KR20170105110A - 오프가스의 황화 수소 농도의 인라인 측정을 위한 휴대용 디바이스 - Google Patents

오프가스의 황화 수소 농도의 인라인 측정을 위한 휴대용 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오프가스의 황화 수소 농도를, 상기 오프가스를 생성하는 장비에 일시적으로 연결되기에 적합한 분리가능 디바이스에 의해 연속하여 측정하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이고, 그 방법은 오프가스에 의한 전자기 방사의 흡수를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 디바이스 및 상기 방법은 특히, 수소처리 촉매를 황화하는 단계 동안 생성된 오프가스에서 황화 수소 농도를 측정하기 위해 사용될 수 있다.

Description

오프가스의 황화 수소 농도의 인라인 측정을 위한 휴대용 디바이스{PORTABLE DEVICE FOR THE IN-LINE MEASUREMENT OF THE HYDROGEN SULFIDE CONCENTRATION OF AN OFF-GAS}
본 발명의 기술 분야는, 특히 석유 제품들을 수소처리하기 위해 사용된 반응기에서 오프가스가 발생할 경우, 오프가스에서 황화 수소의 농도를 측정하기 위해 사용된 디바이스들 및 방법들이다.
수소처리 (hydrotreating) 는 주로 정유 (oil refining) 시 사용되는 프로세스이고, 그 목적은, 예컨대 원유의 증류로부터 발생하는 석유 컷들에 함유된 황과 같은 불순물들을 제거하기 위한 것이다. 수소처리 유닛은 2 피드 덕트들을 포함하는 반응기를 포함하고, 하나의 덕트는 석유 컷을 넣기 위한 것이고, 다른 덕트는 가압된 수소를 넣기 위한 것이다. 반응기는 황 함유 화합물의 황화 수소 H2S 로의 변환을 용이하게 하는 촉매를 포함한다.
그러한 프로세스에서, 9 족 및/또는 10 족 금속들과 결합된 6 족 금속들의 금속 산화물들로 구성된 비활성 형태로 통상적으로 판매되는 수소처리 촉매를 황화하는 것은 필수적이며, 이들 산화물들은 예컨대, 알루미나와 같은 다공성 고체 상에 지원된다. 이러한 황화 동작은 각각의 촉매 변화시 발생하며, 그 목적은 금속 산화물들을 수소처리 반응에서 활성종들을 구성하는 황화물들로 변환하는 것이다. 이를 위해, 촉매를 이황화메틸 (DMDS) 과 같은 황의 소스와 접촉시키는 것이 알려져 있다. 고온 및 고압의 영향 하에, 이황화메틸은 원하는 금속 황화물들을 형성하기 위해 촉매와 반응하는 황화 수소를 제공하기 위해 분해된다. 촉매의 황화 동안 형성된 황화 수소의 검출은, 황화 반응의 진행 정도의 추정치를 가지는 것을 가능하게 하기 때문에 필수적이다. 또한, 황화 반응 동안 방출된 황화 수소의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 추가로, 황화 수소 농도의 측정이 현재 정유 공장 직원들에 의해, 최대 매 시간에, 특히 황화 수소 (H2S) 의 유독성으로 인해 위험할 수도 있는 안전 조건들 하에, 실행된다. 그러므로, 증가된 안전 조건들 하에 신뢰할만한, 더 빈번한 측정을 가능하게 하는 디바이스 및 기술이 추구된다.
클라우스 (Claus) 유닛들로 알려진, 황화 수소를 황으로 산화시키는 유닛들로부터 발생하는 오프가스들에서 황화 수소의 농도의 온라인 측정을 위한 디바이스들이 존재한다. 이들은 예컨대, 문헌들 FR 2 778 743 및 FR 2 944 456 에 기술된다. 그러나, 이들 디바이스들은 황화 수소를 함유하는 폐수를 생성하는 플랜트에 영구적으로 설치되도록 설계된다. 그들은 다른 클라우스 유닛 상에서 신속하게 사용되도록 하기 위해 용이하게 해체될 수 없다.
문헌 CN 203595659U 은 가스 스트림에서 황화 수소의 농도를 측정하기 위한 디바이스를 기술하며, 그 동작 원리는 레이저 분광법 분석에 기초한다. 그러나, 이러한 디바이스는 레이저 장비를 불활성시키기 위한 가스, 즉 분석될 가스를 갖는 산화제가 아니고 측정 디바이스를 폭발 방지되게 하는 가스의 사용을 요구한다. 그러나, 불활성 가스의 사용은 디바이스를 복잡하게 만든다.
