JP2014112045A - Composition analysis method of cryogenic liquid - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition analysis method of a cryogenic liquid capable of improving accuracy of the composition analysis of the cryogenic liquid.SOLUTION: A part of a cryogenic liquid is collected as a sample; the state of the sample keeps in a liquid state; the sample is pressurized so that the pressure of the liquefied sample becomes a critical pressure or more; the sample pressurized to the critical pressure or more is heated, and thereby the sample becomes a supercritical fluid; the pressure of the sample decreases to a pressure in which composition analysis can be performed, and thereby the sample becomes gas; and then, the composition analysis of the sample is performed.

Description

本発明は、低温液体の組成分析方法に関する。   The present invention relates to a composition analysis method for a cryogenic liquid.

従来、液体空気、液体酸素、液体窒素、液体アルゴン、LNG等の低温液体(「極低温液体」ともいう)の組成や不純物濃度を正確に測定する方法として、採取したサンプルを全量気化して分析する方法がある。
しかし、このような分析方法を用いた場合、サンプルを採取してから分析値を得るまでに多くの時間を要してしまう。
Conventionally, as a method for accurately measuring the composition and impurity concentration of low-temperature liquids (also called “cryogenic liquids”) such as liquid air, liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon, and LNG, all collected samples are vaporized and analyzed. There is a way to do it.
However, when such an analysis method is used, it takes a long time to obtain an analysis value after taking a sample.

このような問題を解決可能な従来技術として、特許文献1〜3がある。
特許文献1には、赤外分光分析により、極低温液体を気化させないで液体のまま測定する方法が開示されている。
具体的には、特許文献1には、極低温液体サンプルの吸収スペクトルを、極低温液体サンプルがセル内に存在している間に測定し、極低温液体サンプルの吸収スペクトルと極低温液体及び不純物のスペクトルとを比較して、不純物に関連するサンプルの吸収スペクトルの存在を確認する極低温液体中の不純物の同定方法が開示されている。
As conventional techniques capable of solving such problems, there are Patent Documents 1 to 3.
Patent Document 1 discloses a method of measuring a cryogenic liquid as it is without vaporizing by infrared spectroscopic analysis.
Specifically, in Patent Document 1, the absorption spectrum of a cryogenic liquid sample is measured while the cryogenic liquid sample is present in the cell, and the absorption spectrum of the cryogenic liquid sample, the cryogenic liquid and impurities are measured. A method for the identification of impurities in cryogenic liquids is disclosed that compares the spectra of and confirms the presence of absorption spectra of samples associated with impurities.

特許文献2には、低温液体を気化させてから測定する方法が開示されている。
具体的には、特許文献2には、液体酸素もしくは液体窒素といった極低温液体中の亜酸化窒素、二酸化炭素または炭化水素のような不純物を測定するために、測定対象の極低温液体を試料採取ラインから気化器に通過させ、気化器の壁を加熱して全量を気化させた後、その気相の一部を分析装置に導入して分析する方法が開示されている。
Patent Document 2 discloses a method of measuring after vaporizing a low temperature liquid.
Specifically, in Patent Document 2, in order to measure impurities such as nitrous oxide, carbon dioxide, or hydrocarbon in a cryogenic liquid such as liquid oxygen or liquid nitrogen, the cryogenic liquid to be measured is sampled. A method is disclosed in which after passing through a vaporizer from a line and heating the vaporizer wall to vaporize the entire amount, a part of the gas phase is introduced into an analyzer and analyzed.

特許文献3には、配管内,貯槽内の各種組成の低温液化ガスを分析するにあたり、液組成と同じ組成の蒸発ガスを発生させて連続的に抜き出すことの可能な低温液化ガスのサンプリング装置が開示されている。
また、特許文献3には、分析のためのサンプリングに多孔体を用いることや、低温液体を毛細管現象や圧力差により多孔体を通過させた後、サンプルを蒸発させて気化させることが開示されている。
Patent Document 3 discloses a low-temperature liquefied gas sampling device capable of generating evaporative gas having the same composition as the liquid composition and continuously extracting it when analyzing low-temperature liquefied gas having various compositions in pipes and storage tanks. It is disclosed.
Patent Document 3 discloses that a porous body is used for sampling for analysis, and that a low-temperature liquid is allowed to pass through the porous body by capillary action or pressure difference, and then the sample is evaporated and vaporized. Yes.

上記特許文献1,2に開示された方法、或いは特許文献3に開示されたサンプリング装置を用いて、低温液体の正確な組成分析をするためには、測定したい箇所の温度及び圧力の条件を保持したまま、測定、或いは測定用のサンプルを採取することが必要となる。   In order to perform an accurate composition analysis of a cryogenic liquid using the method disclosed in Patent Documents 1 and 2 or the sampling device disclosed in Patent Document 3, the temperature and pressure conditions of the location to be measured are maintained. Therefore, it is necessary to take a measurement or a sample for measurement.

特表2002−543419号公報JP-T-2002-543419 特開2004−69676号公報JP 2004-69676 A 特開平7−20012号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-20012

ところで、特許文献1に開示された方法を用いる場合、液体状態での吸収スペクトルの測定は気体状態での測定に比べて感度が落ちるため、極微量の不純物を正確に測定することが困難であった。   By the way, when the method disclosed in Patent Document 1 is used, the measurement of the absorption spectrum in the liquid state is less sensitive than the measurement in the gas state, so it is difficult to accurately measure a very small amount of impurities. It was.

また、特許文献2に開示された方法を用いる場合、採取した液体を連続的気化させる過程において、低沸点成分が先にガス化し易いため、組成が変動してしまう恐れがあった。   Further, when the method disclosed in Patent Document 2 is used, in the process of continuously vaporizing the collected liquid, the low boiling point component tends to be gasified first, so that the composition may be changed.

また、特許文献3に開示されたサンプリング装置を用いて分析を行う場合、液体状態の被測定物が気化する際に局所的な圧力上昇があるため、気化が不安定となる。これにより、圧力が変動しやすくなるため、正確な組成を得ることが困難であった。   Further, when the analysis is performed using the sampling device disclosed in Patent Document 3, the vaporization becomes unstable because there is a local pressure rise when the liquid measurement object vaporizes. As a result, the pressure easily fluctuates, making it difficult to obtain an accurate composition.

つまり、特許文献1,2に開示された方法、及び特許文献3に開示されたサンプリング装置を用いて低温液体(「極低温液体」ともいう)の分析を行った場合、比較的短時間で分析を行うことは可能であるが、低温液体の組成分析の精度が低下してしまうという問題があった。   That is, when analysis of a cryogenic liquid (also referred to as “cryogenic liquid”) is performed using the method disclosed in Patent Documents 1 and 2 and the sampling device disclosed in Patent Document 3, the analysis is performed in a relatively short time. However, there is a problem that the accuracy of the composition analysis of the low temperature liquid is lowered.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明によれば、低温液体の一部をサンプルとして採取する採取工程と、前記サンプルの状態を液体に保持し、前記液体とされた前記サンプルの圧力が臨界圧力以上となるように加圧する加圧工程と、前記臨界圧力以上の圧力とされた前記サンプルを加熱することで、該サンプルを超臨界流体とする超臨界流体生成工程と、前記超臨界流体を生成後、前記サンプルの圧力を組成分析が可能な圧力まで減圧することで、前記サンプルを気体とする減圧工程と、前記減圧工程後、前記サンプルの組成を分析する組成分析工程と、を含むことを特徴とする低温液体の組成分析方法が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to the invention according to claim 1, a collecting step of collecting a part of a cryogenic liquid as a sample, and the pressure of the sample that is made into the liquid while holding the state of the sample in the liquid A pressurizing step of pressurizing the sample so as to be equal to or higher than the critical pressure, a supercritical fluid generating step of making the sample a supercritical fluid by heating the sample having a pressure equal to or higher than the critical pressure, and the supercritical fluid After the fluid is generated, the pressure of the sample is reduced to a pressure at which composition analysis is possible, whereby a pressure reduction step using the sample as a gas, and a composition analysis step for analyzing the composition of the sample after the pressure reduction step, A method for analyzing a composition of a cryogenic liquid is provided.

また、請求項2に係る発明によれば、前記採取工程では、マイクロシリンジポンプのマイクロシリンジ内に、前記低温液体の一部を前記サンプルとして採取し、前記加圧工程では、前記マイクロシリンジ内に採取された前記サンプルを前記マイクロシリンジポンプのピストンで押し出すことで、前記サンプルを加圧することを特徴とする請求項1記載の低温液体の組成分析方法が提供される。   Moreover, according to the invention which concerns on Claim 2, in the said collection process, a part of said cryogenic liquid is extract | collected as said sample in the micro syringe of a micro syringe pump, and in the said pressurization process, in the said micro syringe. 2. The cryogenic liquid composition analysis method according to claim 1, wherein the sample is pressurized by pushing out the collected sample with a piston of the microsyringe pump.

また、請求項3に係る発明によれば、前記採取工程の前に、前記マイクロシリンジポンプを冷却することを特徴とする請求項1または2記載の低温液体の組成分析方法が提供される。   Moreover, according to the invention which concerns on Claim 3, the said micro syringe pump is cooled before the said collection process, The composition analysis method of the cryogenic liquid of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned is provided.

本発明の低温液体の組成分析方法によれば、低温液体の一部であるサンプルの状態を液体に保持し、液体とされたサンプルの圧力が臨界圧力以上となるように加圧し、次いで、臨界圧力以上の圧力とされたサンプルを加熱して、該サンプルを超臨界流体とすることにより、サンプルに含まれる低揮発成分が組成分析を行う前に、気化することを抑制可能となる。   According to the composition analysis method of a cryogenic liquid of the present invention, the state of the sample that is a part of the cryogenic liquid is maintained in the liquid, and the pressure of the sample that has been made liquid is pressurized so as to be equal to or higher than the critical pressure. By heating a sample having a pressure equal to or higher than the pressure to make the sample a supercritical fluid, it is possible to suppress vaporization of low-volatile components contained in the sample before performing composition analysis.

したがって、分析装置の手前で、超臨界流体とされたサンプルの圧力を組成分析が可能な圧力まで減圧して、サンプルガスを気体とした後、サンプルの組成を分析することで、低温液体の組成分析の精度を向上させることができる。   Therefore, the composition of the cryogenic liquid is analyzed by reducing the pressure of the sample, which is a supercritical fluid, to a pressure at which composition analysis can be performed before the analyzer, and using the sample gas as a gas, and then analyzing the composition of the sample. The accuracy of analysis can be improved.

本発明の実施の形態の低温液体の組成分析方法を実施する際に使用する低温液体採取及び組成分析装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the cryogenic liquid collection | recovery and composition analyzer used when implementing the cryogenic liquid composition analysis method of embodiment of this invention. 図1に示す低温液体採取部を拡大した図である。It is the figure which expanded the cryogenic liquid collection | recovery part shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の低温液体採取及び組成分析装置の寸法関係とは異なる場合がある。   Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. The drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the size, thickness, dimensions, etc. of each part shown are the dimensions of the actual cryogenic liquid sampling and composition analyzer. The relationship may be different.

(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態の低温液体の組成分析方法を実施する際に使用する低温液体採取及び組成分析装置の概略構成を示す図である。図1では、説明の便宜上、低温液体採取及び組成分析装置10の構成要素ではない断熱部材11及び配管12を図示する。また、図1では、断熱部材11のみ断面図として示す。
なお、図1に示すAは、低温液体採取部(以下、「低温液体採取部A」という)を示している。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a cryogenic liquid collection and composition analysis apparatus used when performing a cryogenic liquid composition analysis method according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, for convenience of explanation, a heat insulating member 11 and a pipe 12 that are not components of the cryogenic liquid collection and composition analyzer 10 are illustrated. Moreover, in FIG. 1, only the heat insulation member 11 is shown as sectional drawing.
In addition, A shown in FIG. 1 indicates a cryogenic liquid collecting part (hereinafter referred to as “cold liquid collecting part A”).

始めに、図1を参照して、本発明の実施の形態の低温液体の組成分析方法を実施する際に使用する低温液体採取及び組成分析装置10について説明する。
低温液体採取及び組成分析装置10は、断熱部材11内に形成された断熱空間11Aに配置され、かつ低温液体を輸送する配管12から低温液体であるサンプルを抜き取って、サンプルの組成分析を行う装置である。
First, with reference to FIG. 1, a cryogenic liquid collection and composition analysis apparatus 10 used when implementing a cryogenic liquid composition analysis method according to an embodiment of the present invention will be described.
The cryogenic liquid sampling and composition analyzing apparatus 10 is an apparatus that is arranged in a heat insulating space 11A formed in the heat insulating member 11 and extracts a sample that is a cryogenic liquid from a pipe 12 that transports the cryogenic liquid, and performs composition analysis of the sample. It is.

なお、本実施における「低温液体」とは、室温及び標準的大気圧下で蒸気となる液体、より具体的には、1気圧(1013hPa)において、15〜25℃で蒸気となる液体のことを言う。
上記低温液体としては、例えば、液体酸素、液体窒素、液体アルゴン、液体メタン、液体ヘリウム、液体ネオン、液体水素、及び液体フッ素化炭化水素等を例示することができる。
The “cold liquid” in this embodiment means a liquid that becomes vapor at room temperature and standard atmospheric pressure, more specifically, a liquid that becomes vapor at 15 to 25 ° C. at 1 atmosphere (1013 hPa). say.
Examples of the low-temperature liquid include liquid oxygen, liquid nitrogen, liquid argon, liquid methane, liquid helium, liquid neon, liquid hydrogen, and liquid fluorinated hydrocarbon.

低温液体採取及び組成分析装置10は、サンプル採取用ライン15と、サンプル採取及び加圧部であるマイクロシリンジポンプ16と、第1の逆止弁18と、分析用サンプル供給ライン21と、加熱部22と、第2の逆止弁23と、第1のバルブ24と、分析装置26と、排気ライン28と、第2のバルブ29と、を有する。   The cryogenic liquid collection and composition analysis apparatus 10 includes a sample collection line 15, a microsyringe pump 16 that is a sample collection and pressurization unit, a first check valve 18, an analysis sample supply line 21, and a heating unit. 22, a second check valve 23, a first valve 24, an analyzer 26, an exhaust line 28, and a second valve 29.

サンプル採取用ライン15は、断熱部材11内(断熱空間11A)に配置されている。サンプル採取用ライン15は、配管12から分岐しており、配管12内を流れる低温液体をサンプルとして抜き取るためのラインである。
サンプル採取用ライン15の先端15Aは、マイクロシリンジ38の第1の筒先51(後述する図2参照)と接続されている。
The sample collection line 15 is disposed in the heat insulating member 11 (heat insulating space 11A). The sample collection line 15 branches from the pipe 12 and is a line for extracting a low temperature liquid flowing in the pipe 12 as a sample.
The tip 15A of the sample collection line 15 is connected to a first tube tip 51 (see FIG. 2 described later) of the microsyringe 38.

サンプル採取用ライン15の長さ(言い換えれば、配管12の内壁面と第1の筒先51との距離)は、できるだけ短く(例えば、10cm以下)するとよい。
これにより、サンプル採取用ライン15を介して、採取したサンプルの一部が気化することを抑制可能となるので、採取した低温液体全てをサンプルとして用いることができる。
サンプル採取用ライン15は、例えば、配管12と同じ材料で構成することができる。
The length of the sample collection line 15 (in other words, the distance between the inner wall surface of the pipe 12 and the first tube tip 51) is preferably as short as possible (for example, 10 cm or less).
This makes it possible to suppress a part of the collected sample from being vaporized via the sample collection line 15, so that all the collected low-temperature liquid can be used as the sample.
The sample collection line 15 can be made of the same material as the pipe 12, for example.

ここで、断熱部材11について説明する。断熱部材11は、低温液体が流れる配管12、及びマイクロシリンジポンプ16を収容している。断熱部材11内の断熱空間11Aは、例えば、真空とすることができる。また、断熱部材11の材料としては、例えば、シリカ系パーライト粉末を芯材に使用した真空断熱材を用いることができる。   Here, the heat insulating member 11 will be described. The heat insulating member 11 accommodates a pipe 12 through which a low-temperature liquid flows and a microsyringe pump 16. The heat insulating space 11A in the heat insulating member 11 can be set to a vacuum, for example. Moreover, as a material of the heat insulating member 11, for example, a vacuum heat insulating material using silica-based pearlite powder as a core material can be used.

図1を参照するに、マイクロシリンジポンプ16は、断熱部材11内に収容されている。これにより、マイクロシリンジポンプ16により採取された低温液体(サンプル)は、配管12を流れる低温液体の冷気により、保冷されている。   Referring to FIG. 1, the micro syringe pump 16 is accommodated in the heat insulating member 11. Thereby, the cryogenic liquid (sample) collected by the microsyringe pump 16 is kept cold by the cold air of the cryogenic liquid flowing through the pipe 12.

図2は、図1に示す低温液体採取部を拡大した図である。図2において、図1に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図1及び図2を参照するに、マイクロシリンジポンプ16は、固定台34と、移動体駆動部(図示せず)と、マイクロシリンジ固定部材35と、移動体37と、マイクロシリンジ38と、を有する。
FIG. 2 is an enlarged view of the cryogenic liquid collecting part shown in FIG. 2, the same components as those in the structure shown in FIG.
Referring to FIGS. 1 and 2, the microsyringe pump 16 includes a fixing base 34, a moving body driving unit (not shown), a microsyringe fixing member 35, a moving body 37, and a microsyringe 38. Have.

固定台34は、マイクロシリンジ38が固定される台である。移動体駆動部(図示せず)は、固定台34内に内蔵されている。移動体駆動部(図示せず)は、マイクロシリンジ38の外筒42の延在方向に移動体37を移動させることで、移動体37と同じ方向にプランジャー47を移動させるための駆動部である。移動体駆動部(図示せず)としては、例えば、電磁式の駆動部を用いることができる。   The fixing table 34 is a table on which the microsyringe 38 is fixed. A moving body drive unit (not shown) is built in the fixed base 34. The moving body driving unit (not shown) is a driving unit for moving the plunger 47 in the same direction as the moving body 37 by moving the moving body 37 in the extending direction of the outer cylinder 42 of the microsyringe 38. is there. As the moving body drive unit (not shown), for example, an electromagnetic drive unit can be used.

マイクロシリンジ固定部材35は、固定台34に設けられている。マイクロシリンジ固定部材35は、マイクロシリンジ38を固定台34に固定するための部材である。これにより、固定台34に対するマイクロシリンジ38の位置が規制されている。   The microsyringe fixing member 35 is provided on the fixing base 34. The microsyringe fixing member 35 is a member for fixing the microsyringe 38 to the fixing base 34. Thereby, the position of the micro syringe 38 with respect to the fixed base 34 is regulated.

移動体37は、固定台34に設けられると共に、マイクロシリンジ38のプランジャー47の他端と接続されている。移動体37は、移動体駆動部(図示せず)の駆動により、マイクロシリンジ38の外筒42の延在方向に移動される。このとき、移動体37と同じ方向にプランジャー47が移動される。
マイクロシリンジ38の外筒42内に低温液体(サンプル)が採取された状態において、外筒42の先端42Aとマイクロシリンジ38のピストン45とが接触するように、移動体37を移動させることで、低温液体(サンプル)は臨界圧力以上の圧力で加圧される。
そして、臨界圧力以上の圧力とされたサンプルは、加熱部22に輸送される。
The moving body 37 is provided on the fixed base 34 and connected to the other end of the plunger 47 of the microsyringe 38. The moving body 37 is moved in the extending direction of the outer cylinder 42 of the microsyringe 38 by driving of a moving body driving unit (not shown). At this time, the plunger 47 is moved in the same direction as the moving body 37.
By moving the moving body 37 so that the tip 42A of the outer cylinder 42 and the piston 45 of the microsyringe 38 are in contact with each other in a state where a cryogenic liquid (sample) is collected in the outer cylinder 42 of the microsyringe 38, The cryogenic liquid (sample) is pressurized at a pressure above the critical pressure.
Then, the sample having a pressure equal to or higher than the critical pressure is transported to the heating unit 22.

また、外筒42の先端42Aとピストン45とが接触させた後、外筒42の先端42Aからピストン45が離間するように、移動体37を移動させることで、サンプル採取用ライン15及び第1の逆止弁18を介して、外筒42内(具体的には、外筒42の内壁とピストン45とで区画された空間)に低温液体の一部であるサンプルが導入される。   Further, after the tip 42A of the outer cylinder 42 and the piston 45 are brought into contact with each other, the moving body 37 is moved so that the piston 45 is separated from the tip 42A of the outer cylinder 42. The sample which is a part of the cryogenic liquid is introduced into the outer cylinder 42 (specifically, a space defined by the inner wall of the outer cylinder 42 and the piston 45) through the check valve 18.

マイクロシリンジ38は、外筒42と、フランジ43と、ピストン45と、プランジャー47と、第1の筒先51と、第2の筒先52と、を有する。
外筒42は、マイクロシリンジ固定部材35により固定台34に固定されている。外筒42は、後端が開放端とされている。フランジ43は、外筒42の後端に設けられている。
The microsyringe 38 includes an outer cylinder 42, a flange 43, a piston 45, a plunger 47, a first cylinder tip 51, and a second cylinder tip 52.
The outer cylinder 42 is fixed to the fixing base 34 by a microsyringe fixing member 35. The outer cylinder 42 has an open end at the rear end. The flange 43 is provided at the rear end of the outer cylinder 42.

ピストン45は、外筒42内に配置されている。ピストン45は、外筒42の周方向において、外筒42の内壁と接触している。ピストン45は、プランジャー47の一端に設けられている。ピストン45は、移動体駆動部(図示せず)が移動体37を移動させた際、プランジャー47を介して、マイクロシリンジ38の外筒42の延在方向に移動される。   The piston 45 is disposed in the outer cylinder 42. The piston 45 is in contact with the inner wall of the outer cylinder 42 in the circumferential direction of the outer cylinder 42. The piston 45 is provided at one end of the plunger 47. The piston 45 is moved in the extending direction of the outer cylinder 42 of the microsyringe 38 via the plunger 47 when the moving body drive unit (not shown) moves the moving body 37.

プランジャー47は、その一端がピストン45と接続されており、他端が移動体37と接続されている。
第1の筒先51は、外筒42の先端42Aに設けられている。第1の筒先51は、外筒42内に、配管12から抜き取った低温液体の一部であるサンプルを導入するための導入部である。第1の筒先51は、サンプル採取用ライン15の先端15Aと接続されている。
The plunger 47 has one end connected to the piston 45 and the other end connected to the moving body 37.
The first tube tip 51 is provided at the tip 42 </ b> A of the outer tube 42. The first cylinder tip 51 is an introduction part for introducing a sample, which is a part of the cryogenic liquid extracted from the pipe 12, into the outer cylinder 42. The first tube tip 51 is connected to the tip 15 </ b> A of the sample collection line 15.

第2の筒先52は、外筒42の先端42Aに設けられている。第2の筒先52は、分析用サンプル供給ライン21の一端と接続されている。
第2の筒先52は、マイクロシリンジポンプ16により、臨界圧力以上の圧力とされたサンプル(低温液体)を、分析用サンプル供給ライン21に導出するための導出部である。
The second cylinder tip 52 is provided at the tip 42 </ b> A of the outer cylinder 42. The second tube tip 52 is connected to one end of the analytical sample supply line 21.
The second tube tip 52 is a derivation unit for deriving a sample (low temperature liquid) that has been brought to a pressure equal to or higher than the critical pressure by the microsyringe pump 16 to the sample supply line 21 for analysis.

上記構成とされたマイクロシリンジポンプ16としては、例えば、マイクロシリンジ38の外筒42から導出されるサンプルの導出速度が、1cm/min程度で制御可能なものを用いることができる。
このような、マイクロシリンジポンプ16を用いることで、分析用サンプル供給ライン21の外径及び内径を小さくすることができる。
As the microsyringe pump 16 having the above-described configuration, for example, a pump that can be controlled at about 1 cm 3 / min can be used as the sample extraction speed derived from the outer cylinder 42 of the microsyringe 38.
By using such a microsyringe pump 16, the outer diameter and inner diameter of the analytical sample supply line 21 can be reduced.

また、マイクロシリンジポンプ16は、10MPa以上の圧力まで容易に昇圧可能な装置である。このように、サンプルの圧力を臨界圧力以上に昇圧する装置として、マイクロシリンジポンプ16を用いることで、表1に示すように、様々なサンプル(物質)を臨界圧力以上の圧力にすることができる。
表1は、本実施の形態の低温液体採取及び組成分析装置10で分析可能な物質と臨界圧力との関係を示す表である。
The micro syringe pump 16 is a device that can easily increase the pressure up to a pressure of 10 MPa or more. Thus, as shown in Table 1, various samples (substances) can be set to a pressure higher than the critical pressure by using the microsyringe pump 16 as a device for increasing the pressure of the sample higher than the critical pressure. .
Table 1 is a table showing the relationship between substances that can be analyzed by the cryogenic liquid sampling and composition analyzer 10 of the present embodiment and the critical pressure.

Figure 2014112045
Figure 2014112045

第1の逆止弁18は、サンプル採取用ライン15に設けられている。このように、サンプル採取用ライン15に第1の逆止弁18を設けることで、マイクロシリンジ38内のサンプルが配管12に逆流することがなくなると共に、サンプルの圧力を臨界圧力以上の圧力にすることができる。
また、第1の逆止弁18は、断熱部材11内に収容されている。このため、第1の逆止弁18は、配管12を流れる低温液体の冷気により、保冷されている。
The first check valve 18 is provided in the sample collection line 15. As described above, by providing the first check valve 18 in the sample collection line 15, the sample in the microsyringe 38 does not flow back to the pipe 12, and the pressure of the sample is set to a pressure higher than the critical pressure. be able to.
The first check valve 18 is housed in the heat insulating member 11. For this reason, the first check valve 18 is kept cold by the cold air of the low-temperature liquid flowing through the pipe 12.

分析用サンプル供給ライン21は、その一端が第2の筒先52と接続され、他端が分析装置26と接続されている。分析用サンプル供給ライン21としては、例えば、マイクロチューブを用いることができる。
このように、分析用サンプル供給ライン21としてマイクロチューブを用いることにより、分析用サンプル供給ライン21の肉厚を薄くすることができると共に、低温液体採取部Aの小型化を図ることができる。
分析用サンプル供給ライン21として使用するマイクロチューブとしては、例えば、肉厚が1mm以下、でかつ耐圧が50MPaのものを用いることができる。
One end of the analysis sample supply line 21 is connected to the second tube tip 52, and the other end is connected to the analyzer 26. As the analytical sample supply line 21, for example, a microtube can be used.
Thus, by using a microtube as the analysis sample supply line 21, the thickness of the analysis sample supply line 21 can be reduced, and the cryogenic liquid collection part A can be downsized.
As the microtube used as the analytical sample supply line 21, for example, a microtube having a thickness of 1 mm or less and a withstand pressure of 50 MPa can be used.

なお、図示していないが、加熱部22内に配置された分析用サンプル供給ライン21は、分析用サンプル供給ライン21内を移動するサンプルを効率良く加熱する観点から、螺旋状とされている。   Although not shown, the analysis sample supply line 21 arranged in the heating unit 22 is spiral from the viewpoint of efficiently heating the sample moving in the analysis sample supply line 21.

図1を参照するに、加熱部22は、断熱部材11の外側に位置する分析用サンプル供給ライン21に設けられている。加熱部22は、臨界圧力以上の圧力とされたサンプルを加熱することで、サンプルを超臨界流体にする。超臨界流体とされたサンプルは、第1のバルブ24側に供給される。
サンプルとなる液体流体が窒素の場合、加熱部22は、臨界圧力以上の圧力とされたサンプルの温度が126.2Kとなるように加熱する。
Referring to FIG. 1, the heating unit 22 is provided in an analysis sample supply line 21 located outside the heat insulating member 11. The heating unit 22 heats the sample having a pressure equal to or higher than the critical pressure to make the sample a supercritical fluid. The sample that has been made a supercritical fluid is supplied to the first valve 24 side.
When the liquid fluid serving as the sample is nitrogen, the heating unit 22 heats the sample so that the temperature of the sample at a pressure equal to or higher than the critical pressure is 126.2K.

第2の逆止弁23は、断熱部材11内に位置する分析用サンプル供給ライン21に設けられている。第2の逆止弁23は、マイクロシリンジポンプ16内に、マイクロシリンジポンプ16から導出され、かつ臨界圧力以上の圧力とされたサンプルが逆流することを防止する。
また、第2の逆止弁23は、断熱部材11内に収容されている。このため、第2の逆止弁23は、配管12を流れる低温液体の冷気により、保冷されている。
The second check valve 23 is provided in the analysis sample supply line 21 located in the heat insulating member 11. The second check valve 23 prevents the sample led out from the microsyringe pump 16 and having a pressure equal to or higher than the critical pressure from flowing back into the microsyringe pump 16.
The second check valve 23 is accommodated in the heat insulating member 11. For this reason, the second check valve 23 is kept cold by the cold air of the low-temperature liquid flowing through the pipe 12.

第1のバルブ24は、超臨界流体とされたサンプルの圧力を調整するための圧力調整弁である。第1のバルブ24は、例えば、超臨界流体とされたサンプルの圧力を大気圧に近い圧力に調整する。
第1のバルブ24は、加熱部22と分析装置26との間に位置する分析用サンプル供給ライン21に設けられている。
The first valve 24 is a pressure adjusting valve for adjusting the pressure of a sample that is a supercritical fluid. For example, the first valve 24 adjusts the pressure of the sample that is a supercritical fluid to a pressure close to atmospheric pressure.
The first valve 24 is provided in the analysis sample supply line 21 located between the heating unit 22 and the analyzer 26.

分析装置26は、分析用サンプル供給ライン21の他端と接続されている。分析装置26は、例えば、ガスクロマトグラフィー (Gas Chromatography)を用いることができる。   The analyzer 26 is connected to the other end of the analysis sample supply line 21. As the analyzer 26, for example, gas chromatography can be used.

排気ライン28は、第1のバルブ24と分析装置26との間に位置する分析用サンプル供給ライン21から分岐している。第2のバルブ29は、排気ライン28に設けられている。
このように、分析用サンプル供給ライン21から分岐する排気ライン28に第2のバルブ29を設けることにより、第2のバルブ29の開度を調整することで、分析装置26に流入する超臨界流体とされたサンプルの量を調整することができる。
The exhaust line 28 branches off from the analysis sample supply line 21 located between the first valve 24 and the analyzer 26. The second valve 29 is provided in the exhaust line 28.
In this way, by providing the second valve 29 in the exhaust line 28 branched from the analysis sample supply line 21, the opening degree of the second valve 29 is adjusted, so that the supercritical fluid flowing into the analyzer 26. The amount of sample taken can be adjusted.

上記構成とされた低温液体採取及び組成分析装置10は、空気液化分離プロセスの低温液体中の微量不純物を精度良く分析することに適している。   The cryogenic liquid sampling and composition analyzing apparatus 10 having the above-described configuration is suitable for accurately analyzing trace impurities in the cryogenic liquid in the air liquefaction separation process.

次に、図1及び図2を参照して、低温液体採取及び組成分析装置10を用いた本実施の形態の低温液体の組成分析方法について説明する。
始めに、ピストン45と外筒42の先端42Aと接触させた状態から、先端42Aからピストン45が離間する方向にプランジャー47を何回か移動させることで、サンプル採取用ライン15及び第1の逆止弁18を介して、外筒42内に配管12内を流れる低温液体の一部をサンプルとして採取する。
Next, the cryogenic liquid composition analysis method of the present embodiment using the cryogenic liquid sampling and composition analysis apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
First, the plunger 47 is moved several times in the direction in which the piston 45 is separated from the tip 42A from the state in which the piston 45 and the tip 42A of the outer cylinder 42 are in contact with each other. A part of the cryogenic liquid flowing in the pipe 12 in the outer cylinder 42 is collected as a sample via the check valve 18.

このとき、外筒42内に採取されたサンプルの量が少ないため、断熱部材11内に収容された配管12を流れる低温液体の冷気により、容易にサンプルを保冷することが可能となる。これにより、サンプルの気化を抑制することが可能となるので、サンプルの状態を容易に液体状態に保つことができる。
特に、分析装置26を用いて、窒素(低温液体)の組成分析を実施する場合、低温液体の採取量は、例えば、2〜10cmとすることができる。
At this time, since the amount of the sample collected in the outer cylinder 42 is small, the sample can be easily kept cool by the cold air of the low-temperature liquid flowing through the pipe 12 accommodated in the heat insulating member 11. This makes it possible to suppress the vaporization of the sample, so that the state of the sample can be easily maintained in a liquid state.
In particular, when the composition analysis of nitrogen (low temperature liquid) is performed using the analyzer 26, the amount of collected low temperature liquid can be, for example, 2 to 10 cm 3 .

次いで、先端42Aにピストン45が近づく方向にプランジャー47を移動させることで、外筒42内に採取されたサンプルを加圧して、液体とされたサンプルの圧力を臨界圧力以上に昇圧すると共に、加熱部22に臨界圧力以上とされたサンプルを供給する。   Next, by moving the plunger 47 in the direction in which the piston 45 approaches the tip 42A, the sample collected in the outer cylinder 42 is pressurized, and the pressure of the liquid sample is increased above the critical pressure, A sample having a critical pressure or higher is supplied to the heating unit 22.

このとき、マイクロシリンジポンプ16の外筒42から導出される臨界圧力以上とされたサンプルの流速は、例えば、1cm/minとすることができる。
なお、分析対象となるサンプル(低温流体)の全成分の圧力が臨界圧力以上であることが望ましいが、簡易的に主成分の圧力のみを臨界圧力以上にしてもよい。
At this time, the flow rate of the sample set to be equal to or higher than the critical pressure derived from the outer cylinder 42 of the microsyringe pump 16 can be set to 1 cm 3 / min, for example.
Although it is desirable that the pressure of all components of the sample to be analyzed (cold fluid) is equal to or higher than the critical pressure, the pressure of only the main component may be simply set to the critical pressure or higher.

次いで、加熱部22において、圧力が臨界圧力以上とされたサンプルを加熱することで、該サンプルを超臨界流体とし、超臨界流体とされたサンプルを第1のバルブ24(圧力調整弁)に供給する。   Next, the heating unit 22 heats the sample whose pressure is equal to or higher than the critical pressure, thereby making the sample a supercritical fluid, and supplying the sample made the supercritical fluid to the first valve 24 (pressure regulating valve). To do.

具体的には、低温液体(サンプル)として、窒素を用いる場合、加熱部22では、サンプルの温度が0〜20℃(大気温度付近)の範囲内となるように加熱する。このときの加熱方法としては、例えば、空温式を用いることができる。
また、加熱部22により、サンプルを超臨界流体とすることで、加熱部22と第1のバルブ24との間に位置する分析用サンプル供給ライン21を流れるサンプルは、超臨界流体とされる。
Specifically, when nitrogen is used as the low temperature liquid (sample), the heating unit 22 heats the sample so that the temperature of the sample is in the range of 0 to 20 ° C. (near the atmospheric temperature). As a heating method at this time, for example, an air temperature method can be used.
Moreover, the sample flowing through the analysis sample supply line 21 located between the heating unit 22 and the first valve 24 is made a supercritical fluid by making the sample into a supercritical fluid by the heating unit 22.

次いで、第1のバルブ24では、圧力が臨界圧力以上とされたサンプルの圧力を、分析装置26によるサンプルの組成分析が可能な圧力まで減圧させることで、サンプルを気体にする。
具体的には、例えば、低温液体(サンプル)として窒素を用いると共に、分析装置26としてガスクロマトグラフィーを用いて、サンプルの組成分析を行う場合、第2のバルブ29の開けることで、サンプルの圧力を大気圧(サンプルの組成分析が可能な圧力)まで減圧させる。
Next, in the first valve 24, the pressure of the sample whose pressure is equal to or higher than the critical pressure is reduced to a pressure at which the composition analysis of the sample can be performed by the analyzer 26, so that the sample is gasified.
Specifically, for example, when nitrogen is used as the cryogenic liquid (sample) and gas chromatography is used as the analyzer 26 to analyze the composition of the sample, the second valve 29 is opened to open the pressure of the sample. Is reduced to atmospheric pressure (pressure at which the composition of the sample can be analyzed).

