KR20160047016A - 유해가스 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원유나 천연가스 내에 포함되어 있는 유해가스 특히, 황화수소량을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 채취된 오일이나 천연가스에 레이저나 적외선을 선택적으로 투사하여 각각의 물질을 구성하는 분자가 가지는 파장이나 회절 특성을 이용하여 오일 또는 천연가스 내에 포함되어 있는 유해가스의 양을 파악하는 것이 특징인 유해가스 측정방법 및 장치에 관한 것이다.
따라서, 본 발명 유해가스 측정방법 및 장치는 선택적으로 레이저나 적외선을 조사할 수 있기 때문에 대부분의 성분을 검출할 수 있으며, 특히 유해가스 중 원유 또는 천연가스를 수송하는 파이프라인을 부식시키는 황화수소의 정확한 양을 파악하여 대처할 수 있기 때문에 파이프라인의 부식으로 인한 원유나 천연가스가 누출되는 것을 방지하여 환경오염을 방지할 수 있으며, 파이프라인 복구에 드는 비용을 절감할 수 있는 등의 현저한 효과가 있다.

Description

유해가스 측정방법 및 장치{Method and apparatus for measuring hazardous gas}
본 발명은 원유나 천연가스 내에 포함되어 있는 유해가스 특히, 황화수소량을 측정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 채취된 오일이나 천연가스에 레이저나 적외선을 선택적으로 투사하여 각각의 분자가 가지는 파장이나 회절 특성을 이용하여 오일 또는 천연가스 내에 포함되어 있는 유해가스의 양을 파악하는 것이 특징인 유해가스 측정방법 및 장치에 관한 것이다.
대다수의 오일 또는 가스전에서 생산되는 원유 및 천연가스에는 유해가스가 포함되어 있으며, 특히 황화수소(H2S)는 이러한 유해가스 중 대표적인 유해가스로서 해양플랜트에서 원유 또는 가스를 수송하기 위한 해저 파이프라인 내부부식을 발생시킴으로써 파이프라인의 운송기능상실로 인한 생산량 감소 및 막대한 복구 비용 발생과 원유누출로 인한 해양환경오염 등의 심각한 문제를 초래한다.
이를 예방하기 위한 황화수소 부식 억제재(H2S scanenger)를 사용하고 있으나, 정량분석을 통한 주입이 아니라 경험적으로 대처하고 있어 경제적 손실이 불가피하다.
이러한 유해가스 특히 황화수소를 측정하는 종래기술로는 공개특허공보 제2013-0141567호에 액체가 대부분인 시료의 적어도 한 특성을 측정하는 방법으로서, 시료에 첨가되면 검출될 특성과 직접 관련된 측정 가능한 광학 효과를 유발할 수 있는 적어도 하나의 화학 시약을 시료에 첨가하는 단계; 광학 효과를 측정하는 단계; 측정될 특성과 관련되어 측정된 광학 효과를 미리 정해진 값들과 비교하는 것에 의해 특성 값을 도출하는 단계; 및 10 내지 35%의 과산화수소와 평형을 이루는 2 내지 10%의 과아세트산 및 물을 포함하는 세정용 조성물을 시료에 첨가하는 것에 의해 시료로부터 술폭시 화합물을 제거하는 단계를 포함하며, 측정된 광학 효과와 측정될 특성 간의 관계는 액체 시료의 부피와 무관하고 시료에 첨가되는 시료의 부피와 무관하며, 세정용 조성물은 술폭시 화합물과 적어도 한 화학 시약 간의 반응을 방지하는 것 외에는 측정가능한 광학 효과에 어떤 영향도 미치지 않는 것을 특징으로 하는 방법이 공개되어 있다.
