WO2008107505A1 - Method and equipment for measuring the high-pressure sorption isotherms of supercritical fluids and gases - Google Patents

Method and equipment for measuring the high-pressure sorption isotherms of supercritical fluids and gases Download PDF

Info

Publication number
WO2008107505A1
WO2008107505A1 PCT/ES2008/000126 ES2008000126W WO2008107505A1 WO 2008107505 A1 WO2008107505 A1 WO 2008107505A1 ES 2008000126 W ES2008000126 W ES 2008000126W WO 2008107505 A1 WO2008107505 A1 WO 2008107505A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
distributor
sample
cell
calibration
Prior art date
Application number
PCT/ES2008/000126
Other languages
Spanish (es)
French (fr)
Inventor
Enrique Gadea Ramos
Fabián SUAREZ GARCIA
Diego Cazorla Amoros
María Jorda Beneyto
Angel Linares Solano
Original Assignee
Universidad De Alicante
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad De Alicante filed Critical Universidad De Alicante
Publication of WO2008107505A1 publication Critical patent/WO2008107505A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/088Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry
    • G01N15/0893Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry by measuring weight or volume of sorbed fluid, e.g. B.E.T. method

Definitions

  • shut-off valve disposed in the connection line of the sample cell with the distributor
  • the at least one pressure gauge used has a measuring range of at least the range of pressures to which the analysis is to be performed, the measurements being obtained in absolute value and with sufficient precision.
  • T amb V D + V C B
  • the volume of the at least one sample cell (4) at T a m b> is calculated to which it is known that the solid is not able to retain the calibration gas.
  • the distributor (2) is pressurized with a certain amount of calibration gas, acting on the valve (10), and when the pressure measured by the sensor (1) is stable, its measurement and the temperature of the assembly (13) are recorded.
  • ) measured by the sensor (12) (Pi and T 1 , respectively); the measurement of the sensor (14) is recorded when it is stable (P 2 ); then the valve (3) is opened and after a predetermined time it is closed again; when, both the pressure measured by the sensor (1), and the pressure measured by the sensor (14) are stable, the measurement of the sensor (1) and the temperature of the assembly (13) measured by the sensor (12) are recorded.
  • the moles of calibration gas that are not absorbed after bringing the at least one sample cell (4) to the analysis temperature (n C 2) are calculated by: where, T E is the Effective Temperature of the at least one of the sample cell (4) and Z 2 is the compressibility factor of the calibrated gas calculated with a real gas state equation at Pc2 and T E.
  • the moles of calibration gas absorbed in the at least one sample cell (4) can be obtained by

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

The invention relates to a piece of equipment that is used to perform a method for measuring the quantity of a supercritical fluid or gas absorbed by a sample, including a distributor (2) and a cell (4) for the sample, which can be communicated with one another. The inventive method comprises the following steps: the free volume of the sample cell (4) is calibrated by determining a mass balance for a calibration gas in the distributor/cell unit, the effective temperature of the sample cell is calculated by determining a mass balance for the calibration gas in the distributor/cell unit, and the quantity of supercritical fluid or gas sorbed by the sample is calculated by determining a mass balance for the supercritical fluid or gas in the distributor/cell unit, using a real gas equation in each of said steps in order to define the state of the supercritical fluid or gas.

Description

MÉTODO Y EQUIPO PARA LA MEDIDA DE ISOTERMAS DE SORCIÓN A PRESIONES ELEVADAS DE GASES Y FLUIDOS SUPERCRÍTICOS METHOD AND EQUIPMENT FOR THE MEASUREMENT OF SORTION ISOTHERMES TO HIGH PRESSURES OF GASES AND SUPERCRITICAL FLUIDS
La presente invención se refiere a un método y un equipo para Ia medida de isotermas de sorción a presiones elevadas de gases y fluidos supercríticos, comprendiendo dicho equipo: un distribuidor, al menos una celda de muestra, una fuente de gas, una fuente de vacío, un sensor de presión para medir Ia presión del distribuidor y de Ia celda de muestra, y un conjunto de conducciones y válvulas de corte que unen entre sí las partes del equipo mencionadas.The present invention relates to a method and equipment for the measurement of sorption isotherms at high pressures of gases and supercritical fluids, said equipment comprising: a distributor, at least one sample cell, a gas source, a vacuum source , a pressure sensor to measure the pressure of the distributor and the sample cell, and a set of pipes and shut-off valves that join the mentioned parts of the equipment together.
ANTECEDENTESBACKGROUND
El interés por Ia realización de isotermas de sorción a alta presión surge no solo desde un punto de vista fundamental del estudio de Ia sorción de gases a altas presiones (en general en condiciones supercríticas), sino desde un punto de vista aplicado de Ia utilización de sólidos porosos como sistemas para Ia captura y almacenamiento de gases y vapores a presiones elevadas, así como en diferentes procesos industriales que se realizan a presiones elevadas [P.G. Menon, "Adsorption at high pressures", Chemical Reviews, 68, 277-293 (1968)]. En los últimos años ha crecido, tanto a nivel científico como industrial, el interés por el desarrollo de adsorbentes porosos capaces de almacenar grandes cantidades de gas y/o vapor para diferentes aplicaciones, como por ejemplo: el almacenamiento de metano [D. Lozano-Castelló et al., "Advances in the study of methane storage in porous carbonaceous materials", Fuel, 81 , 1777-1803 (2002)] o de hidrógeno [L. Schlapbach et al. "Hydrogen-storage materials for mobile applications", Nature, 414, 353-358 (2001)] en sólidos porosos para su posterior utilización como combustibles en aplicaciones móviles. Tanto para determinar Ia capacidad de gas almacenado en un sólido poroso (cantidad de gas sorbida) como para Ia realización de un estudio exhaustivo de las variables que afectan a Ia sorción, se precisa Ia realización de isotermas de sorción en condiciones similares (de presión y temperatura) a las que va tener lugar su aplicación.The interest in the realization of high pressure sorption isotherms arises not only from a fundamental point of view of the study of the sorption of gases at high pressures (in general in supercritical conditions), but from an applied point of view of the use of porous solids as systems for the capture and storage of gases and vapors at high pressures, as well as in different industrial processes that are carried out at high pressures [PG Menon, "Adsorption at high pressures", Chemical Reviews, 68, 277-293 (1968)]. In recent years, interest in the development of porous adsorbents capable of storing large amounts of gas and / or steam for different applications, such as: methane storage [D. Lozano-Castelló et al., "Advances in the study of methane storage in porous carbonaceous materials", Fuel, 81, 1777-1803 (2002)] or hydrogen [L. Schlapbach et al. "Hydrogen-storage materials for mobile applications", Nature, 414, 353-358 (2001)] in porous solids for later use as fuels in mobile applications. Both to determine the capacity of gas stored in a porous solid (amount of sorbed gas) and to carry out an exhaustive study of the variables that affect the sorption, it is necessary to carry out sorption isotherms under similar conditions (pressure and temperature) at which your application will take place.
Los equipos actuales que permiten Ia realización de isotermas de sorción de gases y vapores a diferentes temperaturas y que utilizan un método volumétrico para Ia determinación de Ia cantidad sorbida a cada presión, trabajan a presiones por debajo de Ia presión de saturación del sorbato, a Ia temperatura de trabajo. Estas presiones de trabajo suelen ser del orden de Ia presión atmosférica. Estos equipos se describen, entre otras, en las siguientes patentes americanas: US 3,850,040; US 4,566,326; US 4,972,730; US 5,239,482; US 5,360,743; US 5,637,810; US 5,895,841 y US 6,595,036, en las patentes japonesas: JP 4,230,831 y JP 4,140,643 y en Ia patente de Gran Bretaña: GB 2,161 ,607.The current equipment that allows the realization of isotherms of sorption of gases and vapors at different temperatures and that use a volumetric method for the determination of the quantity absorbed at each pressure, work at pressures below the saturation pressure of the sorbate, at the working temperature. These working pressures are usually of the order of atmospheric pressure. These equipment are described, among others, in the following US patents: US 3,850,040; US 4,566,326; US 4,972,730; US 5,239,482; US 5,360,743; US 5,637,810; US 5,895,841 and US 6,595,036, in Japanese patents: JP 4,230,831 and JP 4,140,643 and in Great Britain patent: GB 2,161, 607.
