JP2009518652A - 独立型クロマトグラフィシステム - Google Patents

Abstract

独立型クロマトグラフィシステムが提供され且つクロマトグラフィカラムと、キャリアガスを収容しているキャリアガス貯蔵部と、分析物流れ処理装置とを包含しており、その場合にキャリアガス貯蔵部はクロマトグラフィカラムの上流側に配置されており且つ分析物流れ処理装置はクロマトグラフィカラムの下流側に配置されている。独立型クロマトグラフィシステムを実現する方法が提供され、且つクロマトグラフィカラムの上流側に第一システム圧力を及びクロマトグラフィカラムの下流側に第二システム圧力を発生させてキャリアガス貯蔵部と分析物流れ処理装置との間でキャリアガスの流れを発生させることを包含している。本方法は、更に、サンプル物質をキャリアガスと結合させ、その結合されたサンプルをクロマトグラフィカラムへ導入して分析物流れを発生させ、且つ分析物流れ処理装置を介して分析物流れを処理することを包含している。
【選択図】 図１

Description

本開示は、大略、流体の評価に関するものであって、より詳細には、独立型クロマトグラフィシステムを使用して流体の組成の決定に関するものである。

炭化水素生成現場は、典型的に、石油と、ガスと、水との混合物からなる地下流体を包含しており、これらの成分間の相関係は該流体の圧力、温度及び組成によって制御される。石油業界にとって市場的に興味にある多様な流体特性、例えば貯蔵部内の流体のタイプ及び品質を決定するためにこれらの流体を分析し且つ評価することが望ましい。このことを達成する１つの態様は、地下地層流体のサンプルを地表へ取り出し且つ該流体を分析して例えばガスクロマトグラフィ等の知られている事実を使用してその組成を決定することである。

ガスクロマトグラフィは、材料サンプルの化学的組成を同定するための良く知られた方法であり、且つ抽出されるべき地下流体を構成する化学的組成を同定するためにクロマトグラフィを使用する石油業界等の化合物の同定に依存する多様な業界において適用が見出されている。ガスクロマトグラフィプロセスは、材料サンプルを気化させてクロマトグラフィカラム内へ導入させることが関与し、該材料サンプルは、窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）又はヘリウム（Ｈｅ）等の不活性なガスからなる移動相の流れによって該カラムを介して搬送される。該材料サンプルは該キャリアガスを介して該カラムを介して搬送されるが、該分析物の運動は分析物分子の固定相上への吸着によって抑制される。

典型的にガスクロマトグラフィシステムに使用される少なくとも２つの良く知られたタイプがあり、即ち充填カラム及びキャピラリーカラムである。充填カラムは、細かく分割した固体支持材料（例えば、珪素土）を包含しており、それは固定相でコーティングすることが可能であり、その場合に該コーティング物質の性質は強く吸着されるべき物質のタイプに依存する。このことは、充填カラムを別個の特定のタイプの化合物に対して調節することを可能とする。一方、キャピラリーカラムは、非常に小さな内径（十分の数ｍｍの程度）を有しており、且つそのカラムの壁は活性物質でコーティングされている。例えば、殆どのキャピラリーカラムはポリイミドの外側コーティングを有する溶融シリカ、又はステンレススチール、から構成されており、且つ柔軟性がある傾向があり、小さなコイルに巻着させることが可能な非常に長いカラムとすることを可能とする。

そうであるから、分子が該カラムに沿って進行するレートは吸着の強度に依存し、それは、更に、分子のタイプ及びカラム物質に依存する。分子の各タイプは異なる進行レートを有しているので、サンプル材料の種々の成分は、該カラムに沿って進行する間に分離され、従って、該カラムの端部に異なる時間において到達する。次いで、検知装置を使用して該カラムからの分析物の出力流れをモニタして該カラムから出る分析物の量及び該分析物が該カラムを通り過ぎるのにかかる時間を決定する。次いで、これらの物質は、通常、それらが該カラムから出て来る順番によって及び該カラム内の該分析物の滞留時間によって同定することが可能である。

然しながら、残念なことに、地中貯留部からの地層流体の表面への取り出しは不所望な結果を有している場合がある。例えば、石油流体のサンプルが高温及び高圧にある地中から抽出された後に、それらは地表へ運び、搬送容器へ転送し且つ分析のために離れた研究所へ輸送させねばならない。これらの操作に関連する変化する温度及び圧力は流体における変化をもたらす場合があり、そのうちの幾つかは不可逆的なものである。更に、圧力容器における洩れ及び圧力容器間での転送も流体の組成を変化させる傾向がある。これらの流体特性における顕著且つ不可逆的な変化は地層流体の実際の特性を正確に評価する能力を減少させる。

地中貯留部から地表への地層流体の取り出しに関与する別の不所望な結果は、興味のある地層へサンプリングツールを走行させ、地層内の流体のサンプルを取り出し且つ該流体の組成の完全性に影響すること無しに流体サンプルを分析することに関与する時間及びコストを包含している。このことを達成する１つの方法は、種々の装置を使用して地層流体サンプルの圧力を維持することが関与し、例えばＭａｓｓｉｅ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，３３７，８２２号（１９９４）、Ｍｃｈａｅｌｓ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，３０３，７７５号（１９９４）、Ｍａｉｃｈａｅｌｓ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，３７７，７５５号（１９９５）、及びＲｅｉｎｈａｒｄｔの米国特許第６，４３９，３０７号（２００２）を参照すると良く、尚これらはそれらの全体を引用によりここに取り込む。

流体組成の完全性を妥協すること無しに地層流体の所望の分析を達成するための１つの方法は、ボアホールクロマトグラフィ技術を使用して地層流体のダウンホール特性が関与し、尚Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ ｅｔ ａｌ．の米国特許第４，７３９，６５４号（１９８８）及びＳｔｏｒｍ及びＲｉｃｈａｒｄｓｏｎのＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０１／４０３７２（２００１）を参照すると良い。このことは、井戸穿孔内にダウンホールクロマトグラフを配置させ且つサンプル流体を該クロマトグラフ内に導入させることにより達成することが可能であり、その場合に該クロマトグラフは供給パイプライン（即ち、地表からのワイヤライン）、ダウンホールタービン／オルタネーター電源を介して又はバッテリ装置を介して電力供給することが可能である。次いで、該クロマトグラフは地層流体サンプルの組成を分析し且つその結果を地表へ通信する。然しながら、残念なことに、現在のダウンホールクロマトグラフィ装置及び技術についても幾つかの問題が存在している。例えば、Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ ｅｔ ａｌ．の米国特許第４，７３９，６５４号（１９８８）は、主張されているように、ダウンホールクロマトグラフィ技術を開示しているが、そこに開示されている方法及び装置は現場において実現することは不可能なものであり、というのは、厳しい欠点があり、即ちガス取扱い格納部及び廃棄技術が不適切なものである。