따라서, 불활성 가스의 사용을 요구하지 않고 하나의 사이트로부터 다른 사이트로 용이하게 운반가능한 측정 디바이스가 추구된다.
문헌 US 8,163,242 은 쓰레기 매립지에 존재하는 폐기물의 분해로부터 유도된 가스들에 포함된 화학종들의 농도를 측정하기 위한 디바이스를 기술한다. 그러나, 상기 문헌은 황화 수소 농도를 구체적으로 측정하기 위해 사용된 기술에 관한 어떤 정보도 제공하지 않는다. 또한, 상기의 측정 디바이스는 희석 가스를 요구하지 않고 높은 농도들의 측정들에 적합하지 않은, 전기 화학 기술을 요구하는 것으로 보인다. 상기 문헌에서의 분석 장비는, 원칙적으로 회복 불가능한 화학 반응, 그러므로 화학 센서들의 빈번한 교체를 암시하는, "화학 분석기" 이다.
문헌 WO 2014/144038 은 석유 제품 수소처리 유닛에서 황화 수소의 농도의 실시간 측정을 위한 디바이스를 기술한다. 상기 디바이스는 운반가능하고, 수소처리 유닛의 출구 덕트에 일시적으로 연결된다. 바람직하게, 측정은 아세트산납과 황화 수소 간에 발생하는 화학 반응에 기초한다. 아세트산납은 종이 테이프 상에 퇴적되고, 따라서 테이프에 흰 컬러를 제공한다. 화학 반응 동안, 검은 황화납이 형성된다. 종이 테이프의 어두운 정도는 측정 시스템을 통과한 황화 수소의 양에 비례한다. 그러나, 이러한 측정 시스템은 하기의 단점들을 갖는다:
- 시스템은 그 가스가 황화 수소 농도를 측정하는데 요구되는, 예컨대 질소로 희석하기 위한 확산 챔버를 필요로 한다. 희석 가스는 로컬 네트워크로부터 발생할 수도 있거나, 또는 운반가능한 분석 디바이스로 운반될 수도 있다. 정유공장으로부터 유도된 질소를 사용하는 사실은 정유공장에서 실행된 프로세스들로부터 발생하는 오염물로 인해 분석 에러들을 초래할 수도 있다.
- 사용된 종이를 아세트산납이 스며든 새로운 종이로 대체하는 것은 오퍼레이터에 의해 실행된다. 아직 아세트산납은 재생을 위한 발암성 및/또는 돌연변이성 및/또는 독성인 화학 물질들 (이른바 CMR 물질들) 에 속한다. 각각의 종이 변화는 건강상 유해한 아세트산납과 접촉하도록 오퍼레이터를 노출시킨다.
- 이러한 디바이스는 0 부터 30000 ppm 까지 확장하는 넓은 농도 범위에 걸쳐, 시간에 따른 H2S 농도의 측정의 양호한 정확성을 유지하는 것을 가능하게 하지 않는다.
상기 문헌은 또한, 황화 수소의 검출이 전기화학 방법에 의해 실행될 수도 있는 것을 표시한다.
문헌 CN 101782514 은 탈황 이전 및 이후에 천연 가스에서 황화 수소의 농도를 측정하기 위한 디바이스를 개시하며, 상기 디바이스는 H2S 를 포함하는 가스가 순환하는 플랜트에 고정 방식으로 설치된 부분과 상기의 고정된 부분에 연결될 수 있는 분리가능한 부분을 포함한다. 고정된 부분은:
- 레이저 방사의 가스에 의한 흡수가 측정되는 측정 챔버;
- 분석될 가스의 압력을 측정 챔버의 작동 압력으로 조절하는 것을 가능하게 하는 압력계 및 팽창 밸브를 포함한다.
분리가능한 부분은:
- 레이저 방사를 생성하기 위한 디바이스; 및
- 측정 챔버로부터의 광학 신호를 처리하는 디바이스를 포함한다.
상기 부분은 2 개의 광섬유들의 도움으로 고정된 부분에 연결될 수 있기 때문에, 분리가능하다. 결과적으로, 상기 문헌에서, 오직 레이저 방사의 생성 및 신호의 프로세싱에 전용된 부분만이 분리가능하다.