El esquema básico de los equipos volumétricos descritos en las citadas patentes son similares entre sí: todos constan de un distribuidor de volumen conocido provisto de al menos de un sensor de presión, al que se unen mediante una serie de válvulas de corte las líneas de entrada de gases, de vacío y al menos una celda que contiene Ia muestra a analizar, Ia cual puede estar o no provista a su vez de un sensor de presión. Las patentes referenciadas anteriormente tienen como objetivo común Ia determinación de Ia cantidad de gas sorbida por un sólido, mediante un método volumétrico, mediante el uso de un gas de análisis (normalmente Nitrógeno, Argón y/o CO2) en condiciones subcríticas y llegando hasta presiones absolutas del orden de Ia presión atmosférica. El método volumétrico para Ia determinación de Ia cantidad de gas sorbida por un sólido se basa en Ia medición de Ia variación de Ia presión en un volumen conocido debido a Ia presencia de Ia muestra a analizar. Para Io cual se necesita, esencialmente, un volumen calibrado (normalmente el volumen del distribuidor) desde donde dosificar una cantidad de gas a Ia celda de muestra, también de volumen conocido, y un sensor de presión que mida en el rango de presiones de trabajo.The basic scheme of the volumetric equipment described in the aforementioned patents are similar to each other: they all consist of a distributor of known volume provided with at least one pressure sensor, to which the inlet lines are joined by a series of shut-off valves of gases, of vacuum and at least one cell that contains the sample to be analyzed, which may or may not be provided with a pressure sensor. The patents referenced above have as a common objective the determination of the amount of gas absorbed by a solid, by a volumetric method, by the use of an analysis gas (usually Nitrogen, Argon and / or CO 2 ) under subcritical conditions and reaching up to absolute pressures of the order of atmospheric pressure. The volumetric method for determining the amount of gas absorbed by a solid is based on the measurement of the variation of the pressure in a known volume due to the presence of the sample to be analyzed. For which, essentially, a calibrated volume (normally the volume of the distributor) is needed from which to dose a quantity of gas to the sample cell, also of known volume, and a pressure sensor that measures in the range of working pressures .
La mayoría de los equipos definidos en las citadas patentes están diseñados para realizar isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno a Ia temperatura de nitrógeno líquido (77K), por Io cual, los sensores de presión, válvulas, conducciones y demás componentes están adecuados para trabajar en el rango de presiones desde el vacío hasta Ia presión de saturación del nitrógeno líquido a su temperatura normal de ebullición, Ia cual es del orden de Ia atmosférica, y para medir con suficiente precisión los cambios en Ia presión debidos a Ia sorción del gas por parte de Ia muestra, por Io que el máximo del rango de medida de los sensores de presión es del orden de Ia presión atmosférica. Estos equipos pueden utilizarse para medir Ia capacidad de sorción de otros gases (por ejemplo, Argón o CO2) de un sólido, sin modificar el diseño del equipo. En las condiciones de trabajo para las que están diseñados estos equipos se puede utilizar, sin incurrir en errores apreciables, Ia ley de los gases ideales para Ia descripción del estado de los mismos, siendo esta ecuación Ia utilizada en los métodos descritos en las patentes anteriormente citadas. Las diferencias que se observan en las patentes descritas se derivan del intento de mejora en Ia precisión de las medidas, en el coste del equipo y del análisis y en Ia duración del análisis.Most of the equipment defined in the aforementioned patents are designed to perform nitrogen adsorption-desorption isotherms at the temperature of liquid nitrogen (77K), whereby, the pressure sensors, valves, pipes and other components are suitable for working in the range of pressures from the vacuum to the saturation pressure of the liquid nitrogen at its normal boiling temperature, which is of the order of atmospheric, and to measure with sufficient precision the changes in the pressure due to the sorption of the gas by part of the sample, so that the maximum of the range of Measurement of the pressure sensors is of the order of atmospheric pressure. These equipment can be used to measure the sorption capacity of other gases (for example, Argon or CO 2 ) of a solid, without modifying the design of the equipment. In the working conditions for which these equipments are designed, the ideal gas law for the description of the state of the same can be used, without incurring appreciable errors, this equation being used in the methods described in the patents above. cited. The differences observed in the described patents derive from the attempt to improve the accuracy of the measurements, the cost of the equipment and the analysis and the duration of the analysis.
Así, los equipos descritos en las patentes americanas: US 3,850,040 y US 5,360,743, y en Ia patente japonesa: JP 4,140,643, no poseen medidores de presión en Ia celda (o celdas) de muestra, Io que conlleva una reducción en el coste del equipo. Sin embargo, en el caso de equipos que poseen más de una celda de muestra (por ejemplo el equipo descrito en Ia patente US 3,850,040) con medidores solamente en el distribuidor, hacen que se alargue mucho Ia duración del análisis.Thus, the equipment described in US patents: US 3,850,040 and US 5,360,743, and in the Japanese patent: JP 4,140,643, do not have pressure meters in the sample cell (or cells), which entails a reduction in the cost of the equipment . However, in the case of equipment that has more than one sample cell (for example, the equipment described in US Patent 3,850,040) with meters only in the distributor, they make the duration of the analysis much longer.
Por otro lado, las patentes americanas: US 4,566,326, US 4,972,730, US 5,239,482, US 5,895,841 y US 6,595,036, y Ia patente japonesa y de Gran Bretaña: JP 4,230,831 y GB 2,161 ,607, respectivamente, describen equipos que poseen medidores de presión tanto en el distribuidor como en Ia celda (o celdas) de muestra, con Io que se consigue una disminución en el tiempo de análisis, si bien aumenta el coste del equipo. Un examen de los equipos descritos en las patentes anteriormente citadas muestra que se han seguido dos estrategias para aumentar Ia precisión de las medidas de Ia presión (sobre todo en el rango de muy bajas presiones): por un lado está Ia utilización de varios sensores de presión absolutos que posean diferentes rangos de medida y, por otro lado, está Ia utilización de sensores de presión diferenciales. Ejemplos de Ia primera opción (varios sensores de presión absolutos de diferentes rangos) se describen en las patentes americanas: US 4,972,730 y US 5,637,810. En Ia patente americana US 5,895,841 se describe un equipo que ha seguido Ia segunda estrategia para aumentar Ia precisión en las medidas mediante Ia utilización de sensores de presión diferenciales en Ia celda o celdas de muestra. En este caso se necesita disponer de, al menos, una celda de referencia.On the other hand, US patents: US 4,566,326, US 4,972,730, US 5,239,482, US 5,895,841 and US 6,595,036, and the Japanese and Great Britain patent: JP 4,230,831 and GB 2,161, 607, respectively, describe equipment that has both pressure meters in the distributor as in the sample cell (or cells), with which a decrease in the analysis time is achieved, although the cost of the equipment increases. An examination of the equipment described in the aforementioned patents shows that two strategies have been followed to increase the precision of the pressure measurements (especially in the range of very low pressures): on the one hand there is the use of several sensors of absolute pressure that have different measuring ranges and, on the other hand, is the use of differential pressure sensors. Examples of the first option (several absolute pressure sensors of different ranges) are described in US patents: US 4,972,730 and US 5,637,810. In US patent 5,895,841 a device is described that has followed the second strategy to increase the precision in the measurements by using sensors differential pressure in the cell or sample cells. In this case it is necessary to have at least one reference cell.
En cuanto al calibrado del volumen del distribuidor, éste se realiza sin tener en cuenta que Ia temperatura de Ia celda de calibrado puede variar a Io largo de esta determinación o, si se ha tenido esto en cuenta, se ha termostatizado Ia celda de calibrado a una temperatura diferente de Ia del distribuidor, por Io que se establece un gradiente de temperatura que impide Ia medida de Ia temperatura real de Ia celda de calibrado, Io que introduce error. El error que esta configuración produce está explicado a continuación en el análisis del cálculo del volumen de celda de muestra.Regarding the calibration of the volume of the distributor, it is carried out without taking into account that the temperature of the calibration cell may vary throughout this determination or, if this has been taken into account, the calibration cell has been thermostatized to a temperature different from that of the distributor, whereby a temperature gradient is established that prevents the measurement of the actual temperature of the calibration cell, which introduces an error. The error that this configuration produces is explained below in the analysis of the sample cell volume calculation.
