JP6712012B2 - All sulfur and all halogen continuous concentration measurement system - Google Patents
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Description
本発明は、全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システムに係り、特に水素ガス中に含まれる微量濃度のイオウ化合物成分および全ハロゲン化合物成分を連続的に測定するのに好適な全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システムに関する。 The present invention relates to a total sulfur and total halogen continuous concentration measuring system, and particularly to a total sulfur and total halogen continuous concentration suitable for continuously measuring a trace amount of a sulfur compound component and a total halogen compound component contained in hydrogen gas. Concentration measurement system.
近年水素社会、特に水素燃料自動車の実用化に伴い、水素ステーションが普及しつつある。 In recent years, hydrogen stations have become widespread along with the practical use of hydrogen society, especially hydrogen fueled vehicles.
これに伴い、水素の品質項目としてISOによる最大不純物濃度が示されている。そこでは10数成分について規制がされているが、このうち全イオウ化合物については4ppb、全ハロゲン化合物については50ppbが規制値とされている。ハロゲンとしては、ガス状の塩素、臭素、フッ素等が挙げられる。 Along with this, the maximum impurity concentration according to ISO is shown as a hydrogen quality item. There are 10 or more components regulated therein, of which 4 ppb for all sulfur compounds and 50 ppb for all halogen compounds are regulated values. Examples of the halogen include gaseous chlorine, bromine, fluorine and the like.
このような全イオウ成分を測定する方法として、ガスクロマトグラフ(FPD、SCD)、質量分析計(GC−MS)、ICP発光分析法等が提案されている(例えば、特許文献1、図1参照)。 Gas chromatographs (FPD, SCD), mass spectrometers (GC-MS), ICP emission spectrometry, etc. have been proposed as methods for measuring all such sulfur components (see, for example, Patent Document 1 and FIG. 1). ..
しかしながら、前記特許文献1に示す従来方法においては、ppbレベルの微量濃度の全イオウ化合物を精度よく測定することは困難であった。 However, in the conventional method disclosed in Patent Document 1, it is difficult to measure the minute amount of all sulfur compounds at the ppb level with high accuracy.
また、FPDやSCDではハロゲンが検出できないことから質量分析計(MS)を用いて感度を高めることも検討される。しかし、質量分析計を検出器として用いた場合、測定するサンプルガスの中に質量電荷比が極めて近いもの(例えばイオウと酸素)が共存すると、分離が難しいことから、全イオウ化合物の定量が困難であるという問題もあった。 Further, since halogen cannot be detected by FPD or SCD, it is considered to increase the sensitivity by using a mass spectrometer (MS). However, when a mass spectrometer is used as a detector, it is difficult to quantify all sulfur compounds because it is difficult to separate if the sample gas to be measured has a very close mass-to-charge ratio (for example, sulfur and oxygen). There was also the problem of being.
この微量濃度の全イオウ化合物をMSで測定(特に、連続測定)するためには次の2つの要素を実現することが必要である。 In order to measure all the sulfur compounds of this trace concentration by MS (in particular, continuous measurement), it is necessary to realize the following two factors.
即ち、第1に、個々の成分として存在しているイオウ化合物を如何にしてひとまとめに測定するか、と
第2に、微量成分を連続測定するためにはどうすればよいか
である。
That is, firstly, how to measure the sulfur compounds existing as individual components collectively, and secondly, how to continuously measure the trace amount of components.
具体的には、個々のイオウ化合物すべてを定性定量し、その後合計すれば理論的には全イオウ化合物として測定可能であるが、現実には全成分を定性することは不可能であるので、定量もできないという問題点がある。 Specifically, it is theoretically possible to measure all sulfur compounds by qualitatively quantifying all of the individual sulfur compounds and then adding them up, but in reality it is not possible to qualitatively analyze all components, There is a problem that you can not do it.
また、ガスクロマトグラフをはじめとする既設分析計の場合には、イオウ化合物が含有されているサンプルガスを直接導入して、規制値濃度の4ppbを精度よく測定することは感度的に無理であった。 Further, in the case of an existing analyzer such as a gas chromatograph, it was impossible to measure the regulated value concentration of 4 ppb with high accuracy by directly introducing the sample gas containing the sulfur compound. ..
また、水素ガス中に含まれる微量濃度の全ハロゲン化合物成分の測定についても全イオウ化合物の測定の場合と同様の問題点があった。 In addition, the measurement of a trace amount of all halogen compound components contained in hydrogen gas has the same problem as in the measurement of all sulfur compounds.
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、水素ガス中に含まれる微量濃度のイオウ化合物成分および全ハロゲン化合物成分を連続的に正確に測定することのできる全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and it is possible to continuously and accurately measure a trace concentration of a sulfur compound component and a total halogen compound component contained in hydrogen gas. The purpose is to provide a measurement system.
本発明者らは、鋭意研究し、個々のイオウ化合物をすべて硫化水素(H2S)に変換し、変換された硫化水素を測定すること並びにハロゲン化合物の内の個々の有機ハロゲン化合物をすべて無機ハロゲン化合物に変換し、無機ハロゲン化合物を測定することによって全イオウ化合物並びに全ハロゲン化合物を測定することができ、更に、硫化水素並びに無機ハロゲン化合物に変換したサンプルガスを、電子式冷却法にて冷却濃縮することによって規制値濃度の4ppb以下の全イオウ化合物の測定並びに規制値濃度の50ppb以下の全ハロゲン化合物の測定を可能とすると共に液体酸素等による冷却法と違い人手が不要であるので連続濃縮測定を可能とすることを見いだして本発明を完成させた。 The present inventors have diligently studied to convert all the sulfur compounds into hydrogen sulfide (H 2 S), measure the converted hydrogen sulfide, and analyze all the organic halogen compounds among the halogen compounds as inorganic substances. All sulfur compounds and all halogen compounds can be measured by converting them to halogen compounds and measuring inorganic halogen compounds. Furthermore, sample gas converted to hydrogen sulfide and inorganic halogen compounds can be cooled by electronic cooling method. Concentration makes it possible to measure all sulfur compounds with a regulated value concentration of 4 ppb or less and all halogen compounds with a regulated value concentration of 50 ppb or less, and unlike human cooling methods such as liquid oxygen, continuous concentration is possible. The present invention has been completed by finding that measurement is possible.
