JP6084222B2 - 重質試料用の試料粘度/流量制御およびそのx線分析応用 - Google Patents

重質試料用の試料粘度/流量制御およびそのx線分析応用 Download PDF

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Description

本発明は、一般的には、試料流のX線分析のために使用される装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、X線分析システムのX線分析焦点領域へと重質試料流を提供するための粘度/流量制御技術に関する。
関連特許出願の相互参照
本出願は、2011年8月15日に出願された米国特許仮出願第61/523,605号明細書に基づく利益を主張するものである。この仮出願は、ここに参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
試料のX線分析は、医療産業、製薬産業、および石油産業などの多くの産業にわたって関心が高まりつつある分野である。X線蛍光分析技術、X線回折分析技術、X線分光分析技術、X線画像化技術、および他のX線分析技術の利用は、事実上全ての科学分野において知識を大幅に増加させることにつながっている。
X線蛍光分析(XRF)は、物質をX線ビームにさらすことにより例えばある成分の存在などを判定するための分析技術である。XRFにおいては、X線にさらされる物質の元素成分の少なくとも一部が、X線光子を吸収し、特徴的な二次蛍光を発生させ得る。これらの二次X線が、この物質中のそれらの元素成分の特徴となる。適切に検出および分析されると、これらの二次X線は、それらの元素成分の中の1つまたは複数を特徴づけるために利用され得る。XRF技術は、とりわけ工業、医療、半導体チップ評価、石油、および法律を含む、多くの化学分野および材料科学の分野において幅広い用途を有する。
石油産業において必要とされる測定のいくつかの例としては、石油原料中の微量レベルの汚染物質が、石油の精製において周知の問題を引き起こす。硫黄は、原油流中の一般的な成分であるが、硫黄は、環境に対して影響を及ぼすものであるため、米国の環境保護庁による大気汚染防止法(Clean Air Act)の規制に従い、最終製品から硫黄を除去することが必要とされる。硫黄は、環境にとって有害であり、その除去コストは、高額である。したがって、精製プロセスの初期に硫黄レベルをモニタリングすることが重要となる。塩素およびバナジウムの汚染物質は、主に規制とは無関係な、プロセス制御上の理由により、精製産業から「厄介な物質」と見なされている。また、塩素は、精製産業にとって最大の問題の1つをもたらす。2005年の論文(非特許文献1)によれば、「近年では、原油蒸留ユニットのオーバーヘッドおよび/またはナフサ水素処理ユニットにおいて過度の腐食ならびにファウリングを被る精製所が増えつつある。その根本的な原因は、塩素レベルの深刻な急上昇に端を発していた。」とある。
ここに参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、および本発明の譲受人であるX−Ray Optical Systems, Inc.に譲渡される、特許文献1および特許文献2は、液体試料を分析するための単色波長分散X線蛍光分析(MWD XRF)技術およびシステムを開示している。さらに、同一出願人による「MOVABLE TRANSPARENT BARRIER FOR X−RAY ANALYSIS OF A PRESSURIZED SAMPLE」と題する特許文献3(やはりその全体が参照により本明細書に組み込まれる)は、以下においてさらに論じるようなシステムにおける移動試料流に固有の特定的な問題に取り組んでいる。
かかる汚染物質のための測定システムの1つの特定的な例としては、上記で組み込まれた特許が、石油燃料中の元素のレベルを判定するための技術を開示しており、市販の分析器(SINDIE)が、例えば石油精製施設、パイプライン施設、およびターミナル施設における硫黄の測定などのために、現在広く利用されている。