Como se ha comentado anteriormente, el método volumétrico para Ia determinación de Ia cantidad de gas sorbida por un sólido se basa en Ia medición de Ia variación de Ia presión en un volumen conocido debido a Ia presencia de Ia muestra a analizar. Por Io tanto, para obtener Ia cantidad que un determinado sólido es capaz de retener de una determinada sustancia, a una determinada presión y temperatura mediante el método volumétrico es necesario conocer con exactitud el volumen no ocupado por Ia muestra en Ia celda de Ia muestra, el cual es denominado como volumen de celda, volumen vacío, volumen libre o volumen muerto. Se han descrito en Ia bibliografía métodos para el cálculo del volumen de celda con dos filosofías básicas diferentes: aquellos en los que se obtienen experimentalmente valores de diferentes parámetros conectando al equipo inicialmente Ia celda de muestra vacía (US 5,360,743), y otros (GB 2,161 ,607; US 5,895,841 ; US 3,850,040; US 6,595,036) en los que se conecta desde el principio Ia celda de muestra conteniendo Ia muestra a analizar. En ambos casos, el volumen de Ia celda se calcula mediante expansión de un gas desde un volumen conocido y calibrado, normalmente desde el distribuidor. En Ia primera opción (procedimiento descrito en US 5,360,743) se calcula el volumen de Ia celda vacía. Durante el análisis (con muestra dentro de Ia celda de Ia muestra) se precisa aportar Ia masa de Ia muestra, así como su densidad real con el fin de poder calcular el volumen de Ia celda no ocupado por Ia muestra (volumen libre o muerto). En Ia segunda opción (procedimiento descrito, por ejemplo, en las patentes: GB 2,161 ,607; US 5,895,841 ; US 3,850,040; US 6,595,036) el gas que se utiliza para el cálculo del volumen libre debe ser un gas que no se adsorba en Ia muestra en las condiciones de presión y temperatura en las que se realiza Ia medida para el cálculo del volumen. En general, el gas que se utiliza es Helio y Ia presión a Ia que se realiza Ia medida es Ia más baja posible. Las ventajas que presenta Ia primera opción (calibrado de Ia celda vacía) son el ahorro de gases, ya que no se precisa disponer de un gas que no se adsorba (He) para el calibrado, pudiendo hacerse éste con el gas de análisis. Por el contrario, este método requiere más tiempo, así como Ia necesidad de conocer Ia densidad real de Ia muestra para poder calcular adecuadamente el volumen libre de Ia celda.As mentioned previously, the volumetric method for determining the amount of gas absorbed by a solid is based on the measurement of the variation of the pressure in a known volume due to the presence of the sample to be analyzed. Therefore, to obtain the amount that a certain solid is capable of retaining of a certain substance, at a certain pressure and temperature by means of the volumetric method it is necessary to know exactly the volume not occupied by the sample in the cell of the sample, which is called cell volume, empty volume, free volume or dead volume. Methods for calculating the cell volume with two different basic philosophies have been described in the literature: those in which values of different parameters are experimentally obtained by initially connecting the empty sample cell (US 5,360,743), and others (GB 2,161 , 607; US 5,895,841; US 3,850,040; US 6,595,036) in which the sample cell containing the sample to be analyzed is connected from the beginning. In both cases, the volume of the cell is calculated by expanding a gas from a known and calibrated volume, usually from the distributor. In the first option (procedure described in US 5,360,743) the volume of the empty cell is calculated. During the analysis (with sample within the cell of the sample) it is necessary to provide the mass of the sample, as well as its real density in order to be able to calculate the volume of the cell not occupied by the sample (free or dead volume) . In the second option (procedure described, for example, in the patents: GB 2,161, 607; US 5,895,841; US 3,850,040; US 6,595,036) the gas that is used for the calculation of the free volume must be a gas that is not adsorbed in the sample under the conditions of pressure and temperature in which the measurement is made for the calculation of the volume. In general, the gas used is Helium and the pressure at which the measurement is made is the lowest possible. The advantages of the first option (calibration of the empty cell) are the saving of gases, since it is not necessary to have a gas that is not adsorbed (He) for calibration, which can be done with the analysis gas. On the contrary, this method requires more time, as well as the need to know the real density of the sample in order to adequately calculate the free volume of the cell.
Tal como se describe en las patentes citadas, Ia forma de termostatización de una parte fija de Ia celda de muestra, en Ia que se encuentra el sólido a analizar, consiste en sumergir Ia celda de muestra en un baño, por Io general en nitrógeno líquido (cuando las isotermas se realizan a 77 K, como es el caso más habitual) y controlar que el nivel sea constante, ya sea controlando Ia posición del baño o bien añadiendo nitrógeno líquido según vaya evaporándose. Por Io tanto, una parte de Ia celda de muestra se encuentra a Ia temperatura del baño (por ejemplo a 77 K) y otra parte está a otra temperatura, en general a temperatura ambiente. No es por Io tanto posible medir directamente Ia temperatura de Ia celda, ya que en ella se establece un gradiente de temperatura. Debido a esto, el procedimiento experimental que siguen las patentes (GB 2,161 ,607; US 5,895,841 ; US 3,850,040; US 6,595,036) para el cálculo del volumen libre de celda de muestra consiste en introducir una cantidad conocida de gas (generalmente He) en Ia celda a temperatura ambiente (en equilibrio térmico con el ambiente) y medir Ia presión una vez que se estabiliza, después introducir Ia celda de muestra en el baño a Ia temperatura de estudio (por Io general a 77 K) y, midiendo Ia variación de presión que se produce en Ia celda de muestra, así obtener un parámetro que describe el estado final del gas. El parámetro que se utiliza en dichas patentes para describir este estado ha sido el conocido como volumen frío.As described in the cited patents, the form of thermostatization of a fixed part of the sample cell, in which the solid to be analyzed is located, consists in submerging the sample cell in a bath, usually in liquid nitrogen (when the isotherms are carried out at 77 K, as is the most common case) and check that the level is constant, either by controlling the position of the bath or by adding liquid nitrogen as it evaporates. Therefore, a part of the sample cell is at the temperature of the bath (for example at 77 K) and another part is at another temperature, generally at room temperature. It is therefore not possible to directly measure the temperature of the cell, since it establishes a temperature gradient. Due to this, the experimental procedure followed by the patents (GB 2,161, 607; US 5,895,841; US 3,850,040; US 6,595,036) for the calculation of the free volume of sample cell consists of introducing a known amount of gas (generally He) into Ia cell at room temperature (in thermal equilibrium with the environment) and measure the pressure once it stabilizes, then introduce the sample cell in the bath at the study temperature (usually at 77 K) and, measuring the variation of pressure that occurs in the sample cell, thus obtaining a parameter that describes the final state of the gas. The parameter used in these patents to describe this state has been known as cold volume.
El razonamiento básico parte de Ia idea de que los gases se comportan como gases ideales y que al sumergir Ia celda de muestra en el baño, se puede considerar que una parte del volumen de Ia celda de muestra se enfría a Ia temperatura del baño y que Ia otra parte se queda a Ia temperatura inicial, manteniéndose constante Ia cantidad de materia, de modo que se puede calcular Ia relación entre ambos volúmenes de Ia siguiente manera:The basic reasoning is based on the idea that gases behave like ideal gases and that when the sample cell is immersed in the bathroom, it can be considered that a part of the volume of the sample cell is cooled to the bath temperature and that the other part stays at the initial temperature, keeping the amount of matter constant, so that the relationship between both volumes can be calculated as follows:
PV P V P VPV P V P V
Donde Pj y P∑ son Ia presión inicial y final de Ia celda de muestra respectivamente, Ti y T son Ia temperatura inicial y final de Ia celda de muestra, respectivamente y x es Ia relación entre el volumen que se supone que se queda a Ia temperatura inicial al sumergir Ia celda de muestra en el baño y el volumen total de Ia celda de muestra. Reorganizando Ia ecuación (1 ) se obtiene:Where Pj and P∑ are the initial and final pressure of the sample cell respectively, Ti and T are the initial and final temperature of the sample cell, respectively, and x is the ratio between the volume that is supposed to remain at Ia initial temperature when the sample cell is immersed in the bath and the total volume of the sample cell. Reorganizing the equation (1) you get:
PT - P T x = ^2 ^1 (1 )PT - PT x = ^ 2 ^ 1 (1)
P2 - (T2 - T1)P 2 - (T 2 - T 1 )
Es fácil demostrar que al cumplirse (1), Ia presión en Ia celda de muestra resultante de introducir dos cantidades de gas es igual a Ia suma de las presiones que esas dos cantidades de gas ejercerían en Ia celda de muestra individualmente, Io que quiere decir que el parámetro x se mantiene constante durante todo el experimento-y, por Io tanto, es una buena forma de idealizar el estado de Ia celda de muestra. Este razonamiento solo es cierto cuando el gas de calibrado no se absorbe en Ia muestra y además se comporta como un gas ideal. Sin embargo, al considerar que el gas se comporta como gas real esto ya no es cierto y, por Io tanto, el parámetro x deja de ser un parámetro útil para definir el estado de Ia celda de muestra. Debido a que Ia presente patente describe un equipo capaz de medir isotermas de sorción en un rango amplio de presiones y temperaturas, en general, en condiciones en las que los gases y los fluidos supercríticos se comportan como gases reales, no es posible utilizar este parámetro. Una vez conocido el volumen libre de Ia celda de muestra y el parámetro x (ecuación 1 ), mediante Ia medición de Ia presión y con Ia aplicación de una ecuación de estado se puede conocer Ia cantidad de sustancia (moles de gas) que hay en el interior de Ia misma. Como se ha indicado anteriormente, las patentes que se citan describen equipos que están diseñados para trabajar a presiones normalmente por debajo de Ia atmosférica y en condiciones en las que se puede utilizar, sin incurrir en errores apreciables, Ia ecuación de estado de los gases ideales para describir el balance de materia. Por Io tanto, Ia cantidad de gas sorbido por Ia muestra en estudio se determina como el balance de materia entre Ia cantidad de gas añadido o quitado de Ia celda de muestra y Ia cantidad de gas que hay en Ia celda tras alcanzarse el equilibrio termodinámico.It is easy to demonstrate that when fulfilled (1), the pressure in the sample cell resulting from introducing two quantities of gas is equal to the sum of the pressures that those two quantities of gas would exert in the sample cell individually, which means that the parameter x remains constant throughout the experiment-and, therefore, is a good way to idealize the state of the sample cell. This reasoning is only true when the calibration gas is not absorbed in the sample and also behaves as an ideal gas. However, considering that the gas behaves as real gas, this is no longer true and, therefore, the parameter x is no longer a useful parameter for defining the state of the sample cell. Because the present patent describes a device capable of measuring sorption isotherms in a wide range of pressures and temperatures, in general, under conditions in which gases and supercritical fluids behave like real gases, it is not possible to use this parameter . Once the free volume of the sample cell and the parameter x (equation 1) is known, by measuring the pressure and with the application of a state equation, the amount of substance (moles of gas) in the interior of it. As indicated above, the cited patents describe equipment that is designed to work at pressures normally below atmospheric and under conditions in which the state equation can be used, without incurring appreciable errors. of the ideal gases to describe the balance of matter. Therefore, the amount of gas absorbed by the sample under study is determined as the balance of matter between the amount of gas added or removed from the sample cell and the amount of gas in the cell after the thermodynamic equilibrium is reached.