그러므로, 일반적으로 체적당 100 ppm 과 50000 ppm 사이, 바람직하게 100 ppm 과 30000 ppm 사이의 오프가스의 황화 수소 농도의 정확한 연속적인 측정을 위한 운반가능한 디바이스를 가지는 것이 종래에 오랫동안 추구되었고, 그 디바이스는 상기의 오프가스를 운반하기 위한 덕트에 일시적으로 연결될 수 있고 희석 가스를 사용하지 않는다. 바람직하게, 상기 디바이스는 다른 것들 중에서, CMR (carcinogenic, mutagenic, reprotoxic) 물질들과 같은 위험한 화학 물질들의 사용을 요구하지 않아야 한다. 더 바람직하게, 상기 디바이스는 불활성 가스의 공급을 요구하지 않아야 한다.
본 발명의 하나의 주제는, 황화 수소를 함유할 가능성이 있는 가스의 황화 수소 농도를 측정하기 위한 키트이고, 상기 키트는 서로 연결될 수 있는 개별 모듈들을 포함하며, 상기 모듈들은:
- 단색성 전자기 방사의 가스에 의한 흡수가 측정되는 측정 챔버 M 를 포함하는 측정 모듈 A;
- 분석될 가스의 압력을 측정 모듈의 작동 압력으로 하는 것을 가능하게 하는 확장 모듈 B;
- 측정 챔버에서의 가스의 압력을 측정 모듈의 작동 압력 값들의 범위 내에 놓인 값에서 유지할 수 있는 압력 조절 모듈 C;
- 가스에서 황화 수소의 농도를 획득하는 것을 가능하게 하는 흡수 측정을 프로세싱하기 위한 모듈 D, 및 또한
- 모듈들을 서로 연결하는 것을 가능하게 하는 수단이다.
황화 수소 농도를 측정하기 위해 요구되는 가스는 일반적으로 가연성이다.
일 실시형태에 따르면, 전자기 방사는 바람직하게 780 nm 와 3000 nm 사이의 파장을 가지는, 레이저에 의해 방출된 고정 파장의 적외선 방사이다.
일 실시형태에 따르면, 전자기 방사는 자외선 또는 가시 파장 범위에, 바람직하게 각각 100 nm 와 380 nm 사이 또는 380 nm 와 780 nm 사이의 파장들의 범위에 놓인 단색성 방사이다.
일 실시형태에 따르면:
- 확장 모듈 B 은 분석될 가스를 수용하는 입구 덕트 (2) 와 측정 모듈 A 의 입구 덕트 (4) 에 연결된 출구 덕트 (3) 를 가지고;
- 측정 모듈 A 은 프로세싱 모듈 D 에 전기적으로 연결되고 (9);
- 조절 모듈 C 은 키트 외부로 가스를 방출하기 위해 덕트 (8) 에 그리고 측정 모듈 A (5, 7) 에 기계적으로 연결된다.
일 실시형태에 따르면, 확장 모듈 B 은 분석될 가스의 압력을 500 hPa (0.5 bar) 상대치와 2000 hPa (2 bar) 상대치 간의 측정 모듈의 작동 압력으로 하는 것을 가능하게 한다.
일 실시형태에 따르면:
- 측정 모듈 A 은 60 kg 이하, 바람직하게 55 kg 이하, 더 바람직하게 50 kg 이하의 중량을 가지고;
- 확장 모듈 B 은 20 kg 이하, 바람직하게 15 kg 이하, 더 바람직하게 10 kg 이하의 중량을 가지고;
- 조절 모듈 C 은 20 kg 이하, 바람직하게 15 kg 이하, 더 바람직하게 10 kg 이하의 중량을 가지고;
- 프로세싱 모듈 D 은 50 kg 이하, 바람직하게 40 kg 이하, 더 바람직하게 35 kg 이하의 중량을 갖는다.
키트는, 황화 수소를 함유할 가능성이 있는 가스의 황화 수소 농도를 측정하기 위해 사용될 수도 있고, 상기 가스는 체적당 적어도 50% 의 수소를 포함한다. 황화 수소를 함유할 가능성이 있는 가스는 정제 프로세스들로부터 또는 석유 화학으로부터 발생하는 탄화수소들의 정화를 위해 사용된 반응기의 오프가스일 수도 있다.
본 발명의 다른 주제는, 오프가스를 제조하는 플랜트에 일시적으로 연결되는 것이 가능한 분리가능 디바이스를 사용한 오프가스의 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법이며, 그 방법은 오프가스에 의한 단색성 전자기 방사의 흡수를 측정하는 단계를 포함한다. 측정 방법은 앞서 설명된 것과 같은 키트를 사용할 수도 있고, 황화 수소 농도의 측정은 플랜트에 키트를 장착한 후에 실행된다. 동작의 종료시, 분리가능한 디바이스는 플랜트로부터 용이하게 해체되고, 그 후에 동일한 타입의 측정이 실행되어야만 하는 다른 플랜트에 다시 장착되기 위해, 키트의 형태로 다시 제공될 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 전자기 방사는 바람직하게 780 nm 와 3000 nm 사이의 파장을 가지는, 레이저에 의해 방출된 고정 파장의 적외선 방사이다.