XRF流体試験は、試料分析のためにオフラインですなわち卓上型の実験室用計器を利用して行うことが可能である。材料は、供給源(例えば燃料の場合には精製所または輸送パイプラインなど)から取り出され、次いで試料チャンバ内に単純に配置されるか、または窓付き試料セル内に配置されてから、このセルがチャンバ内に配設される。オフラインの卓上型計器は、いかなる例外的な動作/圧力/環境/サイズ/重量/スペース/安全性に関する制約を満たす必要もなく、手動的に配置された試料に必要な測定精度を実現する必要があるに過ぎない。さらに、オフライン計器は、測定間での維持が容易になされ得る。
オフライン分析とは対照的に、オンライン分析は、製造プロセス中の様々な箇所における試料成分の「リアルタイム」モニタリングを可能にする。例えば、全ての燃料製品が、硫黄レベルを順守しなければならないため、燃料精製およびパイプラインでの輸送時には異種のオンラインモニタリングが必要となる。しかし、精製所およびパイプラインにおける燃料のオンライン分析は、オフラインの実験室環境では一般的に存在しない多数の動作上の課題を考慮する必要がある。手動による介入またはメンテナンスを殆どまたは全く伴わない、完全に自動化された燃料試料処理システムが必要となる。また、流体が、パイプライン内においては通常は圧力下にあるため、いずれの試料処理システムも、圧力差を考慮しなければならない。これは、XRF X線「エンジン」(以下でさらに論じる)のいくつかの部分が真空内で動作するため、特に重要となる。また、計器の電子機器は、試料処理システムとは別個に、防爆ハウジング内に包装する必要がある。
重油および重質燃料の用途向けのオンライン分析器においては、試料流粘度の差異により、安定的な圧力および流量で分析器に試料を提供することが困難になる。塩素の測定は、別の問題をもたらす。なぜならば、塩素は、殆どの場合水相で存在するため、重油中で均質的に混合しない場合があるからである。
これらの用途において、最も重要な構成要素の中の1つは、試料バリアである。これは、X線の光子が流体中の硫黄原子を励起し、これらの原子から発せられた光子がエンジンの検出器において計数されるのを可能にすると同時に、X線エンジン内の真空と、流体の圧力とを維持する。X線励起により、この表面において時間の経過と共に、およびいくつかのタイプのバリア材料上において、硫黄の(または他の硬質元素の)電離および吸着が発生する場合があり、これにより、望ましくない硫黄の残留およびバリアのX線透過性の低下が引き起こされる。より一般的には、多くのXRF用途が、試料の材料および/または測定環境による任意数の有害な境界部の効果からエンジンを保護するために、バリアを必要とする。
上記で組み込まれた特許文献3のバリアシステムは、ウィンドウロールのいくつかの部分を洗浄するためにプログラム可能な間隔で前進される可動バリアの形態において、これらの問題に対する非常に重要かつ成功的な解決策をもたらすが、この境界部を清浄に維持し、試料流が試料セルを所望の流量および粘稠度で移動するように維持する技術を提供することが、依然として望ましい。
米国特許第6,934,359号明細書 米国特許第7,072,439号明細書 米国特許第7,277,527号明細書 米国特許第6,285,506号明細書 米国特許第6,317,483号明細書 米国特許第7,035,374号明細書 米国特許第7,738,629号明細書 米国特許第5,192,869号明細書 米国特許第5,175,755号明細書 米国特許第5,497,008号明細書 米国特許第5,745,547号明細書 米国特許第5,570,408号明細書 米国特許第5,604,353号明細書 米国特許第7,110,506号明細書 米国特許第7,209,545号明細書 米国特許第7,257,193号明細書 国際公開第2009/111454号(A1)パンフレット 米国特許仮出願第61/498,889号明細書
したがって、必要とされるものは、有害な試料および環境の影響からX線エンジンを保護しつつ、過剰な移動パーツを用いずに正確な測定のために試料に対する境界部の完全性および透過性を維持する、高粘度試料を処理するオンラインX線分析システム用のよりコストが低くよりメンテナンスが少ない試料処理技術である。