Hay cuatro grandes problemas que no se solucionan siguiendo las metodologías descritas en las patentes citadas anteriormente. Los dos primeros problemas surgen cuando se pretende calcular el volumen libre o muerto de Ia celda de Ia muestra en condiciones alejadas de Ia idealidad. El tercer y cuarto problema se refieren a que Ia descripción del estado de los gases en las condiciones de trabajo puede no realizarse adecuadamente mediante Ia ley de los gases ideales.There are four major problems that are not solved by following the methodologies described in the patents cited above. The first two problems arise when it is intended to calculate the free or dead volume of the cell of the sample under conditions far from ideality. The third and fourth problem refers to the fact that the description of the state of the gases in the working conditions may not be properly carried out by means of the ideal gas law.
Los problemas son: 1 ) Las variaciones de Ia temperatura durante el análisis, tanto en el distribuidor como en Ia, al menos una, celda de muestra y el volumen que conecta ambos, disminuyen Ia precisión de las medidas de Ia cantidad sorbida; 2) Al encontrase una parte de Ia celda de Ia muestra a Ia temperatura de análisis y otra parte a otra temperatura (en general a temperatura ambiente), se establece un gradiente de temperaturas, por Io que no se puede medir directamente una temperatura que defina con exactitud el estado del gas en Ia, al menos, una celda de muestra. Además, durante Ia realización del procedimiento experimental, según las condiciones de temperatura y presión a las que se realice el estudio, el gas utilizado para el cálculo de Ia temperatura que defina el estado del gas en Ia, al menos una, celda de muestra (clásicamente se ha venido usando Helio) a partir de Ia expansión del mismo desde el distribuidor, puede ser retenido por Ia muestra, por Io que Ia cantidad de este gas presente en Ia celda de muestra es mayor que Ia medida a través de Ia lectura de su presión; 3) Los gases utilizados a Io largo del procedimiento experimental se pueden comportar de una forma muy alejada de Ia idealidad, siendo necesario tener en cuenta en los cálculos Ia no idealidad de éstos; 4) Ninguna ecuación de estado para gases reales define a Ia perfección el estado de un gas en cualquier condición. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNThe problems are: 1) The variations of the temperature during the analysis, both in the distributor and in the at least one, sample cell and the volume that connects both, decrease the precision of the measurements of the quantity absorbed; 2) When a part of the cell of the sample is found at the analysis temperature and another part at another temperature (in general at room temperature), a temperature gradient is established, so that a temperature that defines cannot be directly measured exactly the state of the gas in the at least one sample cell. In addition, during the conduct of the experimental procedure, according to the temperature and pressure conditions at which the study is carried out, the gas used to calculate the temperature that defines the state of the gas in the at least one sample cell ( Classically, Helium has been used from the expansion of the same from the distributor, it can be retained by the sample, so that the amount of this gas present in the sample cell is greater than the measurement through the reading of his pressure; 3) The gases used throughout the experimental procedure can behave very far from the ideal, being necessary to take into account in the calculations the non-ideality of these; 4) No equation of state for real gases perfectly defines the state of a gas in any condition. DESCRIPTION OF THE INVENTION
Si se analizan detalladamente las soluciones que se pueden aportar para minimizar los errores tanto del procedimiento experimental como del método de cálculo se llega a las siguientes conclusiones: a- El problema enumerado como 1 ) solamente no es importante cuando Ia temperatura de Ia celda de muestra, del distribuidor, de las válvulas de conexión y sus respectivas conexiones son idénticas, e iguales a Ia temperatura del gas. Por Io tanto, para eliminar esta problemática se deberían termostatizar a Ia temperatura a Ia que se desee realizar el estudio el conjunto del distribuidor, Ia celda de muestra, las válvulas de conexión y las conducciones. Si bien técnicamente esto no es un problema para temperaturas en un rango próximo a las temperaturas ambientales comunes, es técnicamente inviable cuando Ia temperatura de estudio está fuera de este rango. Lo habitual (como se muestra en las patentes anteriormente descritas) y tecnológicamente viable, es mantener únicamente parte de Ia celda de muestra, Ia cual debe incluir necesariamente Ia zona concreta en Ia que se encuentra Ia muestra, a Ia temperatura de estudio, encontrándose el resto del conjunto a otra temperatura (habitualmente a temperatura ambiente), por Io que Ia problemática descrita en el punto (1 ) no se puede obviar.If the solutions that can be provided to minimize errors in both the experimental procedure and the calculation method are analyzed in detail, the following conclusions are reached: a- The problem listed as 1) is not important only when the temperature of the sample cell , of the distributor, of the connection valves and their respective connections are identical, and equal to the gas temperature. Therefore, to eliminate this problem, the distributor assembly, the sample cell, the connection valves and the pipes should be thermostatized at the temperature at which it is desired to carry out the study. Although technically this is not a problem for temperatures in a range close to common ambient temperatures, it is technically unfeasible when the study temperature is outside this range. The usual (as shown in the patents described above) and technologically feasible, is to keep only part of the sample cell, which must necessarily include the specific area in which the sample is located, at the study temperature, being the the rest of the assembly at another temperature (usually at room temperature), so that the problem described in point (1) cannot be ignored.
