DE2445124B2

DE2445124B2 - Vorrichtung zum Verbinden eines Massenspektrometer mit an ausgewählten Stellen einer zu überwachenden Anlage abzweigenden Probenentnahmeleitungen

Info

Publication number: DE2445124B2
Application number: DE2445124A
Authority: DE
Inventors: Claude Vienne Amblard (Frankreich)
Original assignee: Nationale Elf Aquitaine Sa Courbevoie (frankreich) Ste
Current assignee: Nationale Elf Aquitaine Sa Courbevoie (frankreich) Ste
Priority date: 1973-09-25
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1978-07-20
Also published as: JPS5061286A; DE2445124A1; CA1023472A; NL7411676A; JPS5740975B2; GB1459909A; FR2245249A5; BE819367A; IT1022244B; US3943363A; DE2445124C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Massenspektrometers mit an ausgewählten Stellen einer zu überwachenden Anlage abzweigenden Probenentnahmeleitungen, die jeweils über eine eigene, Filter und Ventile enthaltende Zweigleitung mit einem Probenstromumschalter verbunden sind, der jeweils eine der Zweigleitungen mit dem Eingang des Massenspektrometers verbindet.

Eine Vorrichtung dieser Art ist auf den Seiten 623 bis 629 des Buches »Massenspektrometrie« (Herausgeber: H. Kienitz), Verlag Chemie, Weinheim (1968) beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht eine Probenentnahme aus mehreren Gasströmen zur Analyse mittels Massenspektrometrie. Dabei wird eine zur analysierende Probe einem Probenstromumschalter über Rohrleitungen zugeführt, die Filter und Kondensatabscheider enthalten, die nur gasförmige Probenbestandteile zum Massenspektrometer gelangen lassen. Der Probenstromumschalter selbst dient zur selektiven Zuführung der verschiedenen Gasströme zum Massenspektrometer und wird seinerseits von einem Zeitgeber gesteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie auch die Überwachung von Anlagen mittels Massenspektrometrie ermöglicht, in denen die interessierenden Produkte sowohl in flüssiger als auch in gasförmiger Phase vorliegen können. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der Probenentnahmeleitungen einen konstanten Durchfluß aufweist und daß die Ausgangsseite des Probenstromumschalters eine ebenfalls auf konstanten Durchfluß eingestellte Sekundärleitung mit einer Entnahmezelle enthält, von

ι ο der eine beheizte Entnahmeleitung zu einem Behälter führt, der seinerseits mit dem Eingang des Massenspektrometers verbunden ist.

Die Erfindung ermöglicht den Aufbau einer automatisch arbeitenden Analysiervorrichtung auf massenspektrometrischer Grundlage, mit deren Hilfe sich an verschiedenen Stellen einer zu überwachenden Anlage anfallende Produkte in wiederholbarer Weise mit nur einem einzigen Massenspektrometer erfassen lassen. Sie bedient sich dabei unter anderem des aus »Analytical Chemistry«, Band 40 (1968), Seiten 1217 bis 1221, bekannten Prinzips der Leitungsbeheizung, um durch eine Vorheizung der Proben vor deren Einführung in das Massenspektrometer eine unveränderte Probenzusammensetzung auch bei mehrphasigen Probengemischen zu gewährleisten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutet, das zwei Probenentnahmeleitungen aufweist.

Die in der Zeichnung dargestellte Verbindungsvorrichtung dient zur Probenentnahme aus zwei Hauptleitungen 2 und 4, in denen zwei zu analysierende Gemische umgewälzt werden, wobei von der Hauptleitung 2 eine Probenentnahmeleitung B₁ und von der Hauptleitung 4 eine Probenentnahmeleitung B₂ abzweigt, von denen die Probenentnahmeleitung B₁ mit einem Stellventil 6 und einem Durchflußmesser 8 und die Probenentnahmeleitung B₂ mit einem Stellventil 10 und einem Durchflußmesser 12 versehen sind. Die zu analysierenden Gemische strömen in den verschiedenen Hauptleitungen 2 und 4 gemäß Pfeilen 14 bzw.