本発明により、先行技術の欠点が解消され、さらなる利点がもたらされる。本発明は、一態様においては、X線分析焦点領域の方向に送られるX線励起ビームを生成するためのX線源を有するX線エンジンと、前記X線分析焦点領域に試料流を提供するための試料チャンバであって、前記X線分析焦点領域がこのチャンバ内に画定される試料分析領域内に配置される、試料チャンバと、前記焦点領域から二次X線を収集し、前記二次X線を検出器の方向に送るための、X線検出経路と、前記X線励起ビームおよび前記二次X線が通過する、前記チャンバの壁部上のX線透過性バリアと、前記試料分析領域を部分的に阻止することにより、試料分析領域内においておよびバリア上において試料流の乱流を発生させる、阻止構造体とを有するX線分析システムである。
阻止構造体は、前記X線分析焦点領域および/または前記試料分析領域の中心軸を中心として非対称的に配置されてもよく、丸形ピンであってもよい。
一実施形態においては、加熱素子が、前記試料流を加熱して前記試料流の流れを向上させるために使用されてもよい。
焦点領域は、X線励起経路および/または前記X線検出経路中の少なくとも1つの焦点調節光学部品への/からの焦点調節されたX線によって画定される焦点であってもよい。焦点調節光学部品は、湾曲回折光学部品またはポリキャピラリ光学部品であってもよい。
このシステムは、例えばMWDXRF分析器またはME−EDXRF分析器などの、単色波長により可能となるXRF分析器を備えてもよい。
試料は、例えば以下のリスト、すなわちS、Cl、P、K、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Pb、およびSeから選択される1または複数の元素などの、中に含まれる分析物の測定を必要とする、低粘度石油ベース製品または高粘度石油ベース製品を含んでもよい。
さらに、追加の特徴および利点が、本発明の技術により実現される。本発明の他の実施形態および態様が、本明細書において詳細に説明され、それらは、特許請求される本発明の一部と見なされる。
本発明と見なされる対象は、本明細書の最後の特許請求の範囲において特定的に指摘され、明確に特許請求される。本発明の前述のおよび他の目的、特徴、および利点は、添付の図面と組み合わされる以下の詳細な説明から明らかになる。
例示的なX線蛍光分析システムの要素の機能ブロック図である。 例示的な試料チャンバを有する例示的なX線蛍光源/検出「エンジン」の等角図である。 移動試料流を有する試料チャンバとの組合せにおけるMWD XRF分析エンジンの概略図である。 動的窓モジュールの等角立体図である。 本発明による改良された試料チャンバの部分断面図である。 本発明による改良された試料チャンバの部分断面図である。 本発明の原理による、入力試料流に対する熱テープの可能な適用を示す、マニホルドを示す図である。
図1は、試料をX線放射にさらすことにより蛍光放射を発生させ、次いでこれが検出され分析されることにより、試料の特徴を判定可能にするために使用される、典型的なMWD XRFシステム10の機能ブロック図である。このシステムは、X線源12、第1のX線焦点調節デバイス14、試料チャンバ16、第2のX線焦点調節デバイス18、およびX線検出器20を備えてもよい。例えばX線管などのX線源12は、X線ビーム22を生成する。X線が、本明細書の全体を通じて使用されるが、本発明は、中性子放射、粒子ビーム放射、またはガンマ線放射まで拡張される。ビーム22は、以下でさらに論じるように1または複数のX線焦点調節光学部品14により回折または焦点調節され得る。
試料チャンバ16において試験下にある試料は、特徴の測定を求められる任意の所望の物質であってもよい。試料が、静止状態にある(例えばオフラインシステム内にある)場合には、典型的には、試料は、例えばX線反射平坦表面または光反射表面などの、比較的平坦な表面上に配置される。また、試料が、固体、液体、または気体である場合には、試料は、X線ビームが通過し得るX線透過性アパーチャを有する、例えば封止された容器などの閉じられた容器またはチャンバの中に収容されてもよい。本発明は、一般的には、チャンバを通り移動されることを必要とする流動可能な形態の(例えば微粒子、粉末、液体、ガス、もしくは液体ベース材料(例えば微粒子物質を含むスラリ))、ならびにチャンバ内において何らかの他の破壊的な力もしくは効果を与える、低粘度試料または高粘度試料に関する。
ビーム24により照射されると、チャンバ16内の試料の成分の中の少なくとも1つが、蛍光発光するような、すなわちX線24による励起により二次X線源26を生成するような態様で、励起される。さらに、X線ビーム26が、典型的には分散X線ビームであるため、ビーム26は、例えばデバイス14と同様のデバイスなどの第2のX線焦点調節デバイス18により焦点調節されて、X線検出器20の方向に送られる焦点調節されたX線ビーム28を発生させる。
X線検出器20は、比例計数タイプもしくは半導体タイプのX線検出器(例えばシリコンドリフト検出器)であってもよく、または当業者には公知の任意の他の適切なタイプのX線蛍光検出器であってもよい。典型的には、X線検出器20は、分析、プリントアウト、または他の表示を目的として分析器32に転送される検出されたX線の少なくとも何らかの特徴を含む電気信号30を生成する。
図2は、「X−RAY TUBE AND METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING FLUID STREAMS USING X−RAYS」と題された上記で組み込まれた特許文献2によるMWD XRF X線エンジンアセンブリ110を図示する。これは、燃料中硫黄分析システムの一例であるが、「WAVELENGTH DISPERSIVE XRF SYSTEM USING FOCUSING OPTIC FOR EXCITATION AND A FOCUSING MONOCHROMATOR FOR COLLECTION」と題する上記で組み込まれた特許文献1において示されるような単色X線の励起および収集の原理も採用している。X線エンジンアセンブリ110(そのハウジングが除去された状態で図示される)は、X線源アセンブリ112、試料チャンバ接続部116、およびX線検出器アセンブリ120を備える。湾曲結晶単色化/焦点調節光学部品114が、検出経路中の別の湾曲結晶焦点調節光学部品118と共に、励起経路内において示される。X線源アセンブリ112は、X線ビーム122を発生させ、このビームは、X線焦点調節光学部品114により焦点調節されて、チャンバアセンブリ116において試験下にある試料に対して焦点調節されたビーム124を生成する。試料励起チャンバアセンブリ116において試料のX線照射により発生するX線蛍光は、X線蛍光ビーム126を発生させる。ビーム126は、X線焦点調節デバイス118により焦点調節されて、X線検出器アセンブリ120へと送られる焦点調節されたX線ビーム128を生成する。
X線光学部品は、例えば、同一出願人による特許文献4、特許文献5、特許文献6、および特許文献7において開示されるものなどの湾曲結晶単色化光学部品、および/または、多層光学部品、および/または、同一出願人による特許文献8、特許文献9、特許文献10、特許文献11、特許文献12、および特許文献13において開示されるものなどのポリキャピラリ光学部品などが含まれ得る。同一出願人による特許文献14、特許文献15、および特許文献16において開示されるものなどの光学部品/源の組合せもまた使用可能である。上記の特許文献はそれぞれ、ここに参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
励起経路および検出経路中の例示的な湾曲単色化光学部品が、図2に図示されるが、これは、上記で論じたSINDIE硫黄分析器のエンジン構成である。しかし、光学部品が、これらの経路の一方のみに存在してもよく、これは、依然として正確な位置合わせを必要とする。一例においては、上述のタイプのいずれかの光学部品が、励起経路中のみに存在してもよく、検出経路は、エネルギー分散検出器を備えることとなる。これは、単色励起エネルギー分散X線蛍光分析(ME−EDXRF)システムの構成となる。また、本発明によるオンラインの単色励起エネルギー分散X線蛍光分析器が、これらの用途に対して使用され得る。このエンジン技術は、例えば「XRF SYSTEM HAVING MULTIPLE EXCITATION ENERGY BANDS IN HIGHLY ALIGNED PACKAGE」と題される同一出願人による特許文献17において開示されている。この特許文献17の全体が、ここに参照により本明細書に組み込まれる。一実施形態においては、この技術は、HD XRFとして知られている単色励起を伴う。HD XRFは、従来的なEDまたはWD XRFを上回る幾分か強化された検出性能を実現する多元素分析技術である。この技術は、最新技術の単色化光学部品および焦点調節光学部品に適用されるものであり、試料中の多様な標的元素を効率的に励起する複数の選択エネルギー励起ビームを可能にする。単色励起は、蛍光ピーク下において散乱バックグラウンドを劇的に低下させて、元素検出の限界および精度を大幅に向上させる。HDXRFは、直接測定技術であり、消耗品または特別な試料の準備を必要としない。単色で可能となるX線励起を利用する改良されたオンライン分析器(ME−EDXRFおよびMWDXRFを含むがそれらに限定されない)についての例示的な仕様には、以下のものが含まれるが、それらに限定されない。
測定される例示的な元素:S、CI、P、K、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Pb、および/またはSe
試料T>曇り点、最高250°F
粘度 20cSt以上
濾波:100μm
LOD:0.3ppm@300s−水溶性マトリクス
LOD:0.2ppm@300s−炭化水素マトリクス
分析時間:10〜900s−ユーザによる調節が可能
例示的な範囲:0.2ppm/wt〜3,000ppm/wt
(開示されるオンライン分析器の重要な利点の1つは、有機塩素化合物および無機塩素化合物の両方を測定することが可能である点である。)
XRF検出のいくつかの方法においては、試料励起経路および検出経路は、例えばヘリウム雰囲気内になど、不活性ガス雰囲気内に維持される。しかし、特に遠隔地において不活性ガスが入手不能な場合には、これらの先行技術のプロセスの実装が不都合なものとなる。対照的に、本件においては、試料励起経路および検出経路は、真空下に維持されてもよく、不活性ガスは不要となる。例えば、図2に示すシステム110の放射経路は、例えば少なくとも約15トールなどの真空下に維持されてもよい。この真空は、移動パーツを全く有さないベンチュリポンプにより実現され得る。しかし、所望に応じて、および利用可能な場合には、窒素またはヘリウムなどの不活性ガスを導入し、例えば圧力下などでハウジング内に維持することが可能である。
X線エンジン(例えば源、励起経路、収集経路、および検出器)を囲む真空の使用により、試料境界部において、すなわちビーム124および126の各焦点においていくつかの問題が発生する。図2においては、試料チャンバ116(以下においてさらに論じる)に対するエンジンの境界部は、強靭であり必要なX線透過性を有するベリリウムまたはカプトンの窓バリアから構成されてもよい。しかし、試料チャンバおよびその動作環境によって、特にオンラインシステムにおいて上述のようないくつかの動作上の問題がもたらされる場合には、さらなるレベルの透過性が必要とされる。
図3は、試料流270を搬送する試料チャンバ260と組み合わされた、例示的なMWD XRF X線分析エンジン200を概略的に図示する。上記で論じたように、このX線分析エンジンは、試料チャンバ内の試料との位置合わせを必要とする焦点領域(励起光学部品および/または検出光学部品により形成される)を伴ってもよい。上記で論じたように、エンジン200は、一実施形態においては、X線源210および検出器250を備える。X線光学部品220および/または240は、エンジンの励起経路および/または検出経路中に配置され得る。これらの光学部品は、上記で論じた必要な検出限界にて機能するように試料焦点領域との間に高度の位置合わせを必要とする。
光学部品220は、試料チャンバ260内において源210から焦点領域280にかけて励起X線222を焦点調節および単色化する。また、光学部品240が、焦点領域280から検出器250にかけて二次蛍光X線242を焦点調節するために使用されてもよい。励起X線222および蛍光X線242は、エンジン窓バリア290(例えばベリリウム)およびチャンババリア262を通過して、試料流270が中を流れるチャンバ260内の焦点領域280まで進む。「焦点領域」は、本明細書においては、X線を送る/送られる試料分析領域を含意するように幅広い意味で使用される。一実施形態においては、焦点領域は、励起X線および/または蛍光X線を収斂させることにより形成される1〜2mm(またはそれ未満)の直径を有する小さな焦点であることが可能である。