１つの問題はキャリアガスの取扱いが関与する。従来のガスクロマトグラフィシステムにおいては、キャリアガスは消耗品であり、それは、典型的に、高圧タンクから供給され、カラムを介して流され且つ大気中に排気されるものであり、その場合にカラムを介してのガスの流量は解釈可能なクロマトグラムを発生させるために一定なものでなければならない。研究所及びその他の地表システムにおいて、カラムを介しての一定の流量はカラムに沿っての一定の圧力降下を維持することにより確保され、その場合にカラムの高圧端部におけるフローライン圧力を制御するためにガス調整器が使用され、且つ該カラムの低圧端部は大気圧力に通気されている。残念なことに、このタイプのキャリアガスシステムは幾つかの理由によりボアホール適用例に対しては適切なものではない。

第一に、ワイヤライン、穿孔中のロキング（ＬＷＤ）又は海底ツールにおける消耗品ガスの使用は現在好ましいものではなく、何故ならば、それらはこれらのガスを工場及び貯留所へ搬送することを必要とするからである。更に、ツールが遠隔地、例えば沖合プラットフォームにおける多数の作業に対して必要とされる場合に、物流が更に厄介なものとなる。第二に、大気との接触がない場合には、カラムを一度通り抜けるとキャリアガスの廃棄に対し無限の貯留所は存在しない。第三に、現在のシステム及び方法はクロマトグラフィカラムに沿って一定の圧力勾配を維持することは不可能である。

従って、遠隔位置においてのサンプル分析が可能な独立型クロマトグラフィシステムを提供することが本発明の１つの目的である。本発明の更なる目的は、ダウンホールサンプル分析用の独立型クロマトグラフィシステムを提供することである。本発明の更なる目的は、改良したガス取扱いシステムを具備するクロマトグラフィシステムを提供することである。更に、本発明の更に別の目的とするところは、ガスクロマトグラフィシステムの出口において改良した圧力調整手段を具備するクロマトグラフィ技術を提供することである。

独立型クロマトグラフィシステムが提供され、それは分析されるべき材料サンプルとキャリアガスとを結合する形態とされているクロマトグラフィ装置を包含しており、その場合に、該クロマトグラフィ装置は該材料サンプルと該キャリアガスとの結合を処理して分析物の流れを発生させる。更に、第一システム圧力にあるキャリアガスを収容しているキャリアガス貯蔵部が提供され、その場合に該キャリアガス貯蔵部は該クロマトグラフィ装置の上流側に配置される。分析物流れ処理装置も設けられ、その場合に該分析物流れ処理装置は該クロマトグラフィ装置の下流側に配置されて第二システム圧力にある分析物の流れを受取り且つ処理し、その場合に該第一システム圧力は、該分析物の流れが所望の流量において該クロマトグラフィカラムを介して流れるように第二システム圧力よりも一層高い。

独立型クロマトグラフィシステムを実現する方法を記載するが、その場合に、該独立型クロマトグラフィシステムは、クロマトグラフィカラム、キャリアガスを収容しているキャリアガス貯蔵部、分析物流れ処理装置を包含している。該キャリアガス貯蔵部は該クロマトグラフィカラムの上流側に配置され且つ該分析物流れ処理装置は該クロマトグラフィカラムの下流側に配置される。本方法は、更に、該クロマトグラフィカラムの上流側に第一システム圧力を且つ該クロマトグラフィカラムの下流側に第二システム圧力を発生させ、該第一システム圧力と第二システム圧力との間に圧力勾配が存在して該キャリアガスをして該キャリアガス貯蔵部と該分析物流れ処理装置との間において所定の流量で流させる。本方法は、更に、サンプル材料とキャリアガスとを結合させて結合させたサンプルを発生し且つ該結合されたサンプルをクロマトグラフィカラムへ導入して分析物流れを発生させることを包含しており、その場合に該結合されたサンプルは所定の流量で該クロマトグラフィカラムを通り抜ける。本方法は、又、該分析物流れを所定の流量で該分析物流れ処理装置内へ導入させ且つ該分析物流れ処理装置を介して該分析物流れを処理することを包含している。

独立型クロマトグラフィシステムを実現する方法も記載するが、その場合に、該独立型クロマトグラフィシステムは、キャリアガスを収容しているキャリアガス貯蔵部を包含しており、且つ該キャリアガス貯蔵部はクロマトグラフィカラムから上流側に配置されている。本方法は、サンプル材料をキャリアガスと結合させて結合されたサンプルを発生し且つ該結合されたサンプルをクロマトグラフィカラムへ導入して分析物流れを発生させることを包含している。本方法は、又、クロマトグラフィカラムから上流側に第一システム圧力及び該クロマトグラフィカラムから下流側に第二システム圧力を発生させることを包含しており、該第一システム圧力と該第二システム圧力との間には圧力勾配が存在しており、該結合されたサンプルをして所定の流量で該クロマトグラフィカラムを通り抜けさせる。更に、本方法は、所定の流量で該分析物流れを該独立型クロマトグラフィシステムを介して流させて処理することを包含している。

本発明によれば、上述した欠点は、ＧＣＳカラムを介してのキャリアガスの流れの所望のレートを維持し及び／又はＧＣＳカラムを通り抜けた後に該キャリアガスを適切に取扱うことが可能な遠隔的に動作可能な独立型ガスクロマトグラフィシステム（ＧＣＳ）を介して対処することが可能である。ここに開示されるように、ＧＣＳカラムを介してのキャリアガスの流れの所望のレートを維持することは、圧力調整器、流れポンプ及び／又は「圧力貯留部」、例えば固定温度メタルハイドライド貯留部を使用して多様な方法及び／又は装置を介して達成することが可能である。更に、ここに開示するように、ＧＣＳカラムを通り抜けた後のキャリアガスの適切な取扱いは、フィルタ、廃棄物容器、使用済キャリアガスを追い出すためのフローライン及び／又は酸化／電解装置等のキャリアガス浄化装置等の多様な方法及び／装置を使用することにより達成することが可能であることが意図されている。