Para que esta problemática no sea una fuente de error se debe minimizar el efecto que produzcan sobre el equipo las variaciones de Ia temperatura a Io largo del medio en el que se encuentra éste durante el tiempo que dure el experimento, o conocer con exactitud cómo Ie afectan. Por cuestiones de exactitud en Ia medida, economía y fiabilidad del método y del equipo, además de por ser tecnológicamente muy simple de implementar, el diseño del equipo que se describe en esta patente trata de minimizar estos efectos. Para ello hay dos soluciones; Ia primera sería situar el equipo en una sala isoterma, Io cual haría que el gasto de instalación y de funcionamiento del equipo fuese muy elevado; Ia segunda consiste en termostatizar el conjunto del distribuidor a una determinada temperatura, termostatizar Ia parte de Ia celda de muestra en Ia que se encuentra el sólido a analizar, a Ia temperatura de ensayo y disminuir el volumen que conecta el conjunto del distribuidor con Ia zona termostatizada de Ia celda de muestra y aislarlo térmicamente del medio para que el perfil de temperatura en su interior no esté influido por los cambios de Ia temperatura ambiente. b- Como se ha mostrado anteriormente, al considerar que el gas se comporta como gas real no se puede aplicar Ia metodología descrita en las patentes citadas (GB 2,161 ,607; US 5,895,841; US 3,850,040; US 6,595,036) para definir el estado del gas y, por Io tanto, el parámetro x (relación entre el volumen de celda y el volumen frío) deja de ser un parámetro útil para definir el estado de Ia celda de muestra. Además, si el gas que se está utilizando para realizar Ia medición del volumen frío se retiene en Ia muestra al introducir Ia celda de muestra en el baño a temperatura de ensayo (Io cual ocurre hasta con el helio a bajas temperaturas y presiones del orden de Ia presión atmosférica), el método descrito en las patentes referenciadas no puede ser utilizado. Es necesario, pues, definir otro método para conocer con exactitud Ia cantidad de gas presente en Ia celda de muestra, en un determinado experimento, por Ia lectura de Ia presión de Ia misma. En Ia presente patente se describe Ia metodología necesaria para resolver este problema, como se mostrará mas adelante. c- Es necesario utilizar ecuaciones de estado de gas real para describir el estado de los gases utilizados en el presente equipo debido a que el rango de trabajo, tanto de presión como de temperatura, es muy amplio, y el comportamiento de los gases sólo es aconsejable aproximarlo como ideal cuando se encuentran a muy bajas presiones y/o temperaturas muy por encima de su temperatura crítica. d- Es muy importante usar Ia ecuación de estado adecuada en cada caso, en función del gas que se esté siendo usado y de las condiciones de presión y temperaturas concretas, para calcular con el menor error posible, el cual es imposible evitar completamente, los balances de materia. En Ia bibliografía se proponen muchas ecuaciones de estado para describir el comportamiento de los gases reales, así como estudios sobre Ia fiabilidad de algunas de ellas en Ia descripción del comportamiento de un determinado gas en un determinado rango de presiones y temperaturas. Debido a esta imprecisión, para obtener el volumen del distribuidor, así como el volumen libre de Ia1 al menos una, celda de muestra, es recomendable Ia repetición del método mediante el que se obtienen estos valores bajo diferentes condiciones experimentales, promediándose el error provocado por el uso de una determinada ecuación de estado, así como el error experimental.So that this problem is not a source of error, the effect that the variations of the temperature will have on the equipment along the medium in which it is located during the duration of the experiment must be minimized, or know exactly how affect. For reasons of accuracy in the measurement, economy and reliability of the method and of the equipment, in addition to being technologically very simple to implement, the design of the equipment described in this patent tries to minimize these effects. For this there are two solutions; The first would be to place the equipment in an isothermal room, which would make the installation and operation cost of the equipment very high; The second is to thermostatize the distributor assembly at a certain temperature, thermostatize the part of the sample cell in which the solid to be analyzed is located, at the test temperature and decrease the volume that connects the distributor assembly with the area thermostated of The sample cell and thermally isolate it from the medium so that the internal temperature profile is not influenced by changes in the ambient temperature. b- As shown above, considering that the gas behaves like real gas, the methodology described in the cited patents cannot be applied (GB 2,161, 607; US 5,895,841; US 3,850,040; US 6,595,036) to define the state of the gas and, therefore, the parameter x (relation between the cell volume and the cold volume) is no longer a useful parameter for defining the state of the sample cell. In addition, if the gas that is being used to perform the cold volume measurement is retained in the sample when the sample cell is introduced into the bath at test temperature (which occurs even with helium at low temperatures and pressures of the order of Ia atmospheric pressure), the method described in the referenced patents cannot be used. It is therefore necessary to define another method to know exactly the amount of gas present in the sample cell, in a given experiment, by reading the pressure thereof. This methodology describes the methodology necessary to solve this problem, as will be shown later. c- It is necessary to use real gas state equations to describe the state of the gases used in this equipment because the working range, both pressure and temperature, is very wide, and the behavior of gases is only It is advisable to approximate it as ideal when they are at very low pressures and / or temperatures well above its critical temperature. d- It is very important to use the appropriate state equation in each case, depending on the gas being used and the specific pressure and temperature conditions, to calculate with the least possible error, which is impossible to avoid completely, matter balances. In the bibliography many state equations are proposed to describe the behavior of real gases, as well as studies on the reliability of some of them in the description of the behavior of a certain gas in a certain range of pressures and temperatures. Due to this inaccuracy, in order to obtain the volume of the distributor, as well as the free volume of the 1 at least one, sample cell, it is advisable to repeat the method by which these values are obtained under different experimental conditions, averaging the error caused by the use of a certain state equation, as well as the experimental error.
Esta invención se refiere a un método y un equipo por el que se es capaz de realizar isotermas de gases y fluidos supercríticos (He, N2, Ar, CO2, H2, CH4, 03He1 C4H10,...). y conocer las características de una muestra relativas a Ia capacidad para sorber dichos gases o fluidos supercríticos en condiciones en las que pueden no ser descritos con exactitud mediante Ia ley de los gases ideales. Dichas sustancias en estado gaseoso pueden ser utilizadas en el análisis tanto en condiciones subcríticas, críticas como supercríticas. Los resultados se obtienen con precisión pudiendo realizarse el análisis en un rango muy amplio de presiones y temperaturas que van desde el vacío hasta varios miles de atmósferas de presión y desde 4.2 K hasta varios cientos de grados Kelvin de temperatura, resolviendo los problemas antes mencionados y obteniendo medidas con precisión. De acuerdo con un aspecto de Ia invención, un método volumétrico para medir Ia cantidad de un gas o de un fluido supercrítico sorbida por una muestra comprende las etapas de: a) termostatizar un distribuidor de gases; b) introducir Ia muestra en una celda comunicable con dicho distribuidor; c) termostatizar dicha celda de muestra a una temperatura en Ia que un gas de calibrado no es sorbido de forma significativa por Ia muestra; d) presurizar el distribuidor con dicho gas de calibrado; e) calibrar el volumen libre de Ia celda de muestra a base de resolver un balance de materia para el gas de calibrado en el conjunto distribuidor-celda, utilizando una ecuación de gas real para definir el estado del gas de calibrado; f) calcular Ia temperatura efectiva de Ia celda de muestra a base de resolver un balance de materia para el gas de calibrado en el conjunto distribuidor-celda, utilizando una ecuación de gas real para definir el estado del gas de calibrado; g) producir un vacío en el conjunto distribuidor-celda; h) presurizar el distribuidor con el gas o el fluido supercrítico; i) calcular Ia cantidad de gas o de fluido supercrítico sorbida por Ia muestra a base de resolver un balance de materia para el gas o el fluido supercrítico en el conjunto distribuidor-celda, utilizando una ecuación de gas real para definir el estado del gas o del fluido supercrítico.This invention relates to a method and equipment by which is able to perform supercritical gas and fluid isotherms (He, N 2 , Ar, CO 2 , H 2 , CH4, 0 3 He 1 C 4 H 10 ,. ..). and to know the characteristics of a sample relative to the ability to sip said supercritical gases or fluids under conditions in which they may not be accurately described by means of the ideal gas law. These substances in a gaseous state can be used in the analysis both in subcritical, critical and supercritical conditions. The results are obtained with precision and the analysis can be carried out in a very wide range of pressures and temperatures ranging from vacuum to several thousand pressure atmospheres and from 4.2 K to several hundred Kelvin degrees of temperature, solving the aforementioned problems and Obtaining measurements with precision. According to one aspect of the invention, a volumetric method for measuring the amount of a gas or a supercritical fluid absorbed by a sample comprises the steps of: a) thermostatizing a gas distributor; b) introduce the sample into a cell communicable with said distributor; c) thermostatizing said sample cell at a temperature in which a calibration gas is not significantly absorbed by the sample; d) pressurize the distributor with said calibration gas; e) calibrate the free volume of the sample cell based on solving a material balance for the calibration gas in the distributor-cell assembly, using a real gas equation to define the state of the calibration gas; f) calculate the effective temperature of the sample cell based on solving a balance of matter for the calibration gas in the distributor-cell assembly, using a real gas equation to define the state of the calibration gas; g) produce a vacuum in the distributor-cell assembly; h) pressurize the distributor with the gas or supercritical fluid; i) calculate the amount of gas or supercritical fluid absorbed by the sample based on solving a balance of matter for the gas or supercritical fluid in the distributor-cell assembly, using a real gas equation to define the state of the gas or of the supercritical fluid.