前述した目的を達成するため、本発明の第1の態様の全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システムは、イオウ化合物を含む水素ガスからなるサンプルガスを加熱することにより前記イオウ化合物を硫化水素に変換させる機能および有機ハロゲン化合物を含む水素ガスからなるサンプルガスを加熱することにより前記有機ハロゲン化合物を無機ハロゲン化合物に変換させる機能とを有する反応炉と、前記反応炉から取り出されたサンプルガスを貯留するサンプリングユニットと、前記サンプリングユニットに貯留されたサンプルガスを濃縮トラップして濃縮サンプルガスとする濃縮ユニットと、前記サンプリングユニットに貯留されたサンプルガスおよび前記濃縮ユニットに濃縮トラップされた濃縮サンプルガス中の前記イオウ化合物および前記無機ハロゲン化合物の濃度を測定する分析計とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the total sulfur and total halogen continuous concentration measuring system according to the first aspect of the present invention converts a sulfur compound into hydrogen sulfide by heating a sample gas consisting of hydrogen gas containing a sulfur compound. A reaction furnace having a function of converting the organic halogen compound into an inorganic halogen compound by heating a sample gas composed of hydrogen gas containing an organic halogen compound; and storing a sample gas taken out from the reaction furnace. A sampling unit, a concentration unit for concentrating and trapping the sample gas stored in the sampling unit into a concentrated sample gas, a sample gas stored in the sampling unit, and a concentrated sample gas concentrated and trapped in the concentration unit And an analyzer for measuring the concentrations of the sulfur compound and the inorganic halogen compound.
このように形成されているので、第1の態様によれば、水素ガス中に含まれる微量濃度のイオウ化合物成分を硫化水素に変換すること並びに有機ハロゲン化合物成分を無機ハロゲン化合物に変換することによって連続的に正確に測定することができる。 Since it is formed in this manner, according to the first aspect, by converting the sulfur compound component in a trace amount contained in hydrogen gas into hydrogen sulfide and by converting the organic halogen compound component into an inorganic halogen compound. It is possible to measure continuously and accurately.
また、本発明の第2の態様の全イオウ連続濃縮測定システム、第1の態様において、前記反応炉は、サンプルガスを加熱する加熱手段と、加熱されたサンプルガスを硫化水素に変換させる硫化水素変換用触媒および加熱されたサンプルガスを酸化させてハロゲン化合物の内の有機ハロゲン化合物を無機ハロゲン化合物に変換させる無機ハロゲン変換用触媒とを備えており、前記サンプリングユニットは、多量のサンプルガスを貯留する第1ユニットと、少量のサンプルガスを貯留する第2ユニットとを備えており、前記濃縮ユニットは、サンプルガスを濃縮する電子式冷却手段と、濃縮された濃縮サンプルガスを貯留するトラップ手段とを備えており、前記分析計は、質量分析手段を備えていることを特徴とする。 Further, in the total sulfur continuous concentration measuring system according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the reaction furnace comprises heating means for heating the sample gas, and hydrogen sulfide for converting the heated sample gas into hydrogen sulfide. The sampling unit includes a conversion catalyst and an inorganic halogen conversion catalyst that oxidizes a heated sample gas to convert an organic halogen compound of the halogen compounds into an inorganic halogen compound, and the sampling unit stores a large amount of sample gas. A first unit for storing a small amount of sample gas, and a second unit for storing a small amount of sample gas, wherein the concentration unit includes electronic cooling means for concentrating the sample gas, and trap means for storing the concentrated concentrated sample gas. And the mass spectrometer is equipped with a mass spectrometric means.
このように形成されているので、第2の態様によれば、第1の態様の場合に加えて更に、サンプルガス中のイオウ化合物並びにハロゲン化合物の濃度に応じてサンプルガスの濃縮を選択して実行することができ、より適切に水素ガス中に含まれる微量濃度のイオウ化合物成分を硫化水素に変換すること並びに有機ハロゲン化合物成分を無機ハロゲン化合物に変換することによって連続的に正確に測定することができる。 Since it is formed in this way, according to the second aspect, in addition to the case of the first aspect, the concentration of the sample gas is selected depending on the concentrations of the sulfur compound and the halogen compound in the sample gas. It can be carried out, and more appropriately, continuously and accurately measuring by converting a trace concentration of a sulfur compound component contained in hydrogen gas into hydrogen sulfide and by converting an organic halogen compound component into an inorganic halogen compound. You can
本発明によれば、水素ガス中に含まれる微量濃度のイオウ化合物成分を硫化水素に変換すること並びに有機ハロゲン化合物成分を無機ハロゲン化合物に変換することによって連続的に正確に質量分析計にて測定することができるという優れた作用効果を発揮することできる。 According to the present invention, it is possible to continuously and accurately measure with a mass spectrometer by converting a trace amount of a sulfur compound component contained in hydrogen gas into hydrogen sulfide and converting an organic halogen compound component into an inorganic halogen compound. It is possible to exhibit an excellent effect of being able to do.
以下、本発明の実施の形態について図1および図2を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は本発明の全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システムの一実施の形態をブロック的に示している。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a continuous sulfur and total halogen concentration measuring system according to the present invention.