ＧＣＳカラムを介してのキャリアガスの流れの所望のレートを維持するために使用することが可能な１つのアプローチは、「圧力貯蔵部」又はメタルハライド物質からなる場合のある等圧（一定圧力）貯留部を使用することが関与する場合があり、その場合に、該貯留部はクロマトグラフィカラムに対して上流側及び／又は下流側に配置させることが可能である。このタイプの貯留部は有用である場合があり、何故ならば、メタルハイドライド物質（それは高密度で水素を格納している）が温度及び／又は圧力等の多様な要因に応答して水素を容易に吸着及び／又は脱着させるからである。メタルハイドライドは、典型的に、遷移及び／又は稀土類金属の合金であり、それはメタルハイドライド物質と接触している水素ガスの温度及び圧力に依存する水素対金属比（Ｈ／Ｍ）としてしばしば呼称される連続的に変化する水素含有を有している化合物又は化合物の混合物を形成する。

これらの吸着／脱着特性は図１を参照して理解することが可能であり、それは３つの固定された温度レベルに対しての異なる量の水素を有する環境内に配置されたメタルハイドライド物質に対する組成線図１００を示しており、その場合にこの組成線図１００は環境内に配置されているメタルハイドライド物質の水素対金属比（Ｈ／Ｍ）に関する圧力Ｐの影響を例示している幾つかの領域を包含している。図示したように、組成線図１００は水素対金属比（Ｈ／Ｍ）に基づいて３つの相領域、即ちα相領域（α＋β）相領域及びβ相領域に分割されている。

α相領域にある間は、水素対金属比（Ｈ／Ｍ）は比較的低い。然しながら、貯留部の水素圧力Ｐが増加すると、メタルハイドライド物質は水素を吸着し、水素対金属比（Ｈ／Ｍ）を増加させる。同様の態様で、β相領域にある間に、水素ガスが該貯留槽へ付加されると、該貯留槽の水素圧力Ｐも増加し且つメタルハイドライド物質が水素を吸着して水素対金属比（Ｈ／Ｍ）を増加させ、且つ水素ガスが該貯留部に継続的に付加される場合には、究極的に水素がメタルハイドライド物質における全ての可能な箇所を占有し、その後に更に水素を吸着することは不可能であり且つ水素対金属比（Ｈ／Ｍ）が最大となる。

一方、（α＋β）相領域にある間に、貯留部への水素ガスの付加は水素対金属比（Ｈ／Ｍ）を増加させるが、メタルハイドライド物質は一定の水素圧力、即ち平坦な圧力を貯留部内において維持し、その場合に、該平坦な圧力の大きさは該貯留部の温度及び使用されているメタルハイドライド物質のタイプに依存する。そうであるから、水素ガスが該貯留部に該付加される場合には、メタルハイドライド物質は、継続的に水素を吸着することにより該貯留部内の一定のガス圧力を継続して維持する。逆に、水素ガスが該貯留部から抜き取られる場合には、メタルハイドライド物質は継続的に水素を脱着することにより該貯留部における一定のガス圧力を維持する。

ガスクロマトグラフィシステムの動作は既知の流量を必要とすることは良く知られており、且つこの流量を確保する１つの態様は、ガスクロマトグラフィカラムの上流側及び／又は下流側の圧力を制御することによるものである。流量は時折変化し、所定の又は制御されたプログラムに従って変化するので、これらの圧力も変化する場合がある。メタルハイドライドと接触している水素ガスの圧力を変化させる１つの態様は、貯留部の温度を変化させることによるものである。これが可能である理由は、貯留部温度が増加する場合に、メタルハイドライド相線図の平坦部が図２に示したようにより高い圧力へ移動する。従って、上流側及び／又は下流側ガス貯留部において使用される金属はそれらの温度依存性等圧又は平坦部圧力に従って選択されるべきである。然しながら、ダウンホールツール部品の温度を抵抗ヒーターによって大気温度より高く上昇させることは比較的簡単であるが、ダウンホールツール部品の温度を大気温度より低く低下させることは比較的困難である。従って、最大の予測される大気温度より高い所望の特性を有しているメタルハイドライドは適切な候補と考えられる。例えば、最大で２００℃の大気温度において動作せねばならないダウンホールガスクロマトグラフィシステムを考えると、その場合には、クロマトグラフの下流側貯留部は１気圧（０．１ＭＰａ）の一定の圧力に維持されるべきである。図２を参照すると、種々のメタルハイドライドに対する組成平坦域の温度及び圧力を示しており、約２１０℃の温度において０．１ＭＰａにある水素ガスとＬａＮｉ_３．５Ａｌ_１．５と平衡状態にあるように見える。そうであるから、上の拘束条件が与えられると、ＬａＮｉ_３．５Ａｌ_１．５は下流側貯留部に対する候補となる。

上の説明に鑑み、固定した温度に対して水素対金属比（Ｈ／Ｍ）の範囲にわたり一定の圧力を維持するメタルハイドライド物質の特性は、クロマトグラフィカラムから上流側及び／又は下流側において所望の圧力を維持するために使用することが可能な固定温度等圧貯留部を形成するために使用することが可能である。図３を参照すると、クロマトグラフィカラムの上流側及び／又は下流側において一定のキャリアガス圧力を維持する独立型クロマトグラフィシステム２００の第一実施例が示されており、且つ第一圧力Ｐ_１にあるキャリアガス２０４を収容する第一キャリアガス貯留部２０２、圧力調節装置２０６、ガスクロマトグラフィ装置２０８、第二キャリアガス貯留部２１０、ポンプ装置２１２及び濾過装置２１４を包含しており、その場合に、第一キャリアガス貯留部２０２は第一キャリアガス貯留部インレット２１６及び第一キャリアガス貯留部アウトレット２１８を包含しており、且つ第二キャリアガス貯留部２１０は第二キャリアガス貯留部インレット２２０及び第二キャリアガス貯留部アウトレット２２２を包含している。独立型クロマトグラフィシステム２００は、第一キャリアガス貯留部アウトレット２１８が圧力調節装置２０６及びガスクロマトグラフィ装置２０８を介して第二キャリアガス貯留部インレット２２０と連通しており、且つ第二キャリアガス貯留部アウトレット２２２がポンプ装置２１２及び濾過装置２１４を介して第一キャリアガス貯留部インレット２１６と連通しているように構成されている。