16. In der Probenentnahmeleitung B₁ folgt die Strömung Pfeilen 18 und 20 und in der Probenentnahmeleitung B₂ Pfeilen 22 und 24. Die Probenentnahmeleitungen B₁ und B₂ und eine Rohrleitung 44 sind an einen Rückgewinnungs- oder Rückführungstopf 25 angeschlossen, dessen Inhalt gemäß einem Pfeil 27 zur zu überwachenden Anlage zurückgeführt wird. Jede der Probenentnahmeleitungen B₁ bzw. B₂ ist über Filter 26 bzw. 28 und über Absperrventile 34 bzw. 32 an die Eingänge 2' bzw. 1' eines Probenstrom-Umschalters 30 angeschlossen. Der Probenstromumschalter 30 verbindet je nach seiner Ansteuerung über zwei Magnetventile 36 und 38 entweder seinen Eingang 1' oder seinen Eingang 2' mit einer Sekundärleitung T. Dazu ist der Probenstromumschalter 30 als Schieberventil ausgebildet. Wenn das Magnetventil 36 erregt wird, wird der Eingang 1' des Probenstromumschalters 30 an die Sekundärleitung T angeschlossen; wenn das Magnetventil 38 erregt wird, wird der Eingang 2' des Probenstromumschalters 30 mit dem Aus-

«5 gang und damit mit der Sekundärleitung T verbunden; die Sekundärleitung T verbindet den Ausgang des Probenstromumschalters 30 mit einer Entnahmezelle 40. Das den Probenstromumschalter 30 steu-

ernde Druckgas stammt aus einer (nicht dargestellten) Gasversorgung und strömt gemäß Pfeil 41. Die Entnahmezelle 40 ist mit einem Ausgang versehen, an den eine weitere Sekundärleitung T" anschließt, die mit einem DruckfluBmengenstellventil V und einem Durchflußmesser 42 versehen ist. Die Sekundärleitung T" führt die verschiedenen in die Entnahmezelle 4C eingeführten Komponenten zu einer Rohrleitung 44, die ihren Rücktransport in die zu überwachende Anlage übernimmt. Die Entnahmezelle 40 ist mit ei- ίο nem Druckmesser 46 für den Gasdruck in der Entnahmezelle 40 versehen, der die Öffnung des Stellventils V über eine elektrische Verbindung 48 a steuert. Die Entnahmezelle 40 ist weiter über eine Entnahmeleitung T" mit einem Absperrventil V" verbunden, das seinerseits über ein Absperrglied 48 und eine Kapillare 50 mit einem Behälter E verbunden ist, die durch einen um ihre Außenfläche gewendeltea elektrischen Widerstandsdraht 52 beheizbar wird. Eine Spannungsquelle ist über Klemmen 54 und 56 an den elektrischen Widerstandsdraht 52 angeschlossen. Der Behälter E ist mit (nicht dargeteilten) Pumpen versehen, die mit dem Behälter E über Absperrglieder 58 und 60 verbunden sind. Der gleiche Behälter E ist mit einer Ionisationskammer eines Massenspektrometers 62 über ein Absperrglied 64 verbunden,, das darüber hinaus über einen Zweigarm 66 das Messen der Leckgase und des Gasdruckes im Behälter E erlaubt. Wenn die Zusammensetzung des Gemisches, das durch die Hauptleitung 2 strömt, gemessen werden soll, wird das Stellventil 6 so verstellt, daß eine konstante und charakteristische Durchflußmenge durch die Probenentnahmeleitung B₁ erreicht wird, dann wird das Absperrventil 34 so geöffnet, daß der Eingang 2' des Probenstromumschalters 30 mit der Probe versorgt ist, das aus der Probenentnahmeleitung B₁ stammt; dann wird das Magnetventil 38 betätigt und steuert die Verbindung des Eingangs 2' mit der Sekundärleitung 7"; die Gasdurchflußmenge in die Entmahmezelle 40 wird mittels des Stellventils V eingestellt, das durch den Druckmesser 46 gesteuert wird; die Heizeinrichtung 52 wird gleichzeitig mit dem öffnen des Absperrventils V" an Spannung gelegt und damit ein Teil der in der Entnahmezelle 40 enthaltenem Probe dem Behälter E zugeführt. Nach 4s einer ausreichenden Durchströmungs- oder Spülzeit wird das Magnetfeld im Massenspektrometer 62 erregt, um die verschiedenen Komponenten des Gemisches aus verschiedenen Massen zu analysieren.