일 실시형태에 따르면, 전자기 방사는 자외선 또는 가시 파장 범위에, 바람직하게 각각 100 nm 와 380 nm 사이 또는 380 nm 와 780 nm 사이의 파장들의 범위에 놓인 단색성 방사이다.
일 실시형태에 따르면, 가능한 가스의 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법은 본 발명에 따른 키트의 디바이스로서의 사용을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 가스는 정제 프로세스들로부터 또는 석유 화학으로부터 발생하는 탄화수소들의 수소에 의한 정화를 위해 사용된 반응기로부터의 오프가스이다.
일 실시형태에 따르면, 그 방법은 진행을 모니터링하고 및/또는 수소처리 촉매를 황화하는 단계의 종료를 보장하기 위해 사용된다.
본 발명의 최종 주제는 황화 수소를 함유하는 가스 스트림이 생성될 가능성이 있는 플랜트이고, 본 발명에 따른 키트의 장착에 의해 획득된 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따라, 본 발명에 따른 디바이스의 수소처리 유닛의 출구로의 연결 및 또한 다양한 모듈들의 서로에게로의 연결들을 개략적으로 나타낸다.
본 발명에 따른 디바이스는 서로 연결될 수 있는 개별 모듈들을 포함하는 키트의 형태이며, 상기 모듈들은:
- 전자기 방사의 가스에 의한 흡수가 측정되는 측정 챔버 M 를 포함하는 측정 모듈 A;
- 분석될 가스의 압력을 측정 모듈의 작동 압력으로 하는 것을 가능하게 하는 확장 모듈 B;
- 측정 챔버에서의 가스의 압력을 측정 모듈의 작동 압력 값들의 범위 내에 놓인 값에서 유지할 수 있는 압력 조절 모듈 C;
- 가스에서 황화 수소의 농도를 획득하는 것을 가능하게 하는 흡수 측정을 프로세싱하기 위한 모듈 D, 및
- 모듈들을 서로 연결하는 것을 가능하게 하는 수단이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 키트의 다양한 모듈들의 배열의 설명은 도 1 을 참조하여 실행된다.
측정 모듈 A 은 확장 모듈 B 의 출구 덕트 (3) 에 기계적으로 연결될 수 있는 입구 덕트 (4) 및 조절 모듈 C 의 덕트 (7) 에 기계적으로 연결될 수 있는 출구 덕트 (5) 를 포함한다. 황화 수소 농도는 알려진 분광 측광법에 따라 측정 챔버 M 에서 측정된다. 상기 원리에 따르면, 전자기 방사는 물질을 관통하고, 그 물질에 의한 상기 전자기 방사의 흡수가 측정된다. 이러한 측정 챔버는 일반적으로 튜브 형상이고 5 cm 와 80 cm 사이, 바람직하게 10 cm 와 50 cm 사이의 길이를 갖는 스테인리스 스틸 용기로 이루어진다. 이러한 측정 챔버는 전자기 방사-방출 소스 및 방사를 전기 신호로 변환하는 상기 방사의 센서를 포함한다. 방출 다이오드 및 센서는 서로 대향하거나 나란히 측정 셀의 벽들에 고정될 수도 있다. 후자의 경우에, 전자기 방사는 그 방사를 다시 센서에 전송하는 거울에서 반사된다. 이러한 구성은 광학 경로 및 측정의 감도를 증가시킨다. 구성들 중 하나 또는 다른 구성의 선택은 전자기 방사의 파장에 그리고 황화 수소에 의한 방사의 흡수 계수에, 그리고 또한 선택된 황화 수소 농도 측정 범위에 의존한다. 옵션으로, 전자기 방사의 소스 및 센서는 전자기 방사를 소스로부터 측정 챔버로 제공하고, 흡수 이후에 이러한 동일한 방사를 다시 센서로 제공하기 위해, 2 개의 광섬유들을 부가함으로써 측정 챔버로부터 오프셋될 수도 있다.
전자기 방사는:
- 780 nm 와 3000 nm 사이의 고정된 파장에서 적외선으로 방사하는 레이저 광;
- 또는 자외선 범위 또는 가시 범위에서, 즉 각각 100 nm 와 380 nm 사이 또는 380 nm 와 780 nm 사이의 파장들의 범위에서 방출하는 단색성 전자기 방사일 수도 있다.