本実施形態の全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システム1は、イオウ化合物並びにハロゲン化合物を含む水素ガスからなるサンプルガスSGを分析できる状態まで処理する全イオウおよび全ハロゲン処理ユニット2と、処理されたサンプルガスSG中の全イオウ化合物並びに全ハロゲン化合物の濃度を測定する分析計3と、システム全体の動作を制御する中央制御装置(CPU)等を備えた制御装置4を有している。
The all-sulfur and all-halogen continuous concentration measuring system 1 of this embodiment is processed with an all-sulfur and all-halogen processing unit 2 that processes a sample gas SG consisting of a sulfur compound and a hydrogen gas containing a halogen compound to a state where it can be analyzed. It has an
全イオウおよび全ハロゲン処理ユニット2においては、サンプルガスSGの進行順に反応炉5、サンプリングユニット6、濃縮ユニット7が設けられている。反応炉5は、イオウ化合物並びにハロゲン化合物を含む水素ガスからなるサンプルガスSGを加熱することによりイオウ化合物を硫化水素に変換させる機能およびハロゲン化合物を含む水素ガスからなるサンプルガスSGを加熱することによりハロゲン化合物の内の有機ハロゲン化合物を無機ハロゲン化合物に変換させる機能とを有するように形成されている。サンプリングユニット6は、反応炉5から取り出されたサンプルガスSGを貯留するように形成されている。濃縮ユニット7は、サンプリングユニット6に貯留されたサンプルガスSGを濃縮トラップして濃縮サンプルガスとするように形成されている。分析計3は、サンプリングユニット6に貯留されたサンプルガスSGおよび濃縮ユニット7に濃縮トラップされた濃縮サンプルガスCSG中のイオウ化合物並びに無機ハロゲン化合物の濃度を測定するように形成されている。
In the all-sulfur and all-halogen processing unit 2, a reaction furnace 5, a
図2を含めて更に説明する。 Further description will be given including FIG.
図2において、イオウ化合物並びにハロゲン化合物を含むサンプルガスSGが流れる接続配管は2重線により示されており、イオウ化合物に不活性なサルフィナートチューブ、テフロンチューブ(テフロンは登録商標)などによって形成されている。サンプルガスSG以外が流れる接続配管は実線により示されている。 In FIG. 2, the connecting pipe through which the sample gas SG containing a sulfur compound and a halogen compound flows is shown by a double line, and is formed by a sulfur compound inert tube, a Teflon tube (Teflon is a registered trademark), or the like. Has been done. The connecting pipe through which the gas other than the sample gas SG flows is shown by a solid line.
反応炉5は、サンプルガスSGを加熱することによりイオウ化合物を硫化水素に変換させる機能を備えたイオウ用反応炉15とサンプルガスSGを加熱することによりハロゲン化合物の内の有機ハロゲン化合物を無機ハロゲン化合物に変換させる機能を備えたハロゲン用反応炉16とを並列に備えている。一方のイオウ用反応炉15は、サンプルガスSGを加熱する加熱手段としての電熱炉15aと、加熱されたサンプルガスSGを硫化水素に変換させる硫化水素変換用触媒(図示せず)とを備えている。硫化水素変換用触媒は、特殊処理した石英ビーズを装填した石英製反応管(内径:6mm、長さ:30cm、均熱帯:10℃x50mm、反応温度:800〜1100℃)によって形成されている。この硫化水素変換用触媒においては、イオウ化合物を含んだサンプルガスGSを通気し、1000℃の加熱環境において水素存在下で反応させることによって、全イオウ化合物を硫化水素に変換するものである。石英ビーズをリン酸熱処理という特殊処理を施した石英ビーズを備えた硫化水素変換用触媒によれば、時間変化もなく良好な変換率を示す。これに対して従来の白金等の金属触媒では時間経過とともに変換率が悪くなり、ついには全く変換に寄与しなくなる。他方のハロゲン用反応炉16は、サンプルガスSGを加熱する加熱手段としての電熱炉16aと、加熱されたサンプルガスSGを酸化させてハロゲン化合物の内の有機ハロゲン化合物を無機ハロゲン化合物に変換させる無機ハロゲン変換用触媒(図示せず)とを備えている。この無機ハロゲン変換用触媒は酸化触媒であり、例えば、Pt/Al2O3によって形成されている。この無機ハロゲン変換用触媒においては、有機ハロゲン化合物を含んだサンプルガスGSと添加した酸化性ガスとを通気し、1000℃の加熱環境において酸化性ガスの存在下で反応させることによって、有機ハロゲン化合物をすべて無機ハロゲン化合物に変換するものである。
The reaction furnace 5 heats the sulfur
サンプリングユニット6は、3個の自動6方バルブ6a、6b、6cを備えており、最上流側の自動6方バルブ6aは多量(約100cc)のサンプルガスSGを貯留する第1ユニットとしてのサンプルループ6aaを備えており、最下流側の自動6方バルブ6cは少量(約1cc)のサンプルガスSGを貯留する第2ユニットとしてのサンプルループ6ccを備えている。
The
濃縮ユニット7は、サンプルガスSGを濃縮する電子式冷却手段としてペルチェ冷却器7aと、濃縮された濃縮サンプルガスCSGを貯留するトラップ手段としてのU字管7bとを備えている。ペルチェ冷却器7aはU字管7bの外側を覆うようにして設置されている。ペルチェ冷却器7aは、ペルチェ効果を利用したアルミ製冷却ブロックにヒータを巻いたU字管7bを、冷却時は密着して冷却、加熱時は離して加熱するように形成されている。
The
次に、配管系を説明する。 Next, the piping system will be described.