Otras particularidades de las etapas están definidas en las reivindicaciones. De acuerdo con otro aspecto de Ia invención, se proporciona un equipo para llevar a cabo dicho método. En una realización, dicho equipo comprende: - un sensor de presión para el distribuidor;Other particularities of the steps are defined in the claims. In accordance with another aspect of the invention, equipment is provided for carrying out said method. In one embodiment, said equipment comprises: a pressure sensor for the distributor;
- una válvula de corte dispuesta en Ia línea de conexión de Ia celda de muestra con el distribuidor;- a shut-off valve disposed in the connection line of the sample cell with the distributor;
- una fuente de gas o de fluido supercrítico comunicable con el distribuidor a través de una línea de gas provista de una válvula de corte; y - una fuente de vacío comunicable con el distribuidor a través de una línea de vacío provista de una válvula de corte; y- a source of gas or supercritical fluid communicable with the distributor through a gas line provided with a shut-off valve; and - a vacuum source communicable with the distributor through a vacuum line provided with a shut-off valve; Y
- un sistema para Ia termostatización del distribuidor, el sensor de presión y dichas válvulas de corte conectables a dicho distribuidor, que puede delimitar una zona isotérmica que contiene estos elementos, mientras que Ia celda de muestra está dispuesta fuera de dicha zona isotérmica. Otras realizaciones están definidas en las reivindicaciones. El equipo mide con precisión Ia cantidad de gas o fluido supercrítico sorbida por un sólido teniendo en cuenta que el estado del gas de análisis y/o el estado del gas de calibrado puede no ser descrito con exactitud por Ia ley de los gases ideales, con Ia diferencia y Ia mejora respecto a los equipos descritos anteriormente de que Ia isotermas se pueden realizar en un rango muy amplio de presiones y temperaturas.- a system for the thermostatization of the distributor, the pressure sensor and said shut-off valves connectable to said distributor, which can delimit an isothermal zone containing these elements, while the sample cell is arranged outside said isothermal zone. Other embodiments are defined in the claims. The equipment accurately measures the amount of supercritical gas or fluid absorbed by a solid taking into account that the state of the analysis gas and / or the state of the calibration gas may not be accurately described by the ideal gas law, with The difference and improvement with respect to the equipment described above that the isotherms can be performed in a very wide range of pressures and temperatures.
El, al menos un, medidor de presión utilizado tiene un rango de medida de, al menos, el rango de presiones al que se quiere realizar el análisis, obteniéndose las medidas en valor absoluto y con suficiente precisión.The at least one pressure gauge used has a measuring range of at least the range of pressures to which the analysis is to be performed, the measurements being obtained in absolute value and with sufficient precision.
La1 al menos una, fuente de gas o fluido supercrítico de análisis debe de suministrar el mismo a una presión, al menos, igual a Ia presión máxima de análisis. Cuando no se dispone de una fuente externa que suministre tal presión, el equipo tiene un compresor capaz de comprimir el gas o fluido supercrítico de análisis desde Ia presión que suministra Ia fuente hasta, al menos, Ia presión máxima de análisis.The at least 1 , gas source or supercritical analysis fluid must supply the same at a pressure at least equal to the maximum analysis pressure. When an external source is not available to supply such pressure, The equipment has a compressor capable of compressing the gas or supercritical analysis fluid from the pressure supplied by the source to at least the maximum analysis pressure.
Si se dispone de un sistema para calibrar el volumen del distribuidor, éste se aloja en Ia zona termostatizada del distribuidor, manteniéndose el conjunto formado por el distribuidor, Ia celda de calibrado y Ia pieza de volumen conocido, así como las conducciones y válvulas que los conectan entre sí, a Ia misma temperatura durante todo el calibrado, evitándose, de esta manera, los errores que se cometen si Ia celda de calibrado no está termostatizada a Ia misma temperatura que el distribuidor.If a system is available to calibrate the volume of the distributor, it is housed in the thermostated area of the distributor, maintaining the assembly formed by the distributor, the calibration cell and the piece of known volume, as well as the pipes and valves that they connect to each other, at the same temperature throughout the calibration, avoiding, in this way, the errors that are made if the calibration cell is not thermostatted at the same temperature as the distributor.
Para resolver el problema descrito en el apartado de antecedentes, problema (1 ), el distribuidor está termostatizado a una temperatura superior a Ia temperatura ambiente (típicamente de 30 a 50 0C) con un sistema de control capaz de mantener Ia temperatura con una desviación estándar menor que un valor preestablecido. Una parte del volumen de Ia, al menos una, celda de muestra, que necesariamente incluye Ia, al menos una, muestra a analizar, está termostatizada a Ia temperatura de análisis mediante un sistema que garantiza que el volumen termostatizado se mantiene constante y con una variación en Ia temperatura menor que un valor preestablecido. El volumen que conecta el distribuidor con Ia zona termostatizada de Ia, al menos una, celda de muestra, se realiza utilizando una conducción que se aisla exteriormente. De esta manera se consigue que no existan variaciones en Ia temperatura del distribuidor, de Ia parte de Ia, al menos una, celda de muestra que contiene Ia muestra y del volumen que conecta a ambos que influyan en Ia precisión del análisis. Para resolver el problema descrito en el apartado de antecedentes, problema (2), es preciso definir un parámetro que llamaremos Temperatura Efectiva de Celda, cuya función es ofrecer un valor de temperatura que describa el estado del gas en Ia, al menos una, celda de muestra en cualquier condición de análisis, incluso en aquel que esté alejado de Ia idealidad. La metodología que se utiliza consiste en introducir una cantidad conocida del gas de calibrado en Ia, al menos una, celda de muestra antes de que se termostatice a Ia temperatura de análisis. Posteriormente, se termostatiza Ia, al menos una, celda de muestra a Ia temperatura de análisis, registrando Ia presión que se alcanza en Ia, al menos una, celda de muestra al dejar de observarse variación en Ia presión. Si no hay sorción del gas de calibrado por parte de Ia, al menos una, muestra en las condiciones experimentales, Ia Temperatura Efectiva de Celda es aquella que resuelve el balance de materia mediante el uso de Ia ley de los gases reales. En el caso de que en las condiciones de análisis, al termostatizar Ia celda exista sorción del gas de calibrado por parte de Ia1 al menos una, muestra, se realiza, al menos, una expansión de una cantidad conocida de gas de calibrado desde el distribuidor. En esta situación, los balances de materia no pueden ser resueltos debido a que se desconoce Ia cantidad de gas de calibrado sorbida por Ia, al menos una, muestra. Sin embargo, si se supone que las cantidades sorbidas pueden ser definidas mediante una ecuación, como por ejemplo Ia ley de Henry, Ia cual se cumple en el tramo inicial de cualquier isoterma de sorción, es posible resolver los balances de materia mediante el uso de Ia Ley de los Gases Reales, obteniéndose el parámetro de Temperatura Efectiva de Celda. Para resolver el problema descrito en el apartado de antecedentes, problema (3), se utiliza Ia ley de los gases reales, en lugar de Ia ley de los gases ideales, que es Ia empleada en patentes anteriormente citadas. El uso de una ley por Ia otra no implica una modificación de los métodos presentados en las citadas patentes de una forma trivial, ya que como se ha visto, el cálculo del estado de Ia, al menos una, celda de muestra (volumen frío) no puede ser definido mediante el método que se venía utilizando.To solve the problem described in the background section, problem (1), the distributor is thermostated at a temperature higher than the ambient temperature (typically 30 to 50 0 C) with a control system capable of maintaining the temperature with a deviation standard less than a preset value. A part of the volume of the at least one sample cell, which necessarily includes the at least one sample to be analyzed, is thermostated at the analysis temperature by means of a system that guarantees that the thermostated volume is kept constant and with a variation in the temperature less than a preset value. The volume that connects the distributor with the thermostated zone of Ia, at least one, sample cell, is made using a conduit that is externally insulated. In this way it is achieved that there are no variations in the temperature of the distributor, of the part of the at least one sample cell that contains the sample and the volume that connects both that influence the accuracy of the analysis. To solve the problem described in the background section, problem (2), it is necessary to define a parameter that we will call Effective Cell Temperature, whose function is to offer a temperature value that describes the state of the gas in the at least one cell of sample in any condition of analysis, even in one that is far from the ideal. The methodology used consists of introducing a known quantity of the calibration gas into the at least one sample cell before it is thermostatized at the analysis temperature. Subsequently, at least one sample cell is thermostatized at the analysis temperature, recording the pressure reached in Ia, at least one, sample cell when no variation in pressure is observed. If there is no sorption of the calibration gas by the at least one, shown in the experimental conditions, the Effective Cell Temperature is that which resolves the balance of matter through the use of the law of real gases. In the event that the thermostatting Ia cell exists gas sorption calibration by Ia 1 at least one sample in the analysis conditions, it is performed, at least one expansion of a known amount of calibration gas from the distributor. In this situation, the material balances cannot be resolved because the amount of calibration gas absorbed by the at least one sample is unknown. However, if it is assumed that the sorbed quantities can be defined by an equation, such as Henry's law, which is fulfilled in the initial section of any sorption isotherm, it is possible to solve the balance of matter through the use of Ia Law of Real Gases, obtaining the parameter of Effective Cell Temperature. To solve the problem described in the background section, problem (3), the law of real gases is used, instead of the ideal gas law, which is the one used in the aforementioned patents. The use of one law by the other does not imply a modification of the methods presented in the aforementioned patents in a trivial way, since as it has been seen, the calculation of the state of the at least one sample cell (cold volume) It cannot be defined by the method that was being used.