この図においては、試料は、試料流270として試料チャンバ内に提供される。この試料流は、この実施形態においてはチャンバのバリア262の上を流れる。試料チャンバは、図3に1セクションが図示されるより大型の流れパイプシステムの一部であることが可能であり、および/または、試料チャンバは、試料入口および試料出口を有する比較的限定されたスペース(以下においてさらに論じる)であることが可能である。したがって、「試料チャンバ」という表現は、本明細書においては、X線エンジン付近の、試料流が中に画定され得る任意のタイプの装置を含意するように、幅広い意味で使用される。「通り」という語は、本明細書においては、焦点領域を直接的に通過するかまたはその付近を通過する流れを含意するように幅広い意味で使用される。この場合に、付近は、機能し得るなX線システムにおいて必要となるような励起X線および/または蛍光X線を発生させるのに十分な位置となる。
上記で論じたように、試料チャンババリアにおける吸着および他の効果が、この境界部における適切な測定を妨害する場合がある。図4を参照すると、上記で組み込まれた特許文献3によるオンラインシステムに特徴的なある有害な条件を処理するのに特に適した、改良された試料処理装置、すなわち「動的窓モジュール」310が図示される。この装置は、圧力下においてシステムを通り移動する、および測定を必要とする、例えば微粒子、液体、またはガスなどのための入力試料ポート322および出力試料ポート324を有する、試料チャンバ320を備える。この装置は、送りリール342および巻取りリール344の周囲に巻き付けられた可動バリアフィルム340を備える。このフィルムは、以下でさらに論じるように、チャンバ320(入力ポートおよび出力ポートと流体連通状態にある)の底面の空洞部内の試料アパーチャを通過して延び、試料チャンバと本明細書の他の箇所で論じるX線エンジンとの間にX線透過性バリアを提供する。このバリアは、X線エンジンの、場合によっては真空下にあるそれ自体の完全性を維持しつつ、試料が引き出される(例えば圧縮される)環境との適合性を維持する。
図示する実施形態においては、巻取りリールは、チャンバの底面の試料アパーチャを通してフィルムを移動させるために、遠隔制御されるモータ350によって駆動され得る。トリガホイール352および光電センサ354が、コンピュータネットワーク(図示せず)への標準的な接続を利用して移動量を遠隔的に感知および報告するために使用され得る。この例示的な実施形態においては、バリアの移動は、試料測定時には連続移動でなくてもよく、むしろ、X線エンジンおよび試料処理装置の両方の動作環境を維持しつつ、有害条件により使用済みとなったバリアの領域を部分的にまたは完全に「リフレッシュ」すなわち「置換」してもよい。
本発明によれば、および図5a〜図5bの部分断面図を参照すると、改良された試料チャンバ420が提供される。上記のように、チャンバは、圧力下においてシステムを通り移動する、および試料領域460における測定を必要とする、例えば微粒子、液体、またはガス470などのための入力試料ポート422および出力試料ポート424を備える。可動試料バリア440が、X線エンジンアセンブリ400(そのいくつかの部分は図示されないが、上述の技術のいずれかにより実装され得る)からチャンバ420を分離させてもよい。焦点領域480が、試料領域460を通り流れる試料を分析するために、例えば上記で論じたX線エンジン/光学部品により画定される。この例においてはポート422および424の交差部により形成される試料領域460が、焦点領域480の上に配設される。本発明によれば、他の場合であれば妨害されない試料領域460内のポートの交差部が、部分阻止構造体468によって遮断される。
図5bの拡大図を部分的に参照すると、この阻止構造体468は、試料領域460の上方セクションの試料の流れを大幅に阻止すると共に、焦点領域480の直近のおよびバリア440の上の試料流量の上昇を誘発するか、またはそうでない場合にはこの領域の試料の乱流を引き起こす。この試料流量の上昇および/または試料の乱流は、フラッシング機構として機能して、焦点領域480の付近における析出および/またはバリア440の他の汚染を阻止する。阻止構造体は、所要の乱流を生じさせるのに十分な任意の物理的構造体を使用して実装されてもよく、チャンバ内に一体的に形成されてもよく、または他の場合にはチャンバ内に取り付けられてもよい。図5a〜図5bに示す構造体は、ポート422および424の他の場合であれば均一である交差領域内に挿入された、丸形(例えば円形)ピンであるが、任意の適切な形状が、阻止構造体のために使用されてもよい。また、図示する例示的な実施形態においては、構造体468は、非対称的に配設され、試料分析領域および/またはX線焦点領域の中心軸Zから出力ポート424の方向に若干ずれている。このずれにより、焦点領域480の上における必要な乱流が発生する。また、Oリング442が断面で図示されるが、これは、上記に組み込まれた特許文献3によれば、バリア440に対する試料チャンバ内の周囲の封止を促進する。
また、本発明によれば、および図5aを参照すると、加熱要素490は、例えば熱テープおよび/または熱ブロック、および/または任意の他のタイプの加熱構造体などの形態で試料分析領域の前に適用されることにより、入来する試料の温度を変調することが可能となる。高粘度試料流を加熱することは、試料分析領域の前で試料を緩めてより潤滑な試料流を可能にするために、特に有用である。
図6に示すように、マニホルド500が、上記で論じた試料チャンバへの試料流の提供前に、より長い長さの熱テープ590が沿うように配置され得るより長い長さの試料入力チューブ522を支援してもよい。
本発明は、精製用途における重油および他の重質燃料中の汚染物質をモニタリングするためのリアルタイムオンライン試料流量/分析システムにおいて特に有用である。これらの汚染物質をリアルタイムで測定することにより、燃料精製所は、稼働時間全体の拡大、プロセス効率の上昇、および安全性の向上による利益を享受することとなる。かかる用途については、本発明の原理は、2011年6月20日に出願され、「ONLINE MONITORING OF CONTAMINANTS IN CRUDE AND HEAVY FUELS, AND REFINERY APPLICATIONS THEREOF」と題される、同一出願人による特許文献18の開示のいずれかとの組合せにおいて使用され得る。この特許文献の全体が、ここに参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書においては、好ましい実施形態を詳細に図示および説明したが、本発明の趣旨から逸脱することなく様々な変更、追加、および代替等々を行うことができ、したがって、これらは、以下の特許請求の範囲において規定されるような本発明の範囲内に含まれるものと見なされるべきであることが、当業者には自明であろう。

Claims (20)

  1. 内部で試料流がX線エンジンのX線分析焦点領域の周辺を流れる、試料分析領域を画定する試料チャンバと、
    X線が前記試料分析領域へ/から進むのを可能にするための、前記チャンバの壁部中のX線透過性バリアと、
    前記試料分析領域においておよび前記バリアの上において試料流の乱流を発生させるための、前記試料分析領域を部分的に阻止する阻止構造体と
    を備え
    前記試料分析領域は入力試料ポートと出力試料ポートの交差部において形成され、
    前記阻止構造体はその中心が前記X線分析焦点領域および/または前記試料分析領域の中心軸からずれるように配設されることを特徴とするX線分析試料処理装置。
  2. 前記阻止構造体は、丸形ピンを備えることを特徴とする請求項に記載の装置。
  3. X線励起経路と、
    X線検出経路と
    を備える、前記X線エンジンを備える、X線分析システムと組み合わされ、
    前記X線励起経路および/または前記X線検出経路は、前記チャンバ内に前記X線分析焦点領域を画定することを特徴とする請求項1に記載の装置。