反応炉5においては、イオウ用反応炉15およびハロゲン用反応炉16の入口および出口を2つの仕切り弁17a、17bと18a、18bをもって並列に配管接続されている。2つの仕切り弁17a、17bの接合部には、サンプルガスSGの入口SGinと標準ガスの入口STDinとが配管接続されている。一方の入口STDinには更に希釈用ガスも供給されるようになっている。ハロゲン用反応炉16の入口は仕切り弁17bと対向配置されている仕切り弁17cとの接合部に接続されている。この仕切り弁17cの上流側は酸化性ガスの入口OSGinと配管接続されている。酸化性ガスとしては、酸素、オゾン、空気、過酸化水素単独若しくは混合ガスが挙げられる。2つの仕切り弁18a、18bの接合部は電磁式の切換弁9をもって最上流側の自動6方バルブ6aの1ポート6a1とバイパスアウト10とに選択的に接続されるように配管されている。
In the reaction furnace 5, inlets and outlets of the
サンプリングユニット6においては、各自動6方バルブ6a、6b、6cにそれぞれ左下の入口から半時計回りに1〜6の入口が設けられており、相互に接続する配管が設置されている。最上流側の自動6方バルブ6aにおいては、入口6a3と6a6との間にサンプルループ6aaが接続されており、入口6a2は最下流側の自動6方バルブ6cの入口6c1と接続され、入口6a4は中間位置の自動6方バルブ6bの入口6b2と接続され、入口6a5にはサンプルガスSGの搬送用の窒素ガスの入口Ninと仕切り弁11をもって接続されるように配管されている。中間位置の自動6方バルブ6bにおいては、入口6b1と排出口12とが接続されており、入口6b3および6b6がU字管7bのそれぞれの端部と接続され、入口6b4は分析計3を形成する質量分析計MSのカラム(図示せず)に接読され、入口6b5は最下流側の自動6方バルブ6cの入口6c4と接続されるように配管されている。最下流側の自動6方バルブ6cにおいては、入口6c2とサンプルガス出口13とバッファフィルタ14を介して接続されており、入口6c3と6c6との間にサンプルループ6ccが接続されており、入口6c5には分析計3のキャリアガスCGの入口CGinと接続されるように配管されている。
In the
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
<サンプルガスSG中の全イオウ化合物濃度を測定する場合>
全イオウ化合物の濃度測定は、サンプル採取工程、サンプルの冷却濃縮工程、サンプルの加熱追いだし=濃度測定工程の順に進められる。以下に各工程を説明する。
<When measuring the concentration of all sulfur compounds in the sample gas SG>
The measurement of the concentration of all sulfur compounds proceeds in the order of a sample collecting step, a sample cooling/concentrating step, and a sample heating unloading=concentration measuring step. Each step will be described below.
(サンプル採取工程)
構成各部の状態設定は次の通りである。
電磁式の切換弁9: 二重線(ON状態)
自動6方バルブ6a: 実線接続状態
自動6方バルブ6b: 実線接続状態
自動6方バルブ6c: 実線接続状態
ペルチェ冷却器7a: 冷却状態
サンプル採取工程前に、電磁式の切換弁9をOFFとして実線の配管を通してバイパスアウト10から系内の残留ガスを排出し、排出が完了した後に切換弁9を復帰させる。
(Sample collection process)
The state setting of each component is as follows.
Electromagnetic switching valve 9: Double line (ON state)
Automatic 6-way valve 6a: solid line connected state Automatic 6-way valve 6b: solid line connected state Automatic 6-way valve 6c: solid line connected state Peltier cooler 7a: cooling state Electromagnetic switching valve 9 is turned off before the sampling process The residual gas in the system is discharged from the bypass out 10 through the pipe of (1), and the switching valve 9 is returned after the discharge is completed.
その後、一方のイオウ用反応炉15の上下流の仕切り弁17a、18aを開放し、他方のハロゲン用反応炉16の上下流の仕切り弁17b、18bを閉塞させて、イオウ用反応炉15を稼働状態とさせる。この状態で、サンプルガス入口SGinに接続されたサンプルガス用ボンベ内より流入したサンプルガスSGは、イオウ用反応炉15内の1000℃の加熱状態にある硫化水素変換用触媒を通過する間にイオウ化合物とサンプルガスGS中の水素ガスとが反応して、全イオウ化合物が硫化水素に変換させられる。その後、サンプルガスSGは自動6方バルブ6aを通過する間にサンプルループ6aa内に100ccとなるまで次第に貯留されてゆく。それと同時に過剰なガスを自動6方バルブ6aの入口6a2、自動6方バルブ6cの入口6c1、6c2およびサンプルガス出口13を通して系外に排出し、サンプルループ6aaを十分にサンプルガスに置換する。
After that, the
(サンプルの冷却濃縮工程)
構成各部の状態設定を次の通りに切り換える。
電磁式の切換弁9: 実線(OFF状態)
自動6方バルブ6a: 破線接続状態
自動6方バルブ6b: 実線接続状態
自動6方バルブ6c: 実線接続状態
ペルチェ冷却器7a: 冷却状態
このように電磁式の切換弁9をOFFとしてイオウ用反応炉15をバイパスアウト10に接続して、サンプルガスSGのサンプリングユニット6内への流入が阻止される。この状態で、搬送用ガス入口Ninから窒素ガスを最上流の自動6方バルブ6aの入口6a5に流入させることにより、サンプルループ6aaに貯留された100ccの大量のサンプルガスSGが、入口6a3、6a4、中間位置の自動6方バルブ6bの入口6b2、6b3を順に通ってペルチェ冷却器7aで5℃程度に冷却された濃縮ユニット7に導入され、全イオウ成分がU字管7b内に次第に貯留されてゆく。それと同時に水素由来の過剰なガスをU字管7bの他方の入口、自動6方バルブ6bの入口6b6、6b1および排出口12を通して系外に排出する。これによりU字管7b内に濃縮サンプルガスDSGが形成される。
(Cooling and concentration process of sample)
The state setting of each component is switched as follows.