Para resolver el problema descrito en el apartado de antecedentes, problema (4), para el cálculo del volumen libre de celda, se utiliza el conocido método de expansión del gas de calibrado desde el distribuidor a Ia, al menos una, celda de muestra partiendo de diferentes presiones iniciales en el distribuidor y promediando los valores de volumen libre de celda obtenidos, utilizándose, en este cálculo Ia ecuación de estado de los gases reales. De Ia misma manera se repite el método utilizado para el calibrado del volumen del distribuidor y se promedian los valores obtenidos.To solve the problem described in the background section, problem (4), for the calculation of the free cell volume, the known method of expanding the calibration gas from the distributor to the at least one sample cell is used. of different initial pressures in the distributor and averaging the values of free cell volume obtained, using, in this calculation the equation of state of the real gases. In the same way the method used for calibrating the volume of the distributor is repeated and the values obtained are averaged.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Los siguientes componentes aparecen siempre en las figuras numerados de Ia misma forma: 1 y 14.- Sensor de presión absoluto 2.- DistribuidorThe following components always appear in the numbered figures in the same way: 1 and 14.- Absolute pressure sensor 2.- Distributor
3, 5, 7, 8, 10, 15 y 17.- Válvulas de corte 4.- Celda de muestra 6, 9,11 y 16.- Restricción 12.- Sensor de temperatura 13.- Zona termostatizada 18.- Celda de calibrado 19.- Pieza de volumen conocido 20.- Sistema de compresión3, 5, 7, 8, 10, 15 and 17.- Shut-off valves 4.- Sample cell 6, 9, 11 and 16.- Restriction 12.- Temperature sensor 13.- Thermostated zone 18.- Cell calibrated 19.- Part of known volume 20.- Compression system
FIGURA 1 : Vista esquemática del equipo que comprende: un distribuidor (2); un sensor de presión (1) en el distribuidor; al menos una celda de muestra (4), que se une mediante conducciones al distribuidor a través de una válvula de corte (3); una entrada de gas con Ia restricción (11 ) y unida a través de Ia válvula de corte (10); una línea de vacío con restricción (9) unida a través de Ia válvula de corte (8) y una línea de vacío sin restricción unida a través de Ia válvula de corte (7); un sensor de temperatura (12) en el distribuidor; y una zona termostatizada (13) que comprende al distribuidor (2). FIGURA 2: Vista esquemática del equipo descrito en Ia figura 1 que además dispone de un sensor de presión (14) en Ia, al menos una, celda de muestra 4. FIGURA 3: Vista esquemática del equipo descrito en Ia figura 2 al que se Ie ha añadido una entrada de gas o fluido supercrítico unida al distribuidor 2 a través de una válvula de corte (15) y de una restricción (16). FIGURA 4: Vista esquemática del equipo descrito en Ia figura 2 al que se Ie ha añadido una celda de calibrado (18), en Ia zona termostatizada del equipo (13), unida al distribuidor (2) a través de una válvula de corte (17) y una pieza de volumen conocido (19). FIGURA 5: Vista esquemática del equipo descrito en Ia figura 2 al que se Ie ha añadido un sistema de compresión de gases (20).FIGURE 1: Schematic view of the equipment comprising: a distributor (2); a pressure sensor (1) in the distributor; at least one sample cell (4), which is connected by conduits to the distributor through a shut-off valve (3); a gas inlet with the restriction (11) and connected through the shut-off valve (10); a vacuum line with restriction (9) connected through the shut-off valve (8) and a vacuum line without restriction connected through the cut-off valve (7); a temperature sensor (12) in the distributor; and a thermostatted zone (13) comprising the distributor (2). FIGURE 2: Schematic view of the equipment described in Figure 1 which also has a pressure sensor (14) in Ia, at least one, sample cell 4. FIGURE 3: Schematic view of the equipment described in Figure 2 to which I have added a supercritical gas or fluid inlet attached to the distributor 2 through a shut-off valve (15) and a restriction (16). FIGURE 4: Schematic view of the equipment described in Figure 2 to which a calibration cell (18) has been added, in the thermostated area of the equipment (13), connected to the distributor (2) through a shut-off valve ( 17) and a piece of known volume (19). FIGURE 5: Schematic view of the equipment described in Figure 2 to which a gas compression system (20) has been added.
FIGURA 6: Gráfica de Ia isoterma de sorción de exceso de nitrógeno hasta 200 bar de un carbón activo. FIGURA 7: Gráfica de Ia isoterma de sorción de exceso de hidrógeno hasta 200 bar de un carbón activo.FIGURE 6: Graph of the sorption isotherm of excess nitrogen up to 200 bar of an active carbon. FIGURE 7: Graph of the sorption isotherm of excess hydrogen up to 200 bar of an active carbon.
FIGURA 8: Diagrama de flujo que describe el método de trabajo del equipo presentado en Ia figura 1. FIGURA 9: Diagrama de flujo que describe el método de trabajo del equipo presentado en Ia figura 2.FIGURE 8: Flowchart describing the working method of the equipment presented in Figure 1. FIGURE 9: Flowchart describing the working method of the equipment presented in Figure 2.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Esta invención describe un método y un equipo por el que se es capaz de realizar isotermas de gases y fluidos supercríticos (He, N2, Ar, CO2, H2, CH4, C3H8, C4Hi0,...). y conocer las características de una muestra relativas a Ia capacidad para sorber dichos gases o fluidos supercríticos en condiciones en las que pueden no ser descritos con exactitud mediante Ia ley de los gases ideales. Dichas sustancias en estado gaseoso pueden ser utilizadas en el análisis tanto en condiciones subcríticas, críticas como supercríticas. Los resultados se obtienen con precisión pudiendo realizarse el análisis en un rango muy amplio de presiones y temperaturas que van desde el vacío hasta varios miles de atmósferas de presión y desde temperaturas criogénicas hasta varios cientos de grados. Se describen dos configuraciones básicas del equipo que presentan algoritmos de trabajo diferentes, por un lado aquella en Ia que sólo se dispone de un sensor de presión, ubicado en Ia zona del distribuidor (2) (configuración mostrada en Ia figura 1 ) y, por otro lado, aquella en Ia que se dispone de sensores de presión tanto en el distribuidor (2) como en Ia, al menos una, celda de muestra (4) (configuración mostrada en Ia figura 2). La primera configuración está optimizada cuando el equipo dispone de una sola celda de muestra, mientras que Ia segunda es el resultado de optimizar Ia precisión y Ia duración del análisis en un equipo que tenga más de una celda de muestra. Se describen, además, variaciones de las dos configuraciones básicas con más o menos prestaciones que no son fundamentales para implementar el método de trabajo pero que pueden dotar al sistema de funcionalidades adicionales recomendables. Aunque el equipo aquí descrito está automatizado, no se muestra ni el procesador ni los controladores ni los acondicionadores de señal utilizados para leer las medidas de temperatura y presión, así como para mandar las señales de control a las válvulas, bombas, resistencias y en general cualquiera de los sistemas involucrados, además de realizar los cálculos necesarios para implementar el algoritmo de trabajo. Los términos controlador y procesador pueden ser intercambiados aquí y se refieren a los mecanismos electrónicos capaces de llevar a cabo operaciones sobre señales eléctricas. El término "estable" aquí referido a Ia medida de un sensor se refiere a que Ia variación de Ia señal de éste cumple unos determinados requisitos preestablecidos.This invention describes a method and equipment by which is able to perform supercritical gas and fluid isotherms (He, N 2 , Ar, CO 2 , H 2 , CH 4 , C 3 H 8 , C 4 Hi 0 ,. ..). and to know the characteristics of a sample relative to the ability to sip said supercritical gases or fluids under conditions in which they may not be accurately described by means of the ideal gas law. These substances in a gaseous state can be used in the analysis both in subcritical, critical and supercritical conditions. The results are obtained with precision and the analysis can be carried out in a very wide range of pressures and temperatures ranging from vacuum to several thousand atmospheres of pressure and from cryogenic temperatures to several hundred degrees. Two basic configurations of the equipment that present different working algorithms are described, on the one hand that in which only one pressure sensor is available, located in the distributor area (2) (configuration shown in Figure 1) and, by on the other hand, the one in which pressure sensors are available both in the distributor (2) and in the at least one, sample cell (4) (configuration shown in Figure 2). The first configuration is optimized when the equipment has a single sample cell, while the second is the result of optimizing the precision and duration of the analysis in a device that has more than one sample cell. In addition, variations of the two basic configurations are described, with more or less benefits that are not fundamental to implement the working method but which can provide the system with additional recommended functionalities. Although the equipment described here is automated, neither the processor nor the controllers or signal conditioners used for read the temperature and pressure measurements, as well as to send the control signals to the valves, pumps, resistors and in general any of the systems involved, in addition to performing the calculations necessary to implement the working algorithm. The terms controller and processor can be exchanged here and refer to electronic mechanisms capable of carrying out operations on electrical signals. The term "stable" here referred to the measurement of a sensor refers to the fact that the variation in the signal of the sensor meets certain pre-established requirements.