적외선 레이저 분석기: Spectra Sensor 에 의해 판매되는 "SS2100 TDL Gas Analyser" 모델, 또는 UV-가시 분석기: Applied Analytics 에 의해 판매되는 "OMA-300 Hydrogen Sulfide Analyzer" 모델이 사용될 수도 있다.
모듈 A 은 일반적으로 60 kg 이하, 바람직하게 55 kg 이하, 더 바람직하게 50 kg 이하의 중량을 갖는다.
확장 모듈 B 은 다음을 포함한다:
- 수소처리 반응기로부터 가스들의 출구 덕트의 바이패스로서 자체적으로 장착된, 덕트 (1) 에 기계적으로 연결되는 것이 가능한 입구 덕트 (2).
- 측정 모듈 A 의 입구 덕트 (4) 에 기계적으로 연결되는 것이 가능한 출구 덕트 (3). 그 역할은 가스의 압력을, 일반적으로 500 hPa 와 2000 hPa 사이에 있는 측정 모듈의 작동 압력으로 감소시키는 것이다.
- 옵션으로, 일반적으로 500 hPa 와 2000 hPa 사이에 있는 측정 모듈의 작동 압력과 호환가능하지 않은 과전압을 방전하는데 사용된 출구 덕트 (10). 이는 안전 요소 (safety member) 로서 작용한다.
확장 모듈 B 은 일반적으로, 20 kg 이하, 바람직하게 15 kg 이하, 더 바람직하게 10 kg 이하의 중량을 갖는다.
조절 모듈 C 은 옵션으로 덕트 (10) 에 기계적으로 링크되는 것이 가능한 입구 덕트 (6) 와 2 개의 덕트들 (7, 8) 을 갖는다. 2 개의 덕트들 중 하나의 덕트 (8) 는 가스를 방출하기 위한 또는 가스를 가스 파괴 디바이스, 예컨대 가스를 연소하기 위한 플레어 (flare) 에 전달하는데 사용되는 덕트이다. 다른 덕트 (7) 는 측정 모듈 A 로부터의 가스를 분석될 가스로서 수용하는 것이 가능하다. 조절 모듈은 모듈 A 의 측정 챔버에서의 압력을 측정 모듈의 작동 압력들의 범위에 놓인 값으로 조절하는 것을 가능하게 한다. 압력이 작동 압력들의 범위의 하한 미만이면, 확장 모듈 B 은 가스를 덕트 (3) 를 통해 측정 챔버에 전송한다. 이러한 압력이 작동 압력들의 범위의 상한을 초과하면, 가스는 덕트 (10) 내로, 이후에 가스를 방출하거나 가스를 파괴하기 위한 덕트 (8) 내로 주입된다. 덕트 (8) 는 또한 측정 모듈 A 로부터 발생하는 가스를 수용하며, 후자는 작동 압력의 범위 내에서 동작하고 있다.
조절 모듈 C 은 일반적으로, 20 kg 이하, 바람직하게 15 kg 이하, 더 바람직하게 10 kg 이하의 중량을 갖는다.
분광 신호를 프로세싱하기 위한 모듈 D 은 전기 연결 (9) 에 의해 모듈 B 에 전기적으로 연결된다. 이는 모듈 A 로부터 발생하는 흡수의 측정치를 황화 수소 농도로 변환한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 즉각적인 황화 수소 내용물은 스크린에 의해 표시되고, 유리하게 모듈 D 내로 통합될 수도 있다.
프로세싱 모듈 D 은 일반적으로, 50 kg 이하, 바람직하게 40 kg 이하, 더 바람직하게 35 kg 이하의 중량을 갖는다.
프로세싱 모듈 D 에 의해 생성된 분석 결과들은 분석 동안 또는 분석 이후에, 완전히 또는 부분적으로, 예컨대 Wi-Fi, 블루투스, 등의 타입의 무선 송신, 또는 메모리 카드에 의한 유선 송신에 의해 컴퓨터로 전달될 수도 있다.
모듈들 A 및 D 은 각각, 94/9/EC 지시에 따라 방폭형 (explosion-proof) 인 두꺼운 금속 하우징에 포함될 수도 있고, 즉 잠재적인 폭발이 손상되지 않은 하우징 내에 국한되는 것을 유지한다.
분석될 황화 수소를 포함하는 오프가스는 수소처리 반응기 HDT 로부터 유도될 수도 있다. 오프가스는 일반적으로, 황화 수소의 체적당 100 ppm 과 50 000 ppm 사이, 바람직하게 체적당 100 ppm 과 30000 ppm 사이, 더 바람직하게 체적당 1000 ppm 과 20000 ppm 사이를 포함한다.