또 다른 종래기술로는 공개특허공보 제2014-0006813호에 황-함유 원유 및 잔사유의 고온 저장 과정에서 그리고 황-함유 원유 및/또는 잔사유를 포함하는 광유 증류액의 고온 저장 과정에서 확립된 H2S 함량을 측정하는 방법으로서, 상기 황-함유 광유의 샘플을 200℃ 초과의 온도에서 비등하는 용매 또는 용매 혼합물에 용해시키고, 캐리어 기체를 80℃ 초과의 온도에서 상기 황-함유 광유의 용액을 통해 호송(conduct)하고, 상기 캐리어 기체와 함께 방출된 황화수소의 양을 정량적으로 분석하는, 황-함유 원유 및 잔사유의 고온 저장 과정에서 그리고 황-함유 원유 및/또는 잔사유를 포함하는 광유 증류액의 고온 저장 과정에서 확립된 H2S 함량을 측정하는 방법이 공개되어 있다.
그러나 상기 종래의 방법은 레이저나 적외선 중 어느 하나를 사용하거나 또는 화학적인 방법을 택하기 때문에 모든 성분에 대해 정확한 측정을 하지 못하고 있다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 적외선이나 레이저를 선택적으로 조사시켜 오일이나 천연가스 내에 포함되어 있는 유해가스 특히, 황화수수 성분을 정확하게 측정할 수 있는 유해가스 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명 유해가스 측정방법 및 장치는 유해가스 측정장치의 샘플박스 내에 원유 또는 천연가스를 포집하여 적외선장치에 의해 적외선이 조사되면, 적외선은 제1오목거울에 의해 90°반사되어 샘플박스 내에 포집되어 있는 원유 또는 천연가스를 투과하게 되며, 샘플박스의 원유 또는 천연가스를 투과한 적외선은 제2오목거울에 의해 다시 90°반사되어 분석기로 입수되고, 분석기로 입수된 적외선의 파장을 분석함으로써 원유 또는 천연가스 내에 포함된 유해가스의 양을 측정하되, 상기 적외선장치와 제1오목거울 사이에는 프로펠러형 차단기가 설치되어 차단기의 회전에 의해 적외선이 통과 또는 차단이 반복되는 것이 특징이다.
따라서, 본 발명 유해가스 측정방법 및 장치는 선택적으로 레이저나 적외선을 조사할 수 있기 때문에 대부분의 성분을 검출할 수 있으며, 특히 유해가스 중 원유 또는 천연가스를 수송하는 파이프라인을 부식시키는 황화수소의 정확한 양을 파악하여 대처할 수 있기 때문에 파이프라인의 부식으로 인한 원유나 천연가스가 누출되는 것을 방지하여 환경오염을 방지할 수 있으며, 파이프라인 복구에 드는 비용을 절감할 수 있는 등의 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명 유해가스 측정장치를 나타낸 개요도.
도 2는 본 발명 유해가스 측정장치 사진.
본 발명 유해가스 측정방법은 유해가스 측정장치(100)의 샘플박스(150) 내에 원유 또는 천연가스를 포집하여 적외선장치(110)에 의해 적외선이 조사되면, 적외선은 제1오목거울(130)에 의해 90°반사되어 샘플박스(150) 내에 포집되어 있는 원유 또는 천연가스를 투과하게 되며, 샘플박스(150)의 원유 또는 천연가스를 투과한 적외선은 제2오목거울(140)에 의해 다시 90°반사되어 분석기(170)로 입수되고, 분석기(170)로 입수된 적외선의 파장을 분석함으로써 원유 또는 천연가스 내에 포함된 유해가스의 양을 측정하되, 상기 적외선장치(110)와 제1오목거울(130) 사이에는 프로펠러형 차단기(120)가 설치되어 차단기(120)의 회전에 의해 적외선이 통과 또는 차단이 반복되는 것이다.
상기 샘플박스(150)의 후단에는 원유 또는 천연가스를 투과한 적외선 중 특정 파장대의 파장을 필터링하기 위해 적외선필터(160)가 장착되는 것이 특징이다.