  4. 前記焦点領域は、焦点であることを特徴とする請求項に記載の装置。
  5. 前記焦点は、前記X線励起経路および/または前記X線検出経路中の少なくとも1つの焦点調節光学部品への/からの焦点調節されたX線によって画定されることを特徴とする請求項に記載の装置。
  6. 前記少なくとも1つの焦点調節光学部品は、少なくとも1つの湾曲回折光学部品またはポリキャピラリ光学部品であることを特徴とする請求項に記載の装置。
  7. 前記少なくとも1つの焦点調節光学部品は、少なくとも1つの焦点調節単色光学部品であることを特徴とする請求項に記載の装置。
  8. 前記少なくとも1つの焦点調節単色光学部品は、湾曲結晶光学部品または湾曲多層光学部品であることを特徴とする請求項に記載の装置。
  9. 前記X線検出経路中の少なくとも1つの焦点調節光学部品が、その入力焦点がX線焦点に位置するように、位置決めされ、前記X線励起経路中の少なくとも1つの焦点調節光学部品の出力焦点に一致することを特徴とする請求項に記載の装置。
  10. 前記X線分析システムは、単色波長により可能となるXRF分析器を備えることを特徴とする請求項に記載の装置。
  11. 前記分析器は、MWDXRF分析器またはME−EDXRF分析器であることを特徴とする請求項10に記載の装置。
  12. 前記試料流の流れを向上させるための前記試料流を加熱するための加熱素子をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  13. 前記試料は、中に含まれる分析物の測定を必要とする石油ベース製品を含むことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか一項に記載の装置。
  14. 測定される分析物が、以下のリスト、すなわちS、Cl、P、K、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Pb、およびSeから選択される少なくとも1つの元素であることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか一項に記載の装置。
  15. 前記流は、原油であり、測定される分析物は、塩素であることを特徴とする請求項1ないし14のいずれか一項に記載の装置。
  16. X線励起ビームを生成するためのX線源を有するX線エンジンであって、前記X線励起ビームは、X線分析焦点領域の方向に送られる、X線エンジンと、
    前記X線分析焦点領域へと試料を提供するための試料チャンバであって、前記X線分析焦点領域は、前記チャンバ内に画定された試料分析領域内に配置される、試料チャンバと、
    前記焦点領域から二次X線を収集し、検出器の方向に前記二次X線を送るための、X線検出経路と、
    前記X線励起ビームおよび前記二次X線が通過する前記チャンバの壁部上のX線透過性バリアと、
    前記試料分析領域を部分的に阻止することにより、前記試料分析領域内におよび前記バリアの上に試料流の乱流を発生させる、阻止構造体と
    を備え
    前記試料分析領域は入力試料ポートと出力試料ポートの交差部において形成され、
    前記阻止構造体はその中心が前記X線分析焦点領域および/または前記試料分析領域の中心軸からずれるように配設されることを特徴とするX線分析システム。
  17. 分析器は、単色波長により可能となるXRF分析器を備えることを特徴とする請求項16に記載のシステム。
  18. 前記システムは、MWDXRF分析器またはME−EDXRF分析器であることを特徴とする請求項17に記載のシステム。
  19. 測定される分析物が、以下のリスト、すなわちS、Cl、P、K、Ca、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Pb、およびSeから選択される少なくとも1つの元素であることを特徴とする請求項16〜18のいずれか一項に記載のシステム。
  20. 前記流は、原油であり、測定される分析物は、塩素であることを特徴とする請求項16〜18のいずれか一項に記載のシステム。
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