図４を参照すると、ガスクロマトグラフィ装置２０８は、クロマトグラフィカラム２２８を介して検知装置２２６と連通している注入器装置２２４を包含することが可能である。図示したように、該注入器装置２２４は、分析されるべきサンプル材料２３０及び圧力調節装置２０６を介して第一キャリアガス貯留部アウトレット２１８からのキャリアガス２０４を受取る構成とされており、そのことは注入器装置２２４内に第二圧力Ｐ_２を形成し、その場合にＰ_１とＰ_２との間の圧力勾配がキャリアガス２０４が制御された状態で注入器装置２２４内に流入することを可能とするように第一圧力Ｐ_１は第二圧力Ｐ_２よりも一層大きい。理解すべきことであるが、圧力調整装置２０６はオプションの装置である場合があり且つクロマトグラフィカラム２２８を介しての流量をより良く制御するために設けられる場合がある。次いで、結合させたサンプル物質２３０及びキャリアガス２０４をクロマトグラフィカラム２２８内に導入させることが可能であり、且つクロマトグラフィカラム２２８からの分析物流れ出力Ｒ_ｆは検知装置２２６によって検知され、それは分析物流れ出力Ｒ_ｆに応答してデータを発生する。検知装置２２６及び／又はクロマトグラフィカラム２２８は、分析物流れ出力Ｒ_ｆを第二キャリアガス貯留部インレット２２０を介して第二キャリアガス貯留部２１０内へ導入させる構成とすることが可能である。

理解すべきことであるが、第二キャリアガス貯留部２１０は第三圧力Ｐ_３を発生するためにメタルハイドライド物質に応答して所定の温度に維持される所定のメタルハイドライド物質を包含しており、その場合に、第三圧力Ｐ_３は、Ｐ_２とＰ_３との間の圧力勾配が、分析物流れＲ_ｆが制御可能な状態でクロマトグラフィカラム２２８を介して第二キャリアガス貯留部２１０内へ流入することを可能とするように、第二圧力Ｐ_２よりも一層低い。ポンプ装置２１２は、ポンプ２１２と第一キャリアガス貯留部２０２との間に第四圧力Ｐ_４を発生するために動作させることが可能であり、その場合に、第四圧力Ｐ_４は、Ｐ_４とＰ_１との間の圧力勾配が、分析物流れＲ_ｆが濾過装置２１４を介して制御可能な状態で流れることを可能とするように第一圧力Ｐ_１よりも一層大きく、該濾過装置２１４は、分析物流れＲ_ｆから何等かの汚染物及び／又は不純物を濾過し且つ維持し、且つ残りのキャリアガスは第一キャリアガス貯留部２０２内へ流れることを許容する。

理解すべきことであるが、第一キャリアガス貯留部２０２及び第二キャリアガス貯留部２１０のうちの少なくとも１つは、等圧貯留部とすることが可能であり、それは、少なくとも、部分的には水素等のキャリアガスを制御可能な状態で吸着／脱着するクラスの物質から構成されている。このクラスの物質は、粉末状及び／又は焼結状メタルハイドライド物質のような所望の最終目的に適した何等かの物質及び／又は物質の結合を包含することが可能である。

クロマトグラフィカラムを介しての所望のキャリアガスの流量を維持するために使用することが可能な別のアプローチは、クロマトグラフィカラムからの流出物（分析物及び水素等のキャリアガス）を燃焼させることによりクロマトグラフィカラムの下流側端部において低圧力を維持するために酸化セルを使用することが関与する場合がある。例えば、該キャリアガスが水素である場合には、該流出物は、殆ど水素から構成されており且つ燃焼生成物は主に水である。そうであるから、燃焼プロセス期間中に、分析物内の水素と炭素とが酸化されて、夫々、水及び二酸化炭素となる。更に、硫黄及び窒素酸化物がガス相汚染物として残される場合があり且つニッケル及びバナジウム等のトレース金属の酸化物が固体として残される場合がある。該固体は、濾過することが可能であり且つ該水は凝縮器を介してガス相汚染物から分離することが可能であり且つ電解セル内にポンプ入力させることが可能であり、その場合に、小さな体積の汚染ガス及び固体が酸化セル内に残存する場合がある。次いで、該電解セルは該水を水素と酸素とに分解し且つ標準の２アーム（ｔｗｏ−ａｒｍ）電解セルをガス状生成物を別々に回収するために使用することが可能である。該水素はキャリアガスとして再使用することが可能であり且つ該酸素は将来の酸化のために酸化セルへ戻すことが可能である。

図５を参照すると、クロマトグラフィカラムの上流側及び／又は下流側において一定のキャリアガス圧力を維持する独立型クロマトグラフィシステム３００の第二実施例が示されており、且つキャリアガス貯留部圧力Ｐ_１にあるキャリアガス３０４を収容するキャリアガス貯留部３０２、圧力調節装置３０６、ガスクロマトグラフィ装置３０８、酸化／電解装置３１０及びポンプ装置３１２を包含しており、その場合に、キャリアガス貯留部３０２はキャリアガス貯留部インレット３１４及びキャリアガス貯留部アウトレット３１６を包含しており、且つ酸化／電解装置３１０は酸化／電解装置インレット３１８及び酸化／電解装置アウトレット３２０を包含している。独立型クロマトグラフィシステム３００は、第一キャリアガス貯留部アウトレット３１６が圧力調節装置３０６及びクロマトグラフィ装置３０８を介して酸化／電解装置インレット３１８と連通しており且つ酸化／電解装置アウトレット３２０がポンプ装置３１２を介してキャリアガス貯留部インレット３１４と連通しているように構成されている。