수소처리 반응기의 출구에서, 이러한 수소 풍부 오프가스는 용기 내의 액체 탄화수소로부터 분리되고, 그 용기에서 액체 화합물들은 하부에 누적되는 반면 비응결 가스들이 상부에서 방출된다. 이들 가스들은 일반적으로, 수소처리 반응기 또는 반응기들의 업스트림에 다시 주입되기 위해 압축기에 의해 재가압된다. 이들 가스들은 황화 수소 내용물을 알기 위해 요구되는 오프가스를 구성한다. 이를 위해, 연결 덕트 (1) 에 의해 완료되는 회로는 메인 가스 스트림의 바이패스로서 포지셔닝된다. 상기 덕트 (1) 는 모듈 B 의 입구 덕트 (2) 에 연결된다. 분석될 가스는 따라서, 입구 덕트 (2) 에 의해 확장 모듈 B 로 전달되고, 그후에 출구 덕트 (3) 에 의해 측정 챔버 M 를 포함하는 측정 모듈 A 내로 전달된다. 그 후에, 가스는 조절 모듈 C 내로 전송된다. 가스는 조절 모듈 C 로부터 방출되고 플레어 (F) 로 전송되어 내부에서 타게 된다. 조절 모듈 C 은 측정 챔버 M 내로 전송된 가스의 양과 플레어 F 로 전송된 양을 조정함으로써, 측정 모듈에서의 가스의 압력을 일정한 값으로 유지한다. 분석될 가스가 덕트 (1) 에서 측정 모듈 A 의 작동 압력과 호환 가능한 압력에 있다면, 확장 모듈은 옵션적일 것이다.
모듈들 A, B 및 C 간의 연결들 및 또한 가스 샘플링 포인트 (1) 에 그리고 또한 플레어 F 를 통해 방출 회로에 연결하기 위한 모듈들 간의 연결들은 25 MPa 의 최대 압력을 견뎌낼 수 있는 유연한 호스들에 의해 제공된다. 그들은 빈번하게 연결되고 연결해제되도록 설계되는 신속한 커플링들 및 클로저 멤버들을 구비한다.
모듈 D 은 전기 케이블들에 의해 모듈 A 에 연결된다.
일 실시형태에 따르면, 모듈들 A 및 D 은 모듈들 B 및 C 이 연결되는 하나의 그리고 동일한 하우징 내에서 필수적이다.
일 실시형태에 따르면, 모듈들 A 및 C 은 모듈들 B 및 D 이 연결되는 하나의 그리고 동일한 하우징 내에서 필수적이다.
일 실시형태에 따르면, 모듈들 A, C 및 D 은 모듈 B 이 연결되는 하나의 그리고 동일한 하우징 내에서 필수적이다.
본 발명에 따른 디바이스는 오퍼레이터의 유해한 가스들로의 노출의 위험을 제한하는, 회로의 개방 없이 용이하게 연결될 수도 있다.
수소처리 촉매의 황화의 맥락 내에서, DMDS 는 일반적으로 1 일 부터 2 일 까지 지속되는 촉매 활성화 절차를 통해, 그리고 DMDS 의 주입과 동시에 정유 공장에서 요청된 유속으로 주입되며, 본 발명에 따른 디바이스는 시간에 걸쳐 황화 수소의 농도의 증가를 측정하고 모니터링하는데 사용된다. 주입된 DMDS 의 양과 비교하여, 황화 수소의 농도가 더 이상의 황이 촉매에 의해 고정되지 않는 것을 보여줄 때, 이는 DMDS 를 계속해서 주입하는 것이 더 이상 유용하지 않는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 디바이스는 이하 장점들을 갖는다:
a) 디바이스는 농도가 측정된 후에 황화 수소를 함유하는 오프가스를 제조하는 플랜트로부터 연결해제될 수 있고, 다른 사이트로 신속하게 전달되어 그곳에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는, 그 제한된 중량 (예컨대, 각각 50 kg 미만의 2 개의 모듈들과 각각 10 kg 미만의 2 개의 모듈들) 과 그 감소된 치수들, 즉 일반적으로 800 mm x 600 mm x 400 mm 미만의 치수들로 인해, 트럭, 비행기, 자동차 또는 버스에 의해 용이하게 전송될 수 있다는 사실을 특징으로 한다. 디바이스는 또한 사람에 의해, 이 사람이 핸들링 디바이스를 사용해야할 필요 없이, 전송될 수 있다.
b) 디바이스는 분석되고 있는 것 이외의 임의의 가스의 사용을 요구하지 않도록 "자체 함유" 된다. 특히:
- 수소 또는 헬륨의 사용을 요구하는 가스 크로마토그래피 측정 기술들에 대하여 장점을 나타내는, 임의의 캐리어 가스를 요구하지 않는다.