Electromagnetic switching valve 9: Solid line (OFF state)
Automatic 6-way valve 6a: Broken line connection state Automatic 6-way valve 6b: Solid line connection state Automatic 6-way valve 6c: Solid line connection state Peltier cooler 7a: Cooling state In this way, the electromagnetic switching valve 9 is turned off and the
なお、酸素由来の分子はU字管7b内には貯留されず、イオウ由来の分子はほぼ完全に硫化水素に変換されてU字管7b内に貯留されるので、質量分析計MSを検出器にする場合であっても、イオウ成分と酸素由来分子とを容易に分離して全イオウ化合物の濃度測定をすることができる。 Since the molecules derived from oxygen are not stored in the U-shaped tube 7b, and the molecules derived from sulfur are almost completely converted to hydrogen sulfide and stored in the U-shaped tube 7b, the mass spectrometer MS is used as a detector. Even in such a case, the sulfur component and the oxygen-derived molecule can be easily separated to measure the concentration of all sulfur compounds.
(サンプルの加熱追いだし=濃度測定工程)
構成各部の状態設定を次の通りに切り換える。
電磁式の切換弁9: 実線(OFF状態)
自動6方バルブ6a: 実線接続状態
自動6方バルブ6b: 破線接続状態
自動6方バルブ6c: 実線接続状態
U字管7b: 加熱状態
この状態で、キャリアガス入口CGinから分析用のキャリアガスCGを最下流の自動6方バルブ6cの入口6c5に流入させることにより、キャリアガスCGが、入口6c4、中間位置の自動6方バルブ6bの入口6b5、6b6を順に通って濃縮ユニット7のU字管7bの他方の入口に供給されてゆく。それと同時にU字管7b内の濃縮サンプルガスDSGがU字管7bの一方の入口、自動6方バルブ6bの入口6b3、6b4を通して分析計3のカラム(図示せず)の入口に供給される。このカラムに採取された濃縮サンプルガスDSG内の硫化水素は、分析計3を形成する質量分析計MSによって検出されて、全イオウおよび全ハロゲン測定用データ処理装置4に出力され、その後サンプルガスSG内の全イオウ化合物濃度が表示される。
(Expulsion of sample heating = concentration measurement process)
The state setting of each component is switched as follows.
Electromagnetic switching valve 9: Solid line (OFF state)
Automatic 6-way valve 6a: solid line connection state Automatic 6-way valve 6b: dashed line connection state Automatic 6-way valve 6c: solid line connection state U-shaped tube 7b: heating state In this state, carrier gas CG for analysis is supplied with carrier gas CG for analysis. By flowing into the inlet 6c5 of the most downstream 6-way valve 6c, the carrier gas CG passes through the inlet 6c4 and the inlets 6b5 and 6b6 of the automatic 6-way valve 6b in the intermediate position in this order, and the U-shaped tube 7b of the concentrating
このように個々のイオウ化合物をすべて硫化水素(H2S)に変換し、変換された硫化水素を測定することによって全イオウ化合物を測定することができ、更に、硫化水素に変換したサンプルガスを、電子式冷却法にて冷却濃縮することによって酸素由来分子との分離を好適に行ない、規制値濃度の4ppb以下の測定を可能とし、更に液体酸素等による冷却法と違い人手が不要であるので連続濃縮測定を可能とすることがわかった。 Thus, all sulfur compounds can be measured by converting all the sulfur compounds into hydrogen sulfide (H 2 S) and measuring the converted hydrogen sulfide, and further, the sample gas converted into hydrogen sulfide can be measured. By cooling and concentrating with an electronic cooling method, it is possible to suitably separate from molecules derived from oxygen, and it is possible to measure a regulated value concentration of 4 ppb or less. Furthermore, unlike the cooling method using liquid oxygen, etc., no human labor is required. It has been found that continuous concentration measurement is possible.
なお、検量線校正時には、標準ガスを標準ガス入口STDinより系内に供給して行うとよい。 It should be noted that at the time of calibration curve calibration, it is advisable to supply the standard gas into the system through the standard gas inlet STDin.
<サンプルガスSG中の全ハロゲン化合物濃度が低い場合>
全ハロゲン化合物の濃度測定は、サンプル採取工程、サンプルの冷却濃縮工程、サンプルの加熱追いだし=濃度測定工程の順に進められる。以下に各工程を説明する。
<When the concentration of total halogen compounds in the sample gas SG is low>
The measurement of the concentration of all halogen compounds proceeds in the order of a sample collecting step, a sample cooling/concentrating step, and a sample heating unloading=concentration measuring step. Each step will be described below.
(サンプル採取工程)
構成各部の状態設定は次の通りである。
電磁式の切換弁9: 二重線(ON状態)
自動6方バルブ6a: 実線接続状態
自動6方バルブ6b: 実線接続状態
自動6方バルブ6c: 破線接続状態
ペルチェ冷却器7a: 冷却状態
サンプル採取工程前に、電磁式の切換弁9をOFFとして実線の配管を通してバイパスアウト10から系内の不要ガスを排出し、排出が完了した後に切換弁9を復帰させる。
(Sample collection process)
The state setting of each component is as follows.
Electromagnetic switching valve 9: Double line (ON state)
Automatic 6-way valve 6a: solid line connected state Automatic 6-way valve 6b: solid line connected state Automatic 6-way valve 6c: dashed line connected state Peltier cooler 7a: cooling state Electromagnetic switching valve 9 is turned off before sampling process Unnecessary gas in the system is discharged from the bypass out 10 through the pipe, and the switching valve 9 is returned after the discharge is completed.
