探针20将被视觉检测任何液体凝结物的存在。任何这种凝结物将溶解在不能溶解硫的有机溶剂中，优选为二甲苯(二甲基苯dimethylbenzene)，以移除探针20的外面除了硫元素的所有凝结的种类。在优选实施例中，移除的凝结种类是C6+的碳氢化合物。一旦液体凝结物溶解，探针20将浸没在预先称重的容器中或喷涂二硫化碳(CS2)以溶解硫元素。优选地，取决于探针20的尺寸，将使用大约250-500ml的二硫化碳(CS2)。这个程序将在具有良好通风的通风橱内完成。一旦硫元素溶解，探针20将从容器移除，并且CS2将允许自然蒸发不需要加热，在容器内仅剩余硫元素。一旦所有CS2蒸发，将对容器及其内含物称重。容器及其内含物的重量和单独容器的初始的预先称重的重量差代表在24小时暴露时间过程中采集的来自气体管线80的硫的量。这个结果可以通过计算探针20的表面积以及估算在24小时暴露时间过程中经过计算面积的气体体积用于确定气体管线80内的每气体体积的硫的等级。
图3说明了本发明利用取样点或通气口点90、92得到来自气体管线内80气体中的硫元素的样品的实施例。当气体管线80不具有如COSASCO型配件的入口配件，或入口配件安装在不方便或不适当的位置时使用取样点或通气口点90、92。取样点或通气口点90、92允许来自气体管线80的气体流离开气体管线80，通过外管95流动并与探针20接触且通过附加外管98流动并重新进入气体管线80。根据本实施例，来自加压气体管线80的气体进入第一取样点或通气口点90。取样点或通气口点90优选为与管95可分离连接。气体从样品点90通过到管95内。当在管95内时，使用压力调节器82减少气体压力，优选为大约30psi。可以使用如压力计86监控管95内的气体压力。在大约30psi，气体中的硫元素在或接近其凝结点。减少的压力气体传递到内部设置有探针20的探针盒72。优选地，气体在接近探针盒72的底部进入，并且来自气体的在或接近其凝结点的硫元素在探针的外表面20上凝结。优选地，探针20可以从探针盒72移除以便在探针的外表面20上采集的硫元素样品可以回收。优选地，在压力调节器82处发生的压力减少将足以单独允许硫元素在探针的外表面20上凝结。然而，如果需要附加冷却以促进凝结，探针的外表面20可以使用如前所述的“指形冷冻器”概念(例如冷却水)冷却。一旦硫元素凝结在探针20上，剩余的未凝结的气体优选为接近盒72的顶部离开探针盒72，并且通过管98传输到第二取样点或通气口点92以沉积回到气体管线80内。在特定实施例中，第一取样点90和第二取样点92可以是相同的取样点。
优选地，管95内的气体流速使用流量计84调节并且通过例如流量指示计88监控。优选地，气体流速将大约是150ml/min。使用这个近似流速，根据本发明实施例使用取样管线或通气口点90、92安装探针20可以在24小时的暴露内检测气体中百万分之一的硫元素。
由于显而易见的修改和等同物对于本领域的技术人员是明显的，可以理解，本发明并不限于所示和所描述的结构、操作、确切材料或实施例的确切详细资料。因此，本发明仅由附加权利要求的范围限制。
Claims (17)
1.一种用于测量气体管线内气体中硫元素的等级的方法，所述方法包括：
采集来自所述气体管线的含硫元素气体的样品，其中当所述气体管线可操作时，通过将所述气体管线内的至少一些所述含硫元素气体凝结在探针的表面上将所述样品采集到所述探针的外表面上，所述探针可移开地放置到来自所述气体管线的气体流内；
将所述硫元素与所述样品中其它种类分离以确定硫元素的量；以及
分析采集的所述硫元素的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步包括：
冷却所述探针以促进在所述探针的外表面上的气体蒸汽的凝结。
3.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于：内部冷却剂用于冷却所述探针。
4.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于：所述内部冷却剂是冷却水。
5.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于：将所述硫元素与所述样品中其它种类分离的步骤进一步包括：
用溶剂清洗所述探针以移除在所述探针的外表面除了硫元素的所有种类；
将所述探针浸没在二硫化碳中；
在所述二硫化碳中溶解所述探针上的所述硫元素；以及
蒸发所述二硫化碳。
6.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于：用于清洗所述探针的所述溶剂是二甲苯。
7.一种用于测量气体管线内流动的气体中硫元素的等级的方法包括：
将探针插入到来自所述气体管线的气体流内；
采集所述探针的外表面上的所述气体的可凝结成分的样品；
将所述探针从来自所述气体管线的所述气体流中移除；
将所述样品中的所述硫元素与所述样品中存在的其它种类分离以形成硫元素的量；以及
分析采集的所述硫元素的量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：进一步包括：
冷却所述探针以促进在所述探针的外表面上的气体蒸汽的凝结。
9.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于：内部冷却剂用于冷却所述探针。
10.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于：所述内部冷却剂是冷却水。
11.一种用于采集来自气体管线的凝结的硫的装置包括：
与所述气体管线可分离连接的入口配件，所述入口配件具有第一端和第二端；
与所述入口配件的至少一端可分离连接的探针，所述探针适于插入到来自所述气体管线的气体流内以回收在所述探针外表面上的凝结成分；以及
部分设置在所述探针内用于向所述探针提供冷却媒介的管线。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：进一步包括与所述入口配件的至少一端可分离连接的外壳。
13.根据前述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于：所述管线设置在所述外壳、所述入口配件和所述探针内。
14.根据前述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于：所述外壳具有管线进口和管线出口。
15.根据前述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于：所述入口配件是工业标准尺寸。
16.一种用于采集来自气体管线的凝结硫的装置，所述气体管线具有设置在其上的一个或多个取样点，所述装置包括：
探针盒；
与所述探针盒可分离连接的探针，所述探针适于插入到来自气体管线的气体流内以回收在所述探针外表面上的凝结成分；
设置在所述探针盒和所述气体管线上的取样点之间用于将来自所述气体管线的气体传送到所述探针盒的第一管段；以及
设置在所述探针盒和在所述气体管线上的取样点之间用于将没有回收凝结成分的气体从所述探针盒传送到所述气体管线的第二管段。
17.根据前述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于：进一步包括部分设置在所述探针内用于向所述探针提供冷却媒介的管线。
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