図６を参照すると、ガスクロマトグラフィ装置３０８は、クロマトグラフィカラム３２６を介して検知装置３２４と連通している注入器装置３２２を包含することが可能である。図示したように、注入器装置３２２は、分析されるべきサンプル物質３２８及びキャリアガス３０４を注入器装置３２２内に第二圧力Ｐ_２を形成する圧力調整装置３０６を介してキャリアガス貯留部アウトレット３１６から受取る構成とされており、その場合に第一圧力Ｐ_１は、Ｐ_１とＰ_２との間の圧力勾配が、キャリアガス３０６が制御可能な状態で圧力調整装置３０６を介して注入器装置３２２内に流入することを可能とするように第二圧力Ｐ_２よりも一層大きい。理解すべきことであるが、圧力調整装置３０６はオプションの装置とすることが可能であり且つクロマトグラフィカラム３２６を介しての流量をより良く制御するために設けることが可能である。結合されたサンプル物質３２８及びキャリアガス３０４はクロマトグラフィカラム３２６内へ導入させることが可能であり、且つクロマトグラフ３２６からの分析物流れ出力Ｒ_ｆは検知装置３２４によって検知され、該検知装置３２４は分析物流れ出力Ｒ_ｆに応答してデータを発生する。検知装置３２４及び／又はクロマトグラフィカラム２３６は、酸化／電解装置インレット３１８を介して分析物流れ出力Ｒ_ｆを酸化／電解装置３１０内に導入させる構成とすることが可能であり、その場合に、酸化／電解装置３１０は、水ポンプ３３４を介して且つ酸素帰還経路３３６を介して電解セル３３２と連通している酸化セル３３０を包含することが可能である。

第一実施例と同様の態様において、注入器装置３２２は、分析されるべきサンプル物質３２８及び圧力調整装置３０６を介してキャリアガス貯留部アウトレット３１６からのキャリアガス３０４とを受取る構成とされている。第三圧力Ｐ_３がクロマトグラフィカラム３２６の下流側において発生され、尚Ｐ_２は、Ｐ_２とＰ_３との間の圧力勾配が、該分析物流れを制御可能な状態でクロマトグラフィカラム３２６を介して、検知装置３２４を介して流れることを可能とするように、Ｐ_３より一層大きい。検知装置３２４及び／又はクロマトグラフィカラム３２６は、酸化／電解装置インレット３１８を介して分析物流れ出力Ｒ_ｆを酸化セル３３０内へ導入させる構成とすることが可能である。

分析物流れ出力Ｒ_ｆが酸化セル３３０内へ導入されると、分析物流れＲ_ｆは酸化セル３３０内に含有されている酸素と相互作用して酸化反応を起こさせ、その結果エネルギを解放させる（即ち、燃焼）。そうであるから、分析物流れＲ_ｆ内の水素及び炭素は、夫々、水及び二酸化炭素へ酸化され、一方ニッケル及びバナジウム等の付加的な固体及び硫黄及び窒素酸化物等のガス相汚染物も生成される。該水は酸化セル３３０内の濾過装置を介して該固定から分離され且つ該ガス相汚染物は、凝縮器等の酸化セル３３０内の相分離装置を介して分離され、且つ該水は水ポンプ３３４を介して電解セル３３２内へ流れるように指向される。小さいな体積の固体及び汚染ガスが酸化セル３３０の燃焼室内に残存する。次いで、該水は水素と酸素とに分解され且つ標準の２アーム電解セルを使用して該水素と酸素とを別々に回収する。次いで、該酸素は将来の酸化において再使用するために酸素帰還経路３３６を介して酸化セル３３０へ戻され且つポンプ装置３１２を動作させてポンプ装置３１２とキャリアガス貯蔵部３０２との間に第四圧力Ｐ_４を発生させ、その場合に第四圧力Ｐ_４は、Ｐ_４とＰ_１との間の圧力勾配が、回収された水素が制御可能な状態で電解セル３３２からキャリガス貯蔵部３０２内へ流れることを可能とするように第一圧力Ｐ_１よりも一層大きい。

クロマトグラフィカラムを介してのキャリアガスの所望の流量を維持するために使用することが可能な別のアプローチは、クロマトグラフィカラムにわたって圧力勾配を維持し且つクロマトグラフィカラムの下流側においてキャリアガスを取扱うために、ポンプ装置、流れ制御装置及び濾過装置を使用することが関与する場合がある。

図７を参照すると、クロマトグラフィカラムの上流側及び／又は下流側において一定のキャリアガス圧力を維持する独立型クロマトグラフィシステム４００の第三実施例が「閉」システム形態において示されており、且つキャリアガス貯蔵部プレッシャーＰ_１においてキャリアガス４０４を収容するキャリアガス貯蔵部４０２、圧力調整装置４０６、ガスクロマトグラフィ装置４０８、流れ制御器装置４１０、ポンプ装置４１２及び濾過装置４１４を包含しており、その場合にキャリアガス貯蔵部４０２は、キャリアガス貯蔵部インレット４１６とキャリアガス貯蔵部アウトレット４１８とを包含しており且つ流れ制御器装置４１０は流れ制御器装置インレット４２０と流れ制御器装置アウトレット４２２とを包含している。独立型クロマトグラフィシステム４００は、キャリアガス貯蔵部アウトレット４１８が圧力調節装置４０６及びガスクロマトグラフィ装置４０８を介して流れ制御器装置インレット４２０と連通しており且つ流れ制御器装置アウトレット４２２がポンプ装置４１２及び濾過装置４１４を介してキャリアガス貯蔵部インレット４１６と連通しているように構成されている。