- 폭발 위험이 있는 환경에서 사용되도록 의도된 장비에 대하여 ATEX (ATmospheres EXplosives [explosive atmospheres]) 규정들을 준수하게 하기 위해 불활성 가스의 사용을 반드시 요구하지 않는다.
- 문헌 WO 2014/144038 에서 언급된 것과 같이, 황화 수소와 아세트산 납 간의 반응을 사용하는 전기화학 측정 기술들 또는 측정 기술들과 다르게, 희석 가스의 사용을 요구하지 않는다.
c) 아세트산 납이 스며든 종이의 사용에 기초하는 것과 같은, 희석 가스를 요구하는 기술들과 달리, 수소처리 애플리케이션을 위해 요구되는 전체 측정 범위에 걸쳐 낮은 측정 불확실성 (<100 ppm) 을 특징으로 한다.
d) 분석될 가스의 흐름 속도에 의존하여 5 초부터 30 초까지 확장하는 범위 내에 놓인 측정 주파수로, 황화 수소의 농도의 연속적인 분석을 가능하게 한다. 이러한 연속적인 측정으로 인해, 정제업자는 예컨대, DMDS 주입 흐름 속도를 조정하기 위해 황화 수소 내용물의 드리프트들에 더 신속하게 반응할 수도 있다. 따라서, 재압축 섹션에 대해 유해한, 체적당 3% 초과의 황화 수소의 높은 농도들과 반응기의 온도가 250℃ 를 초과할 때 촉매를 손상시킬 수도 있는, 0.1% 미만의 과도하게 낮은 농도들이 회피된다.
e) 아세트산 납과 같은 유해한 화학 화합물들의 사용을 요구하지 않는다.
f) 용이하게 전송가능하고 매우 부피가 크지 않으면서 ATEX 규정들 (유럽 방폭 또는 폭발 방지 표준) 을 준수한다. 구체적으로, 산업적 분석 장비 공급자들은 적어도 ATex II 2 G Ex d II B + H2T4 표준을 만족하는 고정되고 부피가 큰 장비만을 제공한다. 장비의 ATEX 분류는 European directive 94/9/EC 에 기초한다.
본 발명에 따른 키트는 ATEX 분류의 포인트 "p" (폭발 위험이 있는 환경의 억제) 및/또는 포인트 "e" (연소 소스의 억제) 및/또는 포인트 "d" (방폭성, 연소 전파 없음) 를 만족한다. 바람직하게, 본 발명에 따른 키트는 모듈들 A 및 D 주위의 방폭성 하우징들의 사용에 의해 ATEX 분류의 적어도 포인트 "d" 를 만족한다.
본 발명의 설명은 석유 컷들을 수소처리하기 위한 유닛으로부터 유도된 오프가스에서 황화 수소의 측정의 예를 취함으로써 앞서 제공되었다. 그러나, 본 발명은 본 출원에 제한되지 않으며, 탄화 수소를 정화하기 위해 수소가 사용되는 정유 프로세스들에서 사용될 수도 있다. 또한, 황을 제공하기 위한 황화 수소의 촉매 산화 반응 (클라우스 반응) 을 실행하는 유닛으로부터 유도되는 오프가스에 존재하는 황화 수소의 양을 측정하는데 사용될 수도 있다. 이는 또한, 석유 화학에서 또는 자연적 기원의 제품들을 변환하기 위한 프로세스들 ("바이오리파이닝") 에서 사용될 수도 있다. 이는 또한, 황화 수소를 생성하는 산업 분야들, 예컨대 폐수 처리, 용광로, 제지, 제혁 (tanning) 에서 사용될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 황화 수소를 함유할 가능성이 있는 가스의 황화 수소 농도를 측정하기 위한 키트로서,
    상기 키트는 서로 연결될 수 있는 개별 모듈들을 포함하며,
    상기 개별 모듈들은:
    - 단색성 전자기 방사의 가스에 의한 흡수가 측정되는 측정 챔버 M 를 포함하는 측정 모듈 A;
    - 분석될 가스의 압력을 상기 측정 모듈의 작동 압력으로 하는 것을 가능하게 하는 확장 모듈 B;
    - 상기 측정 챔버에서의 상기 가스의 압력을 상기 측정 모듈의 작동 압력 값들의 범위 내에 놓인 값에서 유지할 수 있는 압력 조절 모듈 C;
    - 상기 가스에서 상기 황화 수소의 농도를 획득하는 것을 가능하게 하는, 흡수 측정을 프로세싱하는 모듈 D; 및
    - 상기 모듈들을 서로 연결하는 것을 가능하게 하는 수단인, 황화 수소 농도를 측정하기 위한 키트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 방사는 바람직하게 780 nm 와 3000 nm 사이의 파장을 가지는, 레이저에 의해 방출된 고정 파장의 적외선 방사인, 황화 수소 농도를 측정하기 위한 키트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 방사는 자외선 또는 가시 파장 범위에, 바람직하게 각각 100 nm 와 380 nm 사이 또는 380 nm 와 780 nm 사이의 파장들의 범위에 놓인 단색성 방사인, 황화 수소 농도를 측정하기 위한 키트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 확장 모듈 B 은 분석될 가스를 수용하는 입구 덕트 (2) 와 상기 측정 모듈 A 의 입구 덕트 (4) 에 연결된 출구 덕트 (3) 를 가지고;