Als Anwendungsbeispiel für die Erfindung sei die Überwachung eines Dampfkrackeirs beschrieben. Die Beladung des Dampfkrackers besteht aus Naphtha (leichtes Gasöl) und Äthan, das aus der Fraktionierung des C₂-Schnitts stammt. Die mit einer Zahl bezeichneten C-Schnitte bezeichnen Rohrleitungen, in denen jeweils ein Gasgemisch strömt, das die gleiche Anzahl von Kohlenstoffatomen in jedes- Gemischkoinponente enthält, wie es die dem Buchstaben C des Schnitts folgende Zahl angibt. Auf diese Weise strömen im C₂-Schnitt Gase, die zwei Kohlenstoffatome aufweisen, wie Azetylen, Äthylen und Äthan.

In zwölf Analysezweigen sind folgende Analysen möglich:

1. des C₂-Schnitts vor dem Durchtritt durch Hydrierreaktoren,

2. des C₂-Schnitts nach dem Durchtritt durch die Hydrierreaktoren,

3. des Wasserstoffgases vor einer Joule-Thomson-Entspannung,

4. des Wasserstoffgases nach der Joule-Thomson-Entspannung,

5. des Versorgungsgases für die öfen des Dampfkrackers,

6. des durch das Kraftwerk erzeugten Gases,

7. des vom Reaktor beim Dampfkracken gelieferten Gases,

8. des C₃-Schnitts nach dem Hydrierreaktor,

9. des Fackelgases der Einheit,

10. des Leichtbenzins des Abschnitts der Hydroaufbereitung,

11. des Mittelbenzins des Abschnitts der Hydroaufbereitung,

12. der Ausströmungen am Ausgang der Kracköfen.

Der Eingangsdruck für den Probenstromumschalter 30 liegt etwa 1,3 bar über dem Atmosphärendruck. Der geregelte Druck in der Entnahmezelle 40 ist etwa 70 mbar. Die Gasdurchflußmenge durch die Entnahmezelle ist etwa 12 l/min. Die Durchflußmenge durch die Kapillare 50 zur Entnahme ist etwa 1-2 l/min, und das für diese Durchflußmenge für das Massenspektrometer 62 gewählte Auflösungsvermögen ist etwa 300. Dieser Wert ist ausreichend zur quantitativen Analyse von Stoffen, von Wasserstoff bis Naphthalin. Die Analysendauer beträgt 45 s für die C₂-Schnitte und 2 min für die Ausströmung am Ausgang des Ofens.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verbinden eines Massenspektrometer mit an ausgewählten Stellen einer zu überwachenden Anlage abzweigenden Probenentnahmeleitungen, die jeweils über eine eigene, Filter und Ventile enthaltende Zweigleitung mit einem Probenstromumschalter verbunden sind, der jeweils eine der Zweigleitungen mit dem Eingang des Massenspektrometers verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Probenentnahmeleitungen (B₁, B₂) einen konstanten Durchfluß aufweist und daß die Ausgangsseite des Probenstromumschalters (30) eine ebenfalls auf konstanten Druckfluß eingestellte Sekundärleitung (T, V) mit einer Entnahmezelle (40) enthält, von der eine beheizte Entnahmeleitung ( 7^V") zu einem Behälter (E) führt, der seinerseits mit dem Eingang des Massenspektrometers (62) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Entnahmeleitung (T") eine beheizte Kapillare (50) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung ein die jeweilige Leitung umgebendes gewendeltes Kupferrohr mit veränderbarer Steigung vorgesehen ist, in dem ein Hochtemperaturfluid strömt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung ein die jeweils zu beheizende Leitung konzentrisch umgebendes und von einem Hochtemperaturfluid durchströmtes Rohr vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochtemperaturfluid erhitzter Wasserdampf unter hohem Druck ist.