図８を参照すると、ガスクロマトグラフィ装置４０８は、クロマトグラフィカラム４２８を介して検知装置４２６と連通している注入器装置４２４を包含することが可能である。図示したように、注入器装置４２４は、分析すべきサンプル物質４３０及び圧力調整装置４０６を介してキャリアガス貯蔵部アウトレット４１８からのキャリアガス４０４とを受取る構成とされており、そのことは注入器装置４２４内に第二圧力Ｐ_２を形成し、その場合に第一圧力Ｐ_１は、Ｐ_１とＰ_２との間の圧力勾配がキャリアガス４０４を制御可能な状態で圧力調整装置４０６を介して注入器装置４２４内へ流入することを可能とするように第二圧力Ｐ_２よりも一層大きい。注意すべきことであるが、圧力調整装置４０６は、オプションとしての装置とすることが可能であり且つクロマトグラフィカラム４２８を介しての流量をより良く制御するために設けることが可能である。結合されたサンプル物質４３０及びキャリアガス４０４は、クロマトグラフィカラム４２８内へ導入させることが可能であり且つ流れ制御器装置４１０が動作されてクロマトグラフィカラム４２８の下流側に第三圧力Ｐ_３を発生させ、その場合にＰ_２は、Ｐ_２とＰ_３との間の圧力勾配が、分析物流れが制御可能な状態でクロマトグラフィカラム４２８を介し、検知装置４２６を介し流れ制御器装置４１０内へ流入することを可能とするようにＰ_３よりも一層大きい。ポンプ装置４１２は、第四圧力Ｐ_４を発生させるべく動作させることが可能であり、その場合に第四圧力Ｐ_４は、Ｐ_４とＰ_１との間の圧力勾配が分析物流れＲ_ｆが制御可能な状態で濾過装置４１４を介して流れることを可能とするように第一圧力Ｐ_１よりも一層大きく、濾過装置４１４は分析物流れＲ_ｆ内の汚染物及び／又は不純物を濾過し且つ維持することによってキャリアガス４０４を回復させ且つキャリアガス４０４を再使用のためにキャリアガス貯蔵部４０２内へ指向させ、その場合に不純物は濾過装置４１４内に残される。

図９を参照すると、理解すべきことであるが、補助貯蔵部４６０を設け且つダンピング装置として作用させ且つ流量の安定性を改善させるために流れ制御器装置４１０とポンプ装置４１２との間に配置させることも可能である。更に、流れ制御器装置４１０及び／又はクロマトグラフィカラム流量は、流れ制御器装置４１０の下流側で圧力が変化する場合であっても、クロマトグラフィカラム４２８を介しての所望の流量が維持されるように、クロマトグラフィカラム４２８及び／又は検知装置４２６の構成に応答する態様で選択することが可能である。

図１０を参照すると、クロマトグラフィカラムの上流側及び／又は下流側において一定のキャリアガス圧力を維持する独立型クロマトグラフィシステム５００の第四実施例が「開」システム形態において示されており、且つキャリアガス貯蔵部圧力Ｐ_１においてキャリアガス５０４を収容するキャリアガス貯蔵部５０２、圧力調整装置５０６、ガスクロマトグラフィ装置５０８、流れ制御器装置５１０、ポンプ装置５１２、廃棄物容器５１４を包含しており、その場合に排気ガスは圧縮させ且つ廃棄物容器５１４内に格納させるか、又は排気ガスはシステム５１６の外部へ追い出すことが可能である。キャリアガス貯蔵部５０２はキャリアガス貯蔵部アウトレット５１８を包含しており且つ流れ制御器装置５１０は流れ制御器装置インレット５２０と流れ制御器装置アウトレット５２２とを包含している。独立型クロマトグラフィシステム５００は、キャリアガス貯蔵部アウトレット５１８が圧力調整装置５０６及びガスクロマトグラフィ装置５０８を介して流れ制御器装置インレット５２０と連通しており且つ流れ制御器装置アウトレット５２２は廃棄物容器５１４及び／又はフローライン５１６と連通しているように構成されている。

図１１を参照すると、ガスクロマトグラフィ装置５０８は、クロマトグラフィカラム５２８を介して検知装置５２６と連通している注入器装置５２４を包含することが可能である。図示したように、注入器装置５２４は、分析されるべきサンプル物質５３０及び圧力調整装置５０６を介してキャリアガス貯蔵部アウトレット５１８からのキャリアガス５０４を受取る構成とされており、圧力調整装置５０６は注入器装置５２４内に第二圧力Ｐ_２を形成し、その場合に、第一圧力Ｐ_１はＰ_１とＰ_２との間の圧力勾配がキャリアガス５０４が制御可能な状態で圧力調整装置５０６を介して注入器装置５２４内へ流入することが可能であるように第二圧力Ｐ_２よりも一層大きい。理解すべきことであるが、圧力調整装置５０６はオプションの装置とすることが可能であり且つクロマトグラフィカラム５２８を介しての流量をより良く制御するために設けることが可能である。結合されたサンプル物質５３０及びキャリアガス５０４はクロマトグラフィカラム５２８内へ導入させることが可能であり、且つ流れ制御器装置５１０はクロマトグラフィカラム５２８の下流側に第三圧力Ｐ_３を形成すべく動作させることが可能であり、その場合に、Ｐ_２は、Ｐ_２とＰ_３との間の圧力勾配が、分析物流れが制御可能な状態でクロマトグラフィカラム５２８から流出し、検知器装置５２６を介して流れ制御器装置５１０内へ流入することを可能とするようにＰ_３よりも一層大きい。ポンプ装置５１２は、第四圧力Ｐ_４を発生させるべく動作させることが可能であり、その場合に、第四圧力Ｐ_４は、Ｐ_４とＰ_１との間の圧力勾配が、分析物流れＲ_ｆが制御可能な状態で廃棄物容器５１４及び／又はフローライン５１６のいずれかに流入することを可能とするように第三圧力Ｐ_３よりも一層大きい。

第一実施例におけるように且つ図１２を参照すると、ダンピング装置として作用し且つ流量の安定性を改善させるために流れ制御器装置５１０と流れポンプ５１２との間に補助容器５６０を設け且つ配置させることが可能である。更に、流れ制御器５１０及び／又はカラム流量は、流れ制御器装置５１０から下流側において圧力が変化する場合であっても、クロマトグラフィカラム５２８を介しての所望の流量が維持されるように、クロマトグラフィカラム５２８及び検知器装置５２６の構成に応答する態様で選択することが可能である。

理解すべきことであるが、独立型クロマトグラフィシステム２００又は３００は、所望によりポンプ装置２１２又は３１２を包含する場合も包含しない場合もあり、その場合にキャリアガスは所望の最終目的にとって適切な任意の方法及び／又は装置を介してキャリアガス貯蔵部２０２又は３０２へ指向させることが可能である。例えば、独立型クロマトグラフィシステム２００の第一実施例においては、測定期間中に水素は圧力Ｐ_３において貯蔵部２１０内に蓄積することが可能である。１つ又はそれ以上の測定が完了した後に、メタルハイドライドの温度が上昇して圧力Ｐ_４を発生する場合がある。貯蔵部２１０の温度及び圧力が高められている間にクロマトグラフィカラム２２８からのガスの逆流を防止するために貯蔵部２１０の上流側にバルブを配置することが可能である。従って、圧力Ｐ_４を発生するためにポンプ２１２は必要ではない。