    - 상기 측정 모듈 A 은 상기 프로세싱하는 모듈 D 에 전기적으로 연결되고 (9);
    - 상기 조절 모듈 C 은 상기 키트 외부로 상기 가스를 방출하기 위해 덕트 (8) 에 그리고 상기 측정 모듈 A (5, 7) 에 기계적으로 연결되는, 황화 수소 농도를 측정하기 위한 키트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확장 모듈 B 은 분석될 상기 가스의 압력을 500 hPa (0.5 bar) 상대치와 2000 hPa (2 bar) 상대치 간의 상기 측정 모듈의 작동 압력으로 하는 것을 가능하게 하는, 황화 수소 농도를 측정하기 위한 키트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 측정 모듈 A 은 60 kg 이하, 바람직하게 55 kg 이하, 더 바람직하게 50 kg 이하의 중량을 가지고;
    - 상기 확장 모듈 B 은 20 kg 이하, 바람직하게 15 kg 이하, 더 바람직하게 10 kg 이하의 중량을 가지고;
    - 상기 조절 모듈 C 은 20 kg 이하, 바람직하게 15 kg 이하, 더 바람직하게 10 kg 이하의 중량을 가지고;
    - 상기 프로세싱하는 모듈 D 은 50 kg 이하, 바람직하게 40 kg 이하, 더 바람직하게 35 kg 이하의 중량을 가지는, 황화 수소 농도를 측정하기 위한 키트.
  7. 오프가스를 제조하는 플랜트에 일시적으로 연결되는 것이 가능한 분리가능 디바이스를 사용한 상기 오프가스의 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법으로서,
    상기 오프가스에 의한 단색성 전자기 방사의 흡수를 측정하는 단계를 포함하는, 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자기 방사는 바람직하게 780 nm 와 3000 nm 사이의 파장을 가지는, 레이저에 의해 방출된 고정 파장의 적외선 방사인, 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자기 방사는 자외선 또는 가시 파장 범위에, 바람직하게 각각 100 nm 와 380 nm 사이 또는 380 nm 와 780 nm 사이의 파장들의 범위에 놓인 단색성 방사인, 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 황화 수소를 함유할 가능성이 있는 가스의 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 키트의 디바이스로서의 사용을 포함하는, 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 정제 프로세스들로부터 또는 석유 화학으로부터 발생하는 탄화수소들의 수소에 의한 정화를 위해 사용된 반응기로부터의 오프가스인, 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    진행을 모니터링하고 및/또는 수소처리 촉매를 황화하는 단계의 종료를 보장하기 위해 사용되는, 가스의 황화 수소 농도의 연속적인 측정을 위한 방법.
  13. 황화 수소를 함유하는 가스 스트림이 생성될 가능성이 있는 플랜트로서,
    제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 키트의 장착에 의해 획득된 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
  14. 황화 수소를 함유할 가능성이 있는 가스의 황화 수소 농도를 측정하기 위한, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 키트의 사용으로서,
    상기 가스는 체적당 적어도 50% 의 수소를 포함하는, 키트의 사용.
  15. 제 14 항에 있어서,
    황화 수소를 함유할 가능성이 있는 가스는 정제 프로세스들로부터 또는 석유 화학으로부터 발생하는 탄화수소들의 정화를 위해 사용된 반응기의 오프가스인, 키트의 사용.
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