その後、一方のハロゲン用反応炉16の上下流の仕切り弁17b、18bを開放し、他方のイオウ用反応炉15の上下流の仕切り弁17a、18aを閉塞させ、更に、ハロゲン用反応炉16の上下流の仕切り弁17cも開放させて酸化性ガスOGSを入口OGSinより供給させた状態としてハロゲン用反応炉16を稼働状態とさせる。この状態で、サンプルガス入口SGinに接続されたサンプルガス用ボンベ内より流入したサンプルガスSGは、ハロゲン用反応炉16内の1000℃の加熱状態にある無機ハロゲン変換用触媒を通過する間にサンプルガスGS中のハロゲン化合物と酸素からなる酸化性ガスOGSとが酸化反応して、ハロゲン化合物の内の有機ハロゲン化合物がすべて無機ハロゲン化合物に変換させられる。
Thereafter, the upstream and
その反応は下記の式に従って行われる。
R−Cl+O2 → CO2+HCl+H2O
The reaction is performed according to the following formula.
R-Cl + O 2 → CO 2 + HCl + H 2 O
この場合の酸素の供給量は、サンプルガスSGに対して100〜4000ppm、好ましくは100〜2000ppm、更に好ましくは400〜2000ppm、更に好ましくは400〜1000ppmとするとよい。オゾンや空気については含有酸素量が酸素単独と同様の供給量とするとよい。空気の場合には、2000〜10000ppm(=0.2〜1.0%)とするとよい。また、酸素の供給位置は、無機ハロゲン変換用触媒の直前の上流側位置とするとよい。 In this case, the supply amount of oxygen may be 100 to 4000 ppm, preferably 100 to 2000 ppm, more preferably 400 to 2000 ppm, and further preferably 400 to 1000 ppm with respect to the sample gas SG. Regarding ozone and air, the supply amount of oxygen may be the same as that of oxygen alone. In the case of air, it may be 2000 to 10000 ppm (=0.2 to 1.0%). Further, the oxygen supply position may be an upstream position immediately before the inorganic halogen conversion catalyst.
その後、サンプルガスSGは自動6方バルブ6aを通過する間にサンプルループ6aa内に100ccとなるまで次第に貯留されてゆく。それと同時に不要なガスを自動6方バルブ6aの入口6a2、自動6方バルブ6cの入口6c1、6c2およびサンプルガス出口13を通して系外に排出する。
After that, the sample gas SG is gradually stored in the sample loop 6aa until it reaches 100 cc while passing through the automatic 6-way valve 6a. At the same time, unnecessary gas is discharged out of the system through the inlet 6a2 of the automatic 6-way valve 6a, the inlets 6c1 and 6c2 of the automatic 6-way valve 6c, and the
なお、変換により生成される無機ハロゲン化合物(例えば塩化水素)の反応性を鑑み、ハロゲン用反応炉16以降の配管、接ガス部には耐性のある部材を用いることが好ましい。
In consideration of the reactivity of the inorganic halogen compound (for example, hydrogen chloride) generated by the conversion, it is preferable to use resistant members for the pipes and the gas contacting parts after the
(サンプルの冷却濃縮工程)
構成各部の状態設定を次の通りに切り換える。
電磁式の切換弁9: 実線(OFF状態)
自動6方バルブ6a: 破線接続状態
自動6方バルブ6b: 実線接続状態
自動6方バルブ6c: 実線接続状態
ペルチェ冷却器7a: 冷却状態
このように電磁式の切換弁9をOFFとしてハロゲン用反応炉16をバイパスアウト10に接続して、サンプルガスSGのサンプリングユニット6内への流入が阻止される。この状態で、搬送用ガス入口Ninから窒素ガスを最上流の自動6方バルブ6aの入口6a5に流入させることにより、サンプルループ6aaに貯留された100ccの大量のサンプルガスSGが、入口6a3、6a4、中間位置の自動6方バルブ6bの入口6b2、6b3を順に通ってペルチェ冷却器で5℃程度に冷却された濃縮ユニット7に導入され、全ハロゲン成分がU字管7b内に次第に貯留されてゆく。それと同時に水素由来の過剰なガスをU字管7bの他方の入口、自動6方バルブ6bの入口6b6、6b1および排出口12を通して系外に排出する。これによりU字管7b内に濃縮サンプルガスDSGが形成される。
(Cooling and concentration process of sample)
The state setting of each component is switched as follows.
Electromagnetic switching valve 9: Solid line (OFF state)
Automatic 6-way valve 6a: broken line connected state Automatic 6-way valve 6b: solid line connected state Automatic 6-way valve 6c: solid line connected state Peltier cooler 7a: cooling state In this way, the electromagnetic switching valve 9 is turned off and the
(サンプルの加熱追いだし=濃度測定工程)
構成各部の状態設定を次の通りに切り換える。
電磁式の切換弁9: 実線(OFF状態)
自動6方バルブ6a: 実線接続状態
自動6方バルブ6b: 破線接続状態
自動6方バルブ6c: 実線接続状態
U字管7b: 加熱状態
この状態で、キャリアガス入口CGinから分析用のキャリアガスCGを最下流の自動6方バルブ6cの入口6c5に流入させることにより、キャリアガスCGが、入口6c4、中間位置の自動6方バルブ6bの入口6b5、6b6を順に通って濃縮ユニット7のU字管7bの他方の入口に供給されてゆく。それと同時にU字管7b内の濃縮サンプルガスDSGがU字管7bの一方の入口、自動6方バルブ6bの入口6b3、6b4を通して分析計3のカラム(図示せず)の入口に供給される。このカラムに採取された濃縮サンプルガスDSG内の無機ハロゲン化合物は、分析計3を形成する質量分析計MSによって検出されて、全イオウおよび全ハロゲン測定用データ処理装置4に出力され、その後サンプルガスSG内の全ハロゲン化合物濃度が表示される。
(Expulsion of sample heating = concentration measurement process)
The state setting of each component is switched as follows.
Electromagnetic switching valve 9: Solid line (OFF state)
Automatic 6-way valve 6a: solid line connected state Automatic 6-way valve 6b: dashed line connected state Automatic 6-way valve 6c: solid line connected state U-shaped tube 7b: heating state In this state, carrier gas CG for analysis is supplied from carrier gas CGin for analysis. By flowing into the inlet 6c5 of the most downstream 6-way valve 6c, the carrier gas CG passes through the inlet 6c4 and the inlets 6b5 and 6b6 of the automatic 6-way valve 6b in the intermediate position in this order, and the U-shaped tube 7b of the concentrating
このようにハロゲン化合物の内、個々の有機ハロゲン化合物をすべて無機ハロゲン化合物に変換し、無機ハロゲン化合物を測定することによって全ハロゲン化合物を測定することができ、更に、無機ハロゲン化合物に変換したサンプルガスを、電子式冷却法にて冷却濃縮することによって規制値濃度の50ppb以下の測定を可能とし、更に液体酸素等による冷却法と違い人手が不要であるので連続濃縮測定を可能とすることがわかった。 In this way, among halogen compounds, all individual halogen compounds can be converted to inorganic halogen compounds, and all halogen compounds can be measured by measuring inorganic halogen compounds. Furthermore, sample gas converted to inorganic halogen compounds can be measured. It was found that the concentration of 50 ppb or less of the regulated value can be measured by cooling and concentrating with an electronic cooling method, and further, unlike the cooling method using liquid oxygen or the like, no manual labor is required, and thus continuous concentration measurement can be performed. It was
なお、検量線校正時には、標準ガスを標準ガス入口STDinより系内に供給して行うとよい。 It should be noted that at the time of calibration curve calibration, it is advisable to supply the standard gas into the system through the standard gas inlet STDin.
<サンプルガスSG中の全ハロゲン化合物濃度が高い場合>
全ハロゲン化合物の濃度測定は、サンプル採取工程、サンプルの加熱追いだし=濃度測定工程の順に進められる。濃度が高いために冷却濃縮工程を省くこととする。以下に各工程を説明する。
<When the concentration of all halogen compounds in the sample gas SG is high>
The measurement of the concentration of all halogen compounds proceeds in the order of the sample collecting step and the heating of the sample=concentration measuring step. Since the concentration is high, the cooling concentration step will be omitted. Each step will be described below.
(サンプル採取工程)
構成各部の状態設定は次の通りである。
電磁式の切換弁9: 二重線(ON状態)
自動6方バルブ6a: 破線接続状態
自動6方バルブ6b: 実線接続状態
自動6方バルブ6c: 実線接続状態
ペルチェ冷却器7a: 未使用
サンプル採取工程前に、電磁式の切換弁9をOFFとして実線の配管を通してバイパスアウト10から系内の残留ガスを排出し、排出が完了した後に切換弁9を復帰させる。
(Sample collection process)
The state setting of each component is as follows.
Electromagnetic switching valve 9: Double line (ON state)
Automatic 6-way valve 6a: Broken line connection Automatic 6-way valve 6b: Solid line connection Automatic 6-way valve 6c: Solid line connection Peltier cooler 7a: Unused Before the sampling process, the electromagnetic switching valve 9 is turned off to the solid line The residual gas in the system is discharged from the bypass out 10 through the pipe of (1), and the switching valve 9 is returned after the discharge is completed.
その後、サンプルガス入口SGinに接続されたサンプルガス用ボンベ内より流入したサンプルガスSGは、ハロゲン用反応炉16内の1000℃の加熱状態にある無機ハロゲン変換用触媒を通過する間にサンプルガスGS中の有機ハロゲン化合物と酸素からなる酸化性ガスOGSとが酸化反応して、ハロゲン化合物の内の有機ハロゲン化合物がすべて無機ハロゲン化合物に変換させられる。その後、サンプルガスSGは自動6方バルブ6aの入口6a1、6a2、最下流の自動6方バルブ6cの入口6c1に供給され、続いて自動6方バルブ6cを通過する間にサンプルループ6cc内に1ccとなるまで次第に貯留されてゆく。それと同時に過剰なガスを自動6方バルブ6cの入口6c2およびサンプルガス出口13を通して系外に排出する。
Then, the sample gas SG flowing from the inside of the sample gas cylinder connected to the sample gas inlet SGin is passed through the inorganic halogen conversion catalyst in the
(サンプルの加熱追いだし=濃度測定工程)
構成各部の状態設定を次の通りに切り換える。
電磁式の切換弁9: 実線(OFF状態)
自動6方バルブ6a: 実線接続状態
自動6方バルブ6b: 実線接続状態
自動6方バルブ6c: 破線接続状態
ペルチェ冷却器7a: 未使用
このように電磁式の切換弁9をOFFとしてハロゲン用反応炉16をバイパスアウト10に接続して、サンプルガスSGのサンプリングユニット6内への流入が阻止される。この状態で、キャリアガス入口CGinから分析用のキャリアガスを最下流の自動6方バルブ6cの入口6c5に流入させることにより、キャリアガスCGが、入口6c5、6c6、サンプルループ6ccに供給される。続いて、サンプルループ6ccに貯留された1ccの少量のサンプルガスSGが、入口6c3、6c4、中間位置の自動6方バルブ6bの入口6b5、6b4を順に通って分析計3のカラムの入口に供給される。このカラムに採取されたサンプルガスSG内の無機ハロゲンは、分析計3を形成する質量分析計MSによって検出されて、
(Expulsion of sample heating = concentration measurement process)
The state setting of each component is switched as follows.
Electromagnetic switching valve 9: Solid line (OFF state)
Automatic 6-way valve 6a: Solid line connected state Automatic 6-way valve 6b: Solid line connected state Automatic 6-way valve 6c: Broken line connected state Peltier cooler 7a: Not used In this way, the electromagnetic switching valve 9 is turned off and the
全イオウおよび全ハロゲン測定用データ処理装置4に出力され、その後サンプルガスSG内の全ハロゲン化合物濃度が表示される。
It is output to the
このようにハロゲン化合物の内の有機ハロゲン化合物をすべて無機ハロゲン化合物に変換し、無機ハロゲン化合物を測定することによって全ハロゲン化合物を測定することができ、更に、規制値濃度の50ppb以下の測定を可能とし、更に液体酸素等による冷却法と違い人手が不要であるので連続濃縮測定を可能とすることがわかった。 In this way, all the halogen compounds can be measured by converting all of the halogen compounds to inorganic halogen compounds and measuring the inorganic halogen compounds. Furthermore, it is possible to measure the regulated value concentration of 50 ppb or less. It was also found that continuous concentration measurement is possible because no human labor is required unlike the cooling method using liquid oxygen.
本発明は前記実施形態および実施例に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, but can be modified as necessary.
例えば、本実施の形態においては1ppbの検出を可能にするため、100cc程度の濃縮量にしているが、濃縮量を増やすことによって0.1ppb以下もしくは更なる微量濃度の測定も可能となる。また、大容量のサンプルループ6aaは物理的に装置を大型化するので、マスフローメータにて濃縮量を設定する方式も可能である。 For example, in the present embodiment, the concentration amount is about 100 cc in order to enable detection of 1 ppb, but by increasing the concentration amount, it is possible to measure a concentration of 0.1 ppb or less or a further trace amount. Further, since the large-capacity sample loop 6aa physically enlarges the device, a method of setting the concentration amount by a mass flow meter is also possible.
また、悪臭防止法で規制されているイオウ化合物は、液体酸素を使用して濃縮分析を行っているが、液体酸素の補充に人手にかかるので、連続測定は不可である。本発明による電子冷却法による濃縮操作を利用すれば、無人の連続濃縮運転が可能となる。 Further, sulfur compounds regulated by the Odor Control Law are subjected to concentration analysis using liquid oxygen, but continuous measurement is impossible because it takes time to supplement liquid oxygen. By utilizing the concentration operation by the electronic cooling method according to the present invention, unattended continuous concentration operation becomes possible.
また、本発明は、水素ガス以外の窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガス等の一般ガス中の全イオウ測定にも適応可能である。 The present invention is also applicable to the measurement of total sulfur in general gases other than hydrogen gas, such as nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide gas.
1 全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システム
3 分析計
5 反応炉
6 サンプリングユニット
6aa、6cc サンプルループ
7 濃縮ユニット
7a ペルチェ冷却器
7b U字管
15 イオウ用反応炉
16 ハロゲン用反応炉
1 Total Sulfur and Total Halogen
Claims (2)
前記反応炉から取り出されたサンプルガスを貯留するサンプリングユニットと、
前記サンプリングユニットに貯留されたサンプルガスを濃縮トラップして濃縮サンプルガスとする濃縮ユニットと、
前記サンプリングユニットに貯留されたサンプルガスおよび前記濃縮ユニットに濃縮トラップされた濃縮サンプルガス中の前記イオウ化合物および前記濃縮サンプルガス中の無機ハロゲン化合物の濃度を測定する分析計と
を有することを特徴とする全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システム。 Organohalogen compound of the halogen compounds by heating the sample gas composed of hydrogen gas containing a sulfur compound and heating the sample gas composed of hydrogen gas containing a halogen compound by heating the sample gas composed of hydrogen gas containing a sulfur compound And a reaction furnace having a function of converting into an inorganic halogen compound,
A sampling unit for storing the sample gas taken out from the reaction furnace,
A concentrating unit for concentrating and trapping the sample gas stored in the sampling unit as a concentrated sample gas,
An analyzer for measuring the concentrations of the sulfur compound in the sample gas stored in the sampling unit and the concentrated sample gas concentrated and trapped in the concentration unit and the inorganic halogen compound in the concentrated sample gas. Sulfur and halogen continuous concentrating measurement system.
前記サンプリングユニットは、多量のサンプルガスを貯留する第1ユニットと、少量のサンプルガスを貯留する第2ユニットとを備えており、
前記濃縮ユニットは、サンプルガスを濃縮する電子式冷却手段と、濃縮された濃縮サンプルガスを貯留するトラップ手段とを備えており、
前記分析計は、質量分析手段を備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の全イオウおよび全ハロゲン連続濃縮測定システム。 The reaction furnace comprises a heating means for heating the sample gas, a hydrogen sulfide conversion catalyst for converting the heated sample gas into hydrogen sulfide, and an organic halogen compound of the halogen compounds as an inorganic substance by oxidizing the heated sample gas. Equipped with an inorganic halogen conversion catalyst for converting to a halogen compound,
The sampling unit includes a first unit that stores a large amount of sample gas and a second unit that stores a small amount of sample gas,
The concentrating unit comprises an electronic cooling means for concentrating the sample gas, and a trap means for storing the concentrated concentrated sample gas,
The total sulfur and total halogen continuous concentration measurement system according to claim 1, wherein the analyzer is provided with a mass spectrometric unit.
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