別の例として、独立型クロマトグラフィシステム３００の第二実施例においては、ポンプ装置３１２が省略された場合には、キャリアガスは、圧力Ｐ_１にある電解セル３３２を動作させることによりキャリアガス貯蔵部３０２へ指向させることが可能である。

図１３を参照すると、独立型クロマトグラフィシステム２００，３００，４００，５００を実現するための方法６００を例示したブロック図が示されている。独立型クロマトグラフィシステム２００，３００，４００，５００はクロマトグラフィカラム２２８，３２６，４２８，５２８と、キャリアガス２０４，３０４，４０４，５０４を収容しているキャリアガス貯蔵部２０２，３０２，４０２，５０２と、分析物流れ処理装置２１０，３１０，４１０，５１０を包含しており、その場合にキャリアガス貯蔵部２０２，３０２，４０２，５０２はクロマトグラフィカラム２２８，３２６，４２８，５２８の上流側に配置されており且つ分析物流れ処理装置２１０，３１０，４１０，５１０はクロマトグラフィカラム２２８，３２６，４２８，５２８の下流側に配置されている。方法６００は、動作ブロック６０２に示したように、クロマトグラフィカラム２２８，３２６，４２８，５２８の上流側において第一システム圧力を及びクロマトグラフィカラム２２８，３２６，４２８，５２８の下流側において第二システム圧力を発生させることを包含している。第一システム圧力及び第二システム圧力は、第一システム圧力と第二システム圧力との間に圧力勾配が存在してキャリアガス２０４，３０４，４０４，５０４をキャリアガス貯蔵部２０２，３０２，４０２，５０２と分析物流れ処理装置２１０，３１０，４１０，５１０との間において制御可能な且つ所定の流量で流させるようなものである。

方法６００は、更に、動作ブロック６０４に示したように、結合されたサンプルを発生させるためにサンプル物質２３０，３２８，４３０，５３０とキャリアガス２０４，３０４，４０４，５０４を結合させることを包含している。結合されたサンプルはクロマトグラフィカラム２２８，３２６，４２８，５２８内へ導入されて、動作ブロック６０６に示されているように、分析物流れを発生し、その場合に結合されたサンプルは所定の流量でクロマトグラフィカラム２２８，３２６，４２８，５２８を通り抜ける。次いで、分析物流れは動作ブロック６０８に示したように分析物流れ処理装置２１０，３１０，４１０，５１０内へ導入させることが可能であり且つ、動作ブロック６１０に示したように、分析物流れ処理装置２１０，３１０，４１０，５１０を介して処理することが可能である。理解すべきことであるが、処理は、該分析物流れの加圧、純化及び／又は廃棄のうちの少なくとも１つを包含することが可能である。

本発明を例示的実施例を参照して説明したが、本発明の範囲を逸脱すること無しに種々の変更を行うことが可能であり且つ均等物で置換させることが可能であることは当業者にとって理解されるべきである。更に、本発明の範囲から逸脱することなしに本発明の教示に対し特定の状態又は物質を適用させるために多くの修正を行うことが可能である。従って、本発明は本発明を実施するために意図された最善のモードとして開示された特定の実施例に制限されることを意図したものではなく、本発明は特許請求の範囲内に入る全ての実施例を包含するものである。更に、特別に記載されていない限り、第一、第二等の用語の使用は特定の順番又は重要性を示すものではなく、第一、第二等の用語は１つの要素を別の要素から区別するために使用されているものである。

低温メタルハイドライドに対する水素等温線の特性を例示したグラフ図。 種々のメタルハイドライドに対する温度及び圧力組成プラトー（平坦領域）を例示したグラフ図。 独立型クロマトグラフィシステムの第一実施例を例示した概略ブロック図。 図３における独立型クロマトグラフィシステムを例示した概略ブロック図。 独立型クロマトグラフィシステムの第二実施例を例示した概略ブロック図。 図５における独立型クロマトグラフィシステムを例示した概略ブロック図。 独立型クロマトグラフィシステムの第三実施例を例示した概略ブロック図。 図７の独立側クロマトグラフィシステムを例示した概略ブロック図。 補助体積を具備する図７の独立型クロマトグラフィシステムを例示した概略ブロック図。 独立型クロマトグラフィシステムの第四実施例を例示した概略ブロック図。 図１０の独立型クロマトグラフィシステムを例示した概略ブロック図。 補助体積を具備する図１０の独立型クロマトグラフィシステムを例示した概略ブロック図。 独立型クロマトグラフィシステムを実現するための方法を例示した概略ブロック図。

Claims (26)

1. 独立型クロマトグラフィシステムにおいて、
   分析すべき材料サンプルとキャリアガスとを結合させる形態とされているクロマトグラフィ装置であって、前記材料サンプルと前記キャリアガスとの結合を処理して分析物流れを発生させるクロマトグラフィ装置、
   前記キャリアガスを第一システム圧力において収容するキャリアガス貯蔵部であって、前記クロマトグラフィ装置の上流側に配置されているキャリアガス貯蔵部、
   分析物流れ処理装置であって、第二システム圧力において前記分析物流れを受取り且つ処理するために前記クロマトグラフィ装置の下流側に配置されており前記第一システム圧力は前記分析物流れを所望の流量で前記クロマトグラフィカラムを介して流させるために前記第二システム圧力より一層大きい分析物流れ処理装置、
   を有している独立型クロマトグラフィシステム。
2. 請求項１において、前記分析物流れ処理装置が少なくとも１個の圧力貯蔵部を包含しており、前記圧力貯蔵部は所定の温度で処置されたメタルハイドライド物質から少なくとも部分的に構成されている独立型クロマトグラフィシステム。
3. 請求項１において、前記キャリガスは前記キャリアガス貯蔵部と少なくとも１個の圧力貯蔵部との間の圧力差を介して前記キャリアガス貯蔵部へ戻される独立型クロマトグラフィシステム。
4. 請求項１において、更に、前記流量を安定化させるために前記クロマトグラフィシステム内に配置されている補助的貯蔵部を有している独立型クロマトグラフィシステム。
5. 請求項１において、更に、前記クロマトグラフィカラムに対して上流側及び下流側位置のうちの少なくとも１つに配置されている少なくとも１個の圧力調節装置を有している独立型クロマトグラフィシステム。
6. 請求項１において、更に、前記クロマトグラフィカラムに対して上流側及び下流側位置のうちの少なくとも１つにおいて配置されている少なくとも１個のポンプ装置を有している独立型クロマトグラフィシステム。
7. 請求項１において、前記分析物流れ処理装置が廃棄物容器を包含している独立型クロマトグラフィシステム。
8. 請求項１において、前記分析物流れ処理が該独立型システムから分析物を追い出す独立型クロマトグラフィシステム。
9. 請求項１において、前記分析物流れ処理装置が少なくとも１個の濾過装置を包含している独立型クロマトグラフィシステム。
10. 請求項１において、前記分析物流れ処理装置が低い下流側圧力を維持するために連通されている酸化セルを包含している装置。
11. 請求項１において、前記分析物流れ処理装置が前記キャリアガスを再生させるための電解セルを包含している独立型クロマトグラフィシステム。
12. 請求項１において、前記分析物流れ処理装置が、第一ポンプ装置を介して電解セルと連通されている酸化セルを包含しており、前記電解セルは、更に、前記電解セルと前記酸化セルとの間で酸素ガスの転送を可能とするために酸素転送管を介して前記酸化セルと連通されている独立型クロマトグラフィシステム。
13. 請求項１２において、前記電解セルは、更に、前記電解セルと前記キャリアガス貯蔵部との間での水素ガスの転送を可能とするために第二ポンプ装置を介して前記キャリアガス貯蔵部と連通している独立型クロマトグラフィシステム。
14. 請求項１２において、前記電解セルは、更に、前記キャリアガス貯蔵部と連通しており、且つ前記キャリアガスは前記キャリアガス貯蔵部と前記電解セルとの間の圧力差を介して前記キャリアガス貯蔵部へ戻される独立型クロマトグラフィシステム。
15. 独立型クロマトグラフィシステムを実現する方法において、前記独立型クロマトグラフィシステムは、クロマトグラフィカラムと、キャリアガスを収容しているキャリアガス貯蔵部と、分析物流れ処理装置とを包含しており、該キャリアガス貯蔵部は該クロマトグラフィカラムの上流側に配置されており且つ該分析物流れ処理装置は該クロマトグラフィカラムの下流側に配置されており、本方法は、
    該クロマトグラフィカラムの上流側に第一システム圧力及び該クロマトグラフィカラムの下流側に第二システム圧力を発生させて前記第一システム圧力と前記第二システム圧力との間に圧力勾配を存在させて該キャリアガスをして所定の流量で該キャリアガス貯蔵部と該分析物流れ処理装置との間で流させ、
    サンプル材料を該キャリアガスと結合させて結合されたサンプルを発生させ且つ前記結合されたサンプルを該クロマトグラフィカラムへ導入させて該分析物流れを発生させ、前記結合されたサンプルが前記所定の流量で該クロマトグラフィカラムを通り過ぎ、
    該分析物流れを該分析物流れ処理装置内に前記所定の流量で導入させ、且つ
    該分析物流れ処理装置を介して該分析物流れを処理する、
    ことを包含している方法。
16. 請求項１５において、更に、該クロマトグラフィカラムに対して上流側及び下流側の位置のうちの少なくとも１つにおいて前記流量を調整することを包含している方法。
17. 請求項１５において、前記第一システム圧力及び前記第二圧力のうちの少なくとも１つが少なくとも１個のポンプ装置により発生される方法。
18. 請求項１５において、前記処理することが、少なくとも１個の圧力貯蔵部を使用して前記第一システム圧力及び前記第二システム圧力のうちの少なくとも１つを発生させることを包含しており、前記少なくとも１つの圧力貯蔵部は所定の温度で処置されたメタルハイドライド材料を包含している方法。
19. 請求項１８において、前記所定の温度が前記メタルハイドライド材料の等圧特性に応答する方法。
20. 請求項１５において、前記処理することが、更に、前記分析物流れから該キャリアガスを分離させるために前記分析物流れを処理することを包含している方法。
21. 請求項１５において、前記処理することが、更に、少なくとも１個の濾過装置を使用して前記分析物流れから該キャリアガスを分離させることを包含している方法。
22. 請求項１５において、前記処理することが、更に、前記分析物流れを酸化セル内に導入させることを包含しており、前記分析物流れは酸化を介して燃焼を経験し水を有する酸化された生成物を発生させる方法。
23. 請求項２２において、前記処理することが、更に、前記酸化された生成物から前記水を分離させ且つ前記水を電解セル内に導入させることを包含しており、前記水が電気分解を経験して水素と酸素とを発生させる方法。
24. 請求項２３において、前記処理することが、更に、前記酸素を前記酸化セル内に再導入させ且つ前記水素を該キャリアガス貯蔵部内に再導入させることを包含している方法。
25. 請求項１５において、前記処理することが、更に、前記分析物流れを廃棄物容器内に格納すること及び前記分析物流れを該独立型クロマトグラフィシステムから追い出すことの少なくとも１つを包含している方法。
26. 独立型クロマトグラフィシステムを実現する方法において、該独立型クロマトグラフィシステムは、キャリアガスを収容しているキャリアガス貯蔵部を包含しており、該キャリアガス貯蔵部はクロマトグラフィカラムから上流側に配置されており、本方法が、
    サンプル材料を該キャリアガスと結合させて結合されたサンプルを発生させ且つ前記結合されたサンプルを該クロマトグラフィカラムへ導入させて分析物流れを発生させ、
    該クロマトグラフィカラムの上流側に第一システム圧力を及び該クロマトグラフィカラムの下流側に第二システム圧力を発生させて前記第一システム圧力と前記第二システム圧力との間に圧力勾配を存在させて前記結合されたサンプルをして所定の流量で該クロマトグラフィカラムを通り抜けさせ、
    前記分析物流れを処理して前記所定の流量で該独立型クロマトグラフィシステムを介して流させる、
    ことを包含している方法。

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