상기 적외선장치(110)와 프로펠러형 차단기(120) 사이에 힌지에 의해 회동가능한 플리퍼타입 거울(190)이 설치되고, 상기 플리퍼타입 거울(190)을 중심점으로 하여 적외선장치(110)에 직교하는 위치에 상기 레이저를 발생하는 레이저 발생장치(180)가 추가 구성되어, 레이저 발생장치(180)로부터 레이저가 발진될 경우 플리퍼타입 거울(190)이 제1오목거울(130)로 레이저를 반사시키도록 회동하며, 제1오목거울(130)에서 반사된 레이저는 샘플박스(150)의 원유 또는 천연가스를 투과한 후, 제2오목거울(140)에서 다시 반사되어 분석기(170)로 입수됨으로써 원유 또는 천연가스 내에 포함된 유해가스의 양이 측정되는 것이다.
한편, 유해가스의 양을 측정하는 유해가스 측정장치(100)는 적외선을 발생하는 적외선장치(110)와, 상기 적외선장치(110)로부터 발생되는 적외선을 차단 또는 통과시키는 프로펠러형상의 차단기(120)와, 상기 차단기(120)를 통과한 적외선을 90°반사시키는 제1오목거울(130)과, 상기 제1오목거울(130)을 통해 반사되는 적외선을 다시 90°반사시키는 제2오목거울(140)과, 상기 제1오목거울(130)과 제2오목거울(140) 사이에 원유나 천연가스를 담을 수 있도록 설치되는 샘플박스(150)와, 상기 샘플박스(150)를 투시한 적외선의 파장을 분석하는 분석기(170)로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적외선장치(110)와 프로펠러형 차단기(120) 사이에 힌지에 의해 회동가능한 플리퍼타입 거울(190)이 설치되고, 상기 플리퍼타입 거울(190)을 중심점으로 하여 적외선장치(110)에 직교하는 위치에 상기 레이저를 발생하는 레이저 발생장치(180)가 추가 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 샘플박스(150)와 제2오목거울(140) 사이에 적외선을 필터링하는 적외선필터(160)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 유해가스 측정방법 및 장치를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 유해가스 측정장치를 나타낸 개요도이며, 도 2는 본 발명 유해가스 측정장치 사진이다.
본 발명 유해가스 측정방법은 채취된 원유 또는 천연가스에 레이저나 적외선을 선택적으로 조사하여 각각의 분자만이 가지는 파장이나 회절 특성을 이용하여 오일 또는 천연가스 내에 포함되어 있는 유해가스의 양을 파악하는 것이다.
즉, 모든 분자들은 각각의 물질은 독특한 분자구조로 구성되어 있기 때문에 적외선이나 레이저를 조사하게 되면 그에 따른 파장이나 회절 특성이 있다.
특히, 적외선을 조사하게 되면 물질을 구성하는 분자의 진동과 회절운동을 반영하는 적외선 스텍트럼이 형성되게 되는 데, 순수한 물질에 의해 형성되는 스텍트럼의 형상과 비교하여 물질 내에 포함된 불순물을 파악하게 되는 것이다.
H2S의 경우 가스 내에 포함되어 있는 H2S 및 증류수에 용해된 H2S를 FRIR을 이용하여 스텍트럼을 비교분석하게 되는 데, 특히 적외선필터(160)로서 NDIR(Non-Dispersive)광원필터를 이용하여 특정 파장대(2400cm-1)에서의 H2S가스 피크(peak)를 측정한다.
한편, 수용액상 H2S 샘플의 경우, 2장의 Si wafer 사이에 위치시킨 후 FRIR 스텍트럼을 측정하여 순수한 증류수의 스텍터럼과 비교하게 된다.
레이저의 경우 레이저 활성영역 바로 위의 층에 회절격자를 두어 광을 선택적으로 반사 및 공진시키게 된다.
레이저는 하나의 파장 대역에서만 피크(peak)가 발생하며, 파장의 안정성이 있으며, 단일 모드로 발진하므로 빛의 분산이 적어 더 멀리, 더 강한 신호를 전송할 수 있기에 적외선에 사용되는 적외선필터(160)는 사용하지 않는다.
이에, 본 발명에서는 상기와 같은 목적에 부합하는 분포궤환형 레이저 다이오드(Distributed Feedback laser diodes: DFB-LD)를 사용하는 것이 바람직하다.
이에, 본 발명은 상황에 따라 적외선 또는 레이저를 선택적으로 조사할 수 있는 것으로, 유해가스의 양을 파악하는 유해가스 측정장치(100)는 적외선을 발생하는 적외선장치(110)와, 상기 적외선장치(110)로부터 발생되는 적외선을 차단 또는 통과시키는 프로펠러형상의 차단기(120)와, 상기 차단기(120)를 통과한 적외선을 90°반사시키는 제1오목거울(130)과, 상기 제1오목거울(130)을 통해 반사되는 적외선을 다시 90°반사시키는 제2오목거울(140)과, 상기 제1오목거울(130)과 제2오목거울(140) 사이에 원유나 천연가스를 담을 수 있도록 설치되는 샘플박스(150)와, 상기 샘플박스(150)를 투시한 적외선의 파장을 분석하는 분석기(170)로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 프로펠러형 차단기(120)는 관용의 모터에 의해 회전함으로써 적외선장치로(110)부터 발생되는 적외선을 통과 또는 차단시키게 된다.
이때, 프로펠러형 차단기(120)에 의해 차단되는 것과 통과되는 것을 대비하여 분자구성과 양을 판단하게 된다.
또한, 상기 적외선장치(110)와 프로펠러형 차단기(120) 사이에 힌지에 의해 회동가능한 플리퍼타입 거울(190)이 설치되고, 상기 플리퍼타입 거울(190)을 중심점으로 하여 적외선장치(110)에 직교하는 위치에 상기 레이저를 발생하는 레이저 발생장치(180)가 추가 구성된다.
따라서, 상기 적외선장치(110)에서 적외선이 조사되면 플리퍼타입 거울(190)은 적외선이 조사되는 방향과 일직선을 이루도록 위치하게 되며, 레이저 발생장치(180)로부터 레이저가 발진하게 되면 프로펠러형 차단기(120)로 레이저를 보내기 위해 플리퍼타입 거울(190)이 회동하게 된다.
그리고 상기 샘플박스(150)와 제2오목거울(140) 사이에 적외선을 필터링하는 적외선필터(160)가 설치된다.
상기 적외선필터(160)는 특정 파장대의 파장을 필터링하기 위한 것이기 때문에 본 발명에서는 H2S에 대한 적외선필터(160)로서, 필터링을 원하는 분자에 따라 선택적으로 바뀔 수 있다.
한편, 상기 적외선필터(160)는 샘플박스(150)의 후면에 슬라이딩 타입으로 장착되는 것이 바람직하다.
즉, 적외선장치로(110)부터 적외선이 조사되면 적외선필터(160)는 제2오목거울(140)과 샘플박스(150) 사이에 일직선으로 위치하게 되어 특정 파장대 만이 통과하도록 하며, 레이저 발생장치(180)로부터 레이저가 발진하게 되면 샘플박스(150)와 제2오목거울(140) 사이에 위치하고 있던 적외선필터(160)는 일직선에 위치하지 않도록 움직이게 된다.
한편, 상기 샘플박스(150)를 원유나 천연가스를 수송하는 파이프라인에 직접 설치함으로써 실시간 유해가스 특히, H2S의 양을 모니터링 할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명 유해가스 측정방법은 선택적으로 레이저나 적외선을 조사할 수 있기 때문에 대부분의 성분을 검출할 수 있으며, 특히 유해가스 중 원유 또는 천연가스를 수송하는 파이프라인을 부식시키는 황화수소의 정확한 양을 파악하여 대처할 수 있기 때문에 파이프라인의 부식으로 인한 원유나 천연가스가 누출되는 것을 방지하여 환경오염을 방지할 수 있으며, 파이프라인 복구에 드는 비용을 절감할 수 있는 등의 현저한 효과가 있다.