a) Descripción preferida de Ia invención con Ia configuración con un solo sensor de presión en el distribuidora) Preferred description of the invention with the configuration with a single pressure sensor in the distributor
En el figura 8 se representa el algoritmo de funcionamiento del equipo cuya configuración se recoge en Ia figura 1 y que sólo dispone de un sensor de presión ubicado en el distribuidor (2). Debido a que en esta configuración no se dispone de un sensor de presión en Ia, al menos una, celda de muestra (4), las medidas de Ia presión en esta celda debe realizarse con el sensor de presión (1) ubicado en el distribuidor (2), teniéndose que mantener Ia válvula (3) abierta. Fijándose en Ia figura 1 y en el diagrama de flujo del figura 8, Ia operación del sistema empieza termostatizando el distribuidor (2) a una temperatura preestablecida, indicado por el cuadro (30) del figura 8, seguido del calibrado del distribuidor (2), si es necesario, indicado por el cuadro (31 ) del figura 8. En esta configuración el volumen del distribuidor (VD) se conoce previamente. Antes de comenzar el análisis se introduce Ia muestra o muestras a analizar en Ia, al menos una, celda de muestra (4), indicado por el cuadro (32) del figura 8. Se hace vacío hasta un nivel preestablecido y durante un tiempo preestablecido en Ia, al menos una, celda de muestra (4), actuando sobre las válvulas (3) y (8) y/o (7) y, si se considera necesario, es posible calentar a una temperatura mayor que Ia de análisis Ia, al menos una, celda de muestra (4) para eliminar de su superficie posibles especies sorbidas. Una vez terminado este proceso se deja que Ia, al menos una, celda de muestra (4) alcance Ia temperatura ambiente. Una vez preparada Ia muestra o muestras a analizar y, con todo el sistema en un nivel de vacío preestablecido, se procede a calcular el volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4) y su temperatura efectiva, indicado por el cuadro (33) del figura 8.Figure 8 shows the algorithm of operation of the equipment whose configuration is shown in Figure 1 and which only has a pressure sensor located in the distributor (2). Because in this configuration a pressure sensor is not available in the at least one sample cell (4), the measurements of the pressure in this cell must be made with the pressure sensor (1) located in the distributor (2), having to keep the valve (3) open. Looking at figure 1 and the flow chart of figure 8, the operation of the system begins by thermostating the distributor (2) at a pre-established temperature, indicated by the table (30) of figure 8, followed by the distributor calibration (2) , if necessary, indicated by the table (31) of figure 8. In this configuration the volume of the distributor (V D ) is previously known. Before starting the analysis, the sample or samples to be analyzed are introduced into the at least one sample cell (4), indicated by the table (32) of Figure 8. It is emptied to a pre-established level and for a pre-established time. in Ia, at least one, sample cell (4), acting on the valves (3) and (8) and / or (7) and, if deemed necessary, it is possible to heat to a temperature greater than that of the analysis Ia At least one sample cell (4) to remove possible sipped species from its surface. Once this process is finished, at least one sample cell (4) is allowed to reach room temperature. Once the sample or samples to be analyzed have been prepared and, with the entire system at a pre-established vacuum level, the volume of Ia is calculated, at minus one, sample cell (4) and its effective temperature, indicated by the table (33) in figure 8.
En primer lugar, se termostatiza Ia parte de Ia, al menos una, celda de muestra (4) que contenga Ia muestra a una temperatura a Ia cual el gas de calibrado utilizado no sea retenido de forma significativa por Ia muestra. Aunque el gas utilizado para realizar esta medición puede ser cualquier gas que cumpla Ia condición antes mencionada, se recomienda el uso de helio. A continuación, se calcula el volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4). Se presuriza el distribuidor (2) con una determinada cantidad de gas de calibrado, actuando sobre las válvulas correspondientes, y cuando Ia presión medida por el sensor (1) es estable se registra Ia medida de éste y Ia temperatura del conjunto (13) medida mediante el sensor (12) (P1 y Ti, respectivamente); seguidamente se abre Ia válvula (3) y se registra Ia medida del sensor (1 ) cuando es estable (P2); se cierra Ia válvula (3) y se registra Ia medida del sensor (1) cuando es estable y Ia temperatura del conjunto (13) medida mediante el sensor (12) (P3 y T3, respectivamente). Se hace vacío en el distribuidor (2) actuando sobre las válvulas (5) y (8) y/o (7) de Ia línea de vacío hasta un determinado nivel de vacío y se repite este procedimiento para cada una de las celdas de muestra (4) de las que disponga el equipo y que contengan muestra a analizar.First, the part of the at least one sample cell (4) containing the sample at a temperature at which the calibration gas used is not significantly retained by the sample is thermostatized. Although the gas used to perform this measurement can be any gas that meets the aforementioned condition, the use of helium is recommended. Next, the volume of the at least one sample cell (4) is calculated. The distributor (2) is pressurized with a certain amount of calibration gas, acting on the corresponding valves, and when the pressure measured by the sensor (1) is stable, its measurement and the temperature of the measured assembly (13) are recorded. by the sensor (12) (P 1 and Ti, respectively); the valve (3) is then opened and the sensor measurement (1) is recorded when it is stable (P2); the valve (3) is closed and the sensor measurement (1) is recorded when it is stable and the temperature of the assembly (13) measured by the sensor (12) (P 3 and T 3 , respectively). Vacuum is made in the distributor (2) acting on the valves (5) and (8) and / or (7) of the vacuum line up to a certain vacuum level and this procedure is repeated for each of the sample cells (4) available to the team and containing sample to analyze.
El volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4) puede ser calculado por las siguientes ecuaciones, que se derivan de Ia ecuación de gas real;The volume of the at least one sample cell (4) can be calculated by the following equations, which are derived from the real gas equation;
PV nx = J^- (2)PV n x = J ^ - (2)
1 ZxRTx ' donde, ni son los moles de gas presentes inicialmente en el distribuidor (2), V0 es el volumen del distribuidor (2), Zi es el factor de compresibilidad del gas a Pi y T-i, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real;
Figure imgf000019_0001
donde, n2 son los moles de gas presentes en el conjunto distribuidor (2) y celda de muestra (4) una vez que se ha abierto Ia válvula (3), Vc es el volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4), Tx es Ia temperatura a Ia que se encuentra el conjunto distribuidor (2) y Ia celda de muestra (4), que se está calibrando, y que no puede ser medida experimentalmente, Z2 es el factor de compresibilidad del gas a P2 y Tx, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real;
1 Z x RT x 'where, neither are the moles of gas initially present in the distributor (2), V 0 is the volume of the distributor (2), Zi is the compressibility factor of the gas to Pi and Ti, which can be calculated through a real gas state equation;
Figure imgf000019_0001
where, n 2 are the moles of gas present in the distributor assembly (2) and sample cell (4) once the valve (3) has been opened, Vc is the volume of the at least one sample cell (4), Tx is the temperature at which the distributor assembly (2) is located and the sample cell (4), which is being calibrated, and which cannot be measured experimentally, Z 2 is the gas compressibility factor at P2 and T x , which can be calculated through a real gas state equation;
P v Z2RTx donde, n4 son los moles de gas presentes en el distribuidