JP4036483B2 - 自動化サンプリング及び調製システム - Google Patents

Description

本発明は、プロセス中で処理される流れからサンプル流を受け取るため、プロセスにオンラインで接続されると共に、サンプリングループからアナライザへとサンプル流を輸送するため、アナライザに接続されたサンプリングループを備えた自動化サンプリング及び調製システムに関する。
連続的に運転されるアナライザは、化学工業において所望するプロセス流から濃度や別の重要な品質基準を決定する品質制御のために用いられる。これらのオンライン分析の特性に影響を与える最も重要な特徴の１つは、適切に機能するサンプリングシステムである。
石油精製においては、暗色かつ重質の高沸点の原油の分留物及びそれらの混合物が形成され、その後ビチューメン及び重質燃料油の製造に用いられる。これらの精製されたオイル製造物中に含有されるアスファルテンの低い溶解性又は沈殿性は、その応用及び貯蔵の妨げとなっている。アスファルテンの沈殿する傾向は、これらのオイル製造物の安定性、すなわち貯蔵性を決定し、この傾向は、プロセス及び製造の際の出発原料に依存する。特に現在の熱クラッキングは、アスファルテンが沈殿する傾向に影響を与える。熱クラッキングユニットにおいては、原油精製プロセスは、ユニットの底部から重質燃料油が安定に得られるように制御される。
従来では、オイル製造物の安定性は、例えば、シェル法；ビチューメン及び燃料油のフロキュレーション比といった方法のうち、いわゆるフロキュレーション法を用いたサンプルから決定されている。この方法は、ペーパークロマトグラフィー及びクロマトグラムの目視評価に基づくものである。この方法において結果を得るためには、０．５〜６時間を要する。
自動化オンラインアナライザがまた開発されており、その機能は、例えばオイル製造物のアスファルテン含有量を、製造プロセスから直接的に又は実験室内においてサンプルを分析することによって、モニタリングすることである。
自動化オンラインアナライザの場合に、コンピュータにより制御されたプロセスアナライザは、所望する製品流からサンプルを取得し、安定性を特徴付けるパラメータを得、このパラメータをプロセスの制御ユニットへ所定の時間間隔、例えば１０ｍｉｎ毎に送る。
本発明の目的は、上記既知のシステムを改善することにある。
本発明の自動化サンプリング及び調製システムは、サンプリングループが第１の導管及び第２の導管によりプロセスへと連結されており、サンプリングループは、第３の導管によりアナライザへと連結され、第４の導管により添加剤の供給システムへと連結され、第１のアクチュエータは、第１の導管のバルブ及び第２の導管のバルブを開閉させる。
本発明の好適な態様においては、第２のアクチュエータは、第３の導管のバルブ及び第４の導管のバルブを開閉させる。第２のアクチュエータにより駆動されるバルブは、第３の導管に必ずしも必要とされるものではなく、出口バルブと置き換えることもできる。第２のアクチュエータは、所望によりポンプに置き換えることができるので、必ずしも必要とされるものではなく、所望によりまた第３及び第４の導管のバルブを除去することもできる。
連続運転されるアナライザの一部として用いられる本発明のサンプリング及び調製システムの機能は、それ自体定容積サンプリングとして知られるものに基づいている。しかしながら、このシステムは、また、分析のためのサンプルを調製することも可能である。本発明のサンプリング及び調製システムは、一定容積の液体サンプルを製造プラントのプロセスから得、撹拌及びサンプルの沈殿といった調製を行なう。
本発明の好ましい態様によれば、閉じた液体回路内に沈殿溶媒が連続して加えられ、これに応じた液体の量がこの閉じた回路から排除され、この液体が検出器へ流れ込み、そこで、沈殿を散乱光（反射光）強度の急激な増加（曲がり点）として検出する。沈殿傾向を示すパラメータ（ｐ値、安定性）は、溶媒及びオイル製造物の各量から算出される。
一定容積のオイルサンプルは、オイル、沈殿溶媒（ヘプタン、ペンタン、セタン、オクタンといった直鎖の炭化水素）、及び可能な溶媒（キシレン、トルエン、又は別の芳香族化合物）の相対量によって決定される沈殿性を示すパラメータの算出のためには必要である。
本発明のサンプリング及び調製システムは、ポンプ輸送を行うことが困難な液体の分析に効果的である。均一な液体に加えて、液体サンプルとしてはまた、高粘度のいわゆる不均一ゾル、又は固体粒子を含有する液体（スラリ）を挙げることができるが、本発明は、いかなる液体サンプルにでも適用できる。
本発明のシステムにおいて、サンプルの調製中での混合はほぼ理想的なものとされ、これは、例えばギアポンプにより達成される。沈殿ステップにおいて、液体の処理は、沈殿剤（例えば、ヘプタン）を一定容積で混合ループへ連続的に供給することと、検出器を通して移動する液体容積の流れ（すなわち、沈殿度合いの検出）、とにより特徴付けられる。混合ループには、混合をより効果的に行う要素、例えば（ギア）ポンプ、静置型ミキサ、パッキング、ビーズ等が装着されていても良い。
沈殿の程度を示す式は、

で示され、Ｑ_tは、沈殿剤（例えばヘプタン）の濃度であり、
Ｑ₀は、最終濃度であり、
ｔは、時間であり、
Ｖ₀は、サンプルループの容積であり、
Ｆ_hは、沈殿剤（例えばヘプタン）の流量である。
上述の式は、例えば検出器により測定される濃度が知られている場合には、サンプルループ内での液体の濃度を正確に決定するために用いることができる。
本発明の自動化サンプリングシステム及び調製システムは、いくつかの著しい効果を伴う。サンプルのサンプリング及び調製は閉じた空間内で行われる。このことは、取扱物が可燃性又は毒性物質である場合は特に重要となる。処理された液体は、自動的にサンプルループから除去され、次のサンプリングステップの間にプロセスへと再循環される。これにより、廃棄物の量が低減でき、ループを洗浄する必要が低減できる。サンプリング及びサンプルの調製は、プロセスの圧力又はプロセス内部の圧力変動には影響を受けない。サンプリング及びサンプルの調製は容易に自動化できる。アナライザへの流れは、広い範囲で正確に調節できる。用いられる試薬は、処理に必要とされるのみの量が消費される。
本発明のサンプリング及び調製システムは、重質燃料油のプロセスフローからオンラインアナライザのために自動的にサンプリングを行うために特に好適である。本発明のサンプリング及び調製システムは、当然ながらいかなるプロセスフローからいかなる液体であってもサンプリングするために用いることができる。
本発明を、本発明の原理を示す添付図面を参照しながら以下に説明する。当然のことながら、この説明は、本発明を図面のもののみに限定することを意図するものではない。
図面は、本発明のサンプリング及び調製システムの好ましい態様を概略的なフローチャートとして示した図である。
図には、本発明の自動化サンプリング及び調製システムが、全体として、参照符号１０により示されている。処理される液体は、プロセス１１における矢線Ａの方向へと流されている。自動化サンプリング及び調製システム１０は、第１の導管１４と第２の導管１６とにより、プロセス１１へと連結されている。導管１４にはバルブ１３ａが配設され、導管１６にはバルブ１３ｂが配設されている。好ましくは、バルブ１３ａ，１３ｂは同時に起動される対となった２方向バルブとされる。アクチュエータ１２はバルブ１３ａ，１３ｂを制御するのに用いられる。さらに、サンプリング及び調製システム１０は、サンプリングループ１５を備える。サンプル流は、プロセス１１から導管１４を通してサンプリングループ１５へ、矢線Ｂの方向に流れる。サンプリングループ１５には、ポンプ１７が装着されていることが好ましい。サンプリングループ１５において、サンプルは、矢線Ｄの方向へ流れる。次のサンプリングステップにおいては、処理された液体は、自動的にサンプリングループ１５から導管１６を通して流れＣとしてプロセス１１へ戻される。
サンプル流は、アナライザに向かう流れＥとして導管１８を通してサンプリングループ１５から排出される。添加剤は、導管１９を通してサンプリングループ１５へ供給される。この態様においては、添加剤は、ポンプ２０により供給される。導管１８にはバルブ２２ａが配設されており、導管１９にはバルブ２２ｂが配設されている。アクチュエータ２１はバルブ２２ａ，２２ｂを制御する。好ましくは、バルブ２２ａ，２２ｂは、同時に駆動される対となった２方向バルブとされる。導管１９を通して流される添加剤は、矢線Ｆにより示されている。
好ましくは、図示した態様において、プロセス１１には流れ抵抗が配設されており、それは、絞りバッフル２３として示されている。アナライザへ接続する導管１８は、サンプリングループ１５から過剰の液体が漏れ出すのを防止するために圧力レデューサ２４を備えており、それにより、本発明のサンプリング及び調製システムの信頼性を確実なものとしている。添加剤を輸送する導管１９は、出口バルブ２５を備えている。
本発明の自動化サンプリング及び調製システム１０の操作は、以下のようにして行われる。サンプリングにおいて、最初にアクチュエータ１２によってサンプリングループ１５を開く。それにより、所望するプロセス流からの液体がサンプリングループ１５内にすでに存在する液体を押し出す。このことは、プロセス１１内での流れを、例えば絞りバッフル２３のような流れ抵抗又はサンプルライン内の別体となったポンプ（図示せず）により制限することにより発生する圧力差によって、容易化される。また、ポンプ１７は、サンプルループ１５を充填するのを補助している。
サンプル調製の開始時点では、アクチュエータ１２はバルブ１３ａ，１３ｂを閉じ、サンプリングループ１５とプロセス１１との間の連通を遮断する。次に、アクチュエータ２１はバルブ２２ａ，２２ｂを開く。それにより、添加剤が管１９を通してサンプルループ１５へ流入できるようになる。サンプリング及びサンプル調製の間に、サンプルは、効率よくサンプリングループ１５内のポンプ１７により循環される。添加剤は、ポンプ２０により混合がほぼ理想的となっているサンプリングループ１５へと供給される。供給された添加剤は対応する量の液体を移動させ、当該液体は、導管１８を通してアナライザへと流れる。この沈殿添加剤の供給は、沈殿傾向を特徴付けるパラメータが到達するまで続けられる。その後、アクチュエータ２１はバルブ２２ａ，２２ｂを閉じ、また、アクチュエータ１２はバルブ１３ａ，１３ｂを開いて、サンプリングループ１５が新たなサンプルを受け取ることができるようにする。サンプリングループ１５内で処理された液体は、自動的に導管１６を通して排出されて、次のサンプリングステップの間までにプロセス内へと再循環される。それにより、廃棄物の生成量を低減させると共に、ループ内を洗浄する必要を低減させる。アナライザへの流れは、ポンプ２０によって広い範囲でかつ正確に調節が可能である。ポンプ２０により供給される試薬は、調製に必要とされる量のみが消費される。
本発明の原理のみをこれまで説明したが、当業者によれば、いくつかの変更が本発明の趣旨及び添付する請求項に規定する本発明の範囲内において可能であることが理解されよう。

Claims (5)

1. 液体オイル製造物のサンプルをサンプリング及び調製するための自動化サンプリング及び調製システム（１０）であり、
   − プロセス（１１）の流れ（Ａ）からサンプルを受け取るために液体オイル製造物を製造するプロセス（１１）にオンライン連結されるよう配置され、さらにサンプルを調製するために添加剤を受け取って調製されたサンプルをアナライザへと輸送するよう配置されたサンプリングループ（１５）と、
   − 前記プロセス（１１）からサンプルを受け取るためにサンプリングループ（１５）に連結され、バルブ（１３ａ）を設けた第１の導管（１４）と、
   − 調製されたサンプルをアナライザに輸送するためにサンプリングループ（１５）に連結され、バルブ（２２ａ）を設けた第３の導管（１８）と、
   − サンプリングループに添加剤を供給するために前記サンプリングループ（１５）に連結され、バルブ（２２ｂ）及びポンプ（２０）を設ける第４の導管（１９）と、
   − 前記第１の導管（１４）のバルブ（１３ａ）を開閉させるよう配置された第１のアクチュエータ（１２）と、
   − 第３の導管（１８）内のバルブ（２２ａ）及び第４の導管（１９）内のバルブ（２２ｂ）を開閉させるよう配置された第２のアクチュエータ（２１）とを備え、
   当該自動化サンプリング及び調製システム（１０）はさらに、調製されたサンプルをプロセス（１１）へと戻すためにサンプリングループ（１５）に連結される第２導管（１６）を備え、前記第２導管（１６）は、バルブ（１３ｂ）を設け、当該バルブが第１アクチュエータ（１２）により開閉されるよう配置され、前記サンプリングループ（１５）はバルブ（１３ａ、１３ｂ、２２ａ、２２ｂ）が閉じているときに一定容積のサンプルを含む閉じたサンプリングループを形成し、且つ当該自動化サンプリング及び調製システム（１０）はさらに、サンプリングループ内のサンプルを循環させ、分析の前に液体沈殿添加剤である添加剤とサンプルとを混合するために一定容積のサンプリングループ（１５）内に配置されたポンプ（１７）を備えることを特徴とする自動化サンプリング及び調製システム。
2. アクチュエータがバルブを制御するよう配置され、処理された前記サンプル流は、次のサンプリングステップまでの間に前記プロセス（１１）へと前記第２の導管（１６）を通して前記サンプリングループ（１５）から排出されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の自動化サンプリング及び調製システム。
3. 前記アナライザへと排出するための前記第３の導管（１８）には、圧力レデューサ（２４）が配設されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１つに記載の自動化サンプリング及び調製システム。
4. 前記添加剤を供給するための前記導管（１９）には、出口バルブ（２５）が配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の自動化サンプリング及び調製システム。
5. 前記第１の導管及び前記第２の導管（１４，１６）の前記バルブ（１３ａ，１３ｂ）は、前記第３の導管及び前記第４の導管（１８，１９）の前記バルブ（２２ａ，２２ｂ）と共に、それぞれが２方向バルブとされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の自動化サンプリング及び調製システム。

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