100. 유해가스 측정장치
110. 적외선장치 120. 차단기 130. 제1오목거울
140. 제2오목거울 150. 샘플박스 160. 적외선필터
170. 분석기 180. 레이저발생장치 190. 플리퍼타입 거울

Claims (6)

  1. 원유 또는 천연가스 내에 포함되어 있는 유해가스의 양을 측정하는 유해가스 측정방법에 있어서,
    유해가스 측정장치(100)의 샘플박스(150) 내에 원유 또는 천연가스를 포집하여 적외선장치(110)에 의해 적외선이 조사되면, 적외선은 제1오목거울(130)에 의해 90°반사되어 샘플박스(150) 내에 포집되어 있는 원유 또는 천연가스를 투과하게 되며, 샘플박스(150)의 원유 또는 천연가스를 투과한 적외선은 제2오목거울(140)에 의해 다시 90°반사되어 분석기(170)로 입수되고, 분석기(170)로 입수된 적외선의 파장을 분석함으로써 원유 또는 천연가스 내에 포함된 유해가스의 양을 측정하되, 상기 적외선장치(110)와 제1오목거울(130) 사이에는 프로펠러형 차단기(120)가 설치되어 차단기(120)의 회전에 의해 적외선이 통과 또는 차단이 반복되는 것이 특징인 유해가스 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샘플박스(150)의 후단에는 원유 또는 천연가스를 투과한 적외선 중 특정 파장대의 파장을 필터링하기 위해 적외선필터(160)가 장착되는 것이 특징인 유해가스 측정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적외선장치(110)와 프로펠러형 차단기(120) 사이에 힌지에 의해 회동가능한 플리퍼타입 거울(190)이 설치되고, 상기 플리퍼타입 거울(190)을 중심점으로 하여 적외선장치(110)에 직교하는 위치에 레이저를 발생하는 레이저 발생장치(180)가 추가 구성되어, 상기 레이저 발생장치(180)로부터 레이저가 발진될 경우 플리퍼타입 거울(190)이 제1오목거울(130)로 레이저를 반사시키도록 회동하며, 제1오목거울(130)에서 반사된 레이저는 샘플박스(150)의 원유 또는 천연가스를 투과한 후, 제2오목거울(140)에서 다시 반사되어 분석기(170)로 입수됨으로써 원유 또는 천연가스 내에 포함된 유해가스의 양이 측정되는 것이 특징인 유해가스 측정방법.
  4. 원유 또는 천연가스 내에 포함되어 있는 유해가스의 양을 측정하는 유해가스 측정장치에 있어서,
    상기 유해가스 측정장치(100)는 적외선을 발생하는 적외선장치(110)와, 상기 적외선장치(110)로부터 발생되는 적외선을 차단 또는 통과시키는 프로펠러형상의 차단기(120)와, 상기 차단기(120)를 통과한 적외선을 90°반사시키는 제1오목거울(130)과, 상기 제1오목거울(130)을 통해 반사되는 적외선을 다시 90°반사시키는 제2오목거울(140)과, 상기 제1오목거울(130)과 제2오목거울(140) 사이에 원유나 천연가스를 담을 수 있도록 설치되는 샘플박스(150)와, 상기 샘플박스(150)를 투시한 적외선의 파장을 분석하는 분석기(170)로 구성된 것을 특징으로 하는 유해가스 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적외선장치(110)와 프로펠러형 차단기(120) 사이에 힌지에 의해 회동가능한 플리퍼타입 거울(190)이 설치되고, 상기 플리퍼타입 거울(190)을 중심점으로 하여 적외선장치(110)에 직교하는 위치에 레이저를 발생하는 레이저 발생장치(180)가 추가 구성되는 것이 특징인 유해가스 측정장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 샘플박스(150)와 제2오목거울(140) 사이에 적외선을 필터링하는 적외선필터(160)가 설치되는 것이 특징인 유해가스 측정장치.
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