その後、気体とされたサンプルは、分析用サンプル供給ライン21を介して、分析装置26に供給される。このとき、第2のバルブ29の開度を調整することで、分析装置26に供給する気体とされたサンプルの流速を調整する。その後、分析装置26では、気体とされたサンプルの組成分析が行われる。   Thereafter, the gas sample is supplied to the analyzer 26 via the analysis sample supply line 21. At this time, by adjusting the opening degree of the second valve 29, the flow rate of the sample that is gas supplied to the analyzer 26 is adjusted. Thereafter, the analysis device 26 performs composition analysis of the gas sample.

本実施の形態の低温液体の一部であるサンプルの状態を液体に保持し、液体とされたサンプルの圧力が臨界圧力以上となるように加圧し、次いで、臨界圧力以上の圧力とされたサンプルを加熱して、該サンプルを超臨界流体とすることで、サンプルに含まれる低揮発成分が組成分析を行う前に、気化することを抑制可能となる。   The state of the sample that is a part of the cryogenic liquid of the present embodiment is held in the liquid, and the pressure of the sample that is made liquid is pressurized so as to be equal to or higher than the critical pressure, and then the sample that is set to a pressure higher than the critical pressure. Is heated to make the sample a supercritical fluid, so that low-volatile components contained in the sample can be suppressed from vaporizing before performing composition analysis.

したがって、超臨界流体とされたサンプルの圧力を組成分析が可能な圧力まで減圧して、サンプルガスを気体した後、サンプルの組成を分析することで、低温液体の組成分析の精度を向上させることができる。   Therefore, reducing the pressure of the sample that has been made a supercritical fluid to a pressure at which composition analysis is possible, gassing the sample gas, and then analyzing the composition of the sample, thereby improving the accuracy of the composition analysis of the cryogenic liquid Can do.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.

本発明は、低温液体の組成分析の精度を向上可能な低温液体の組成分析方法に適用できる。   The present invention can be applied to a low-temperature liquid composition analysis method capable of improving the accuracy of low-temperature liquid composition analysis.

10…低温液体採取及び組成分析装置、11…断熱部材、11A…断熱空間、12…配管、15…サンプル採取用ライン、15A,42A…先端、16…マイクロシリンジポンプ、18…第1の逆止弁、21…分析用サンプル供給ライン、22…加熱部、23…第2の逆止弁、24…第1のバルブ、26…分析装置、28…排気ライン、29…第2のバルブ、34…固定台、35…マイクロシリンジ固定部材、37…移動体、38…マイクロシリンジ、42…外筒、43…フランジ、45…ピストン、47…プランジャー、51…第1の筒先、52…第2の筒先、A…低温液体採取部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Low temperature liquid collection and composition analyzer, 11 ... Thermal insulation member, 11A ... Thermal insulation space, 12 ... Piping, 15 ... Sample collection line, 15A, 42A ... Tip, 16 ... Micro syringe pump, 18 ... First check Valve, 21 ... Analytical sample supply line, 22 ... Heating unit, 23 ... Second check valve, 24 ... First valve, 26 ... Analyzer, 28 ... Exhaust line, 29 ... Second valve, 34 ... Fixing base, 35 ... Micro syringe fixing member, 37 ... Moving body, 38 ... Micro syringe, 42 ... Outer cylinder, 43 ... Flange, 45 ... Piston, 47 ... Plunger, 51 ... First tube tip, 52 ... Second Tube tip, A ... Cryogenic liquid sampling part

Claims (3)

低温液体の一部をサンプルとして採取する採取工程と、
前記サンプルの状態を液体に保持し、前記液体とされた前記サンプルの圧力が臨界圧力以上となるように加圧する加圧工程と、
前記臨界圧力以上の圧力とされた前記サンプルを加熱することで、該サンプルを超臨界流体とする超臨界流体生成工程と、
前記超臨界流体を生成後、前記サンプルの圧力を組成分析が可能な圧力まで減圧することで、前記サンプルを気体とする減圧工程と、
前記減圧工程後、前記サンプルの組成を分析する組成分析工程と、
を含むことを特徴とする低温液体の組成分析方法。
A collecting step of collecting a part of the cryogenic liquid as a sample;
A pressurizing step of holding the state of the sample in a liquid and pressurizing the liquid so that the pressure of the sample is equal to or higher than a critical pressure;
A supercritical fluid generating step in which the sample having a pressure equal to or higher than the critical pressure is heated to make the sample a supercritical fluid;
After generating the supercritical fluid, the pressure of the sample is reduced to a pressure at which composition analysis is possible, thereby reducing the pressure of the sample to gas,
A composition analysis step of analyzing the composition of the sample after the pressure reduction step;
A method for analyzing the composition of a cryogenic liquid, comprising:
前記採取工程では、マイクロシリンジポンプのマイクロシリンジ内に、前記低温液体の一部を前記サンプルとして採取し、
前記加圧工程では、前記マイクロシリンジ内に採取された前記サンプルを前記マイクロシリンジポンプのピストンで押し出すことで、前記サンプルを加圧することを特徴とする請求項1記載の低温液体の組成分析方法。
In the collecting step, a part of the cryogenic liquid is collected as the sample in a microsyringe of a microsyringe pump,
2. The cryogenic liquid composition analysis method according to claim 1, wherein in the pressurizing step, the sample is pressurized by pushing out the sample collected in the microsyringe by a piston of the microsyringe pump.
前記採取工程の前に、前記マイクロシリンジポンプを冷却することを特徴とする請求項1または2記載の低温液体の組成分析方法。   3. The cryogenic liquid composition analysis method according to claim 1, wherein the microsyringe pump is cooled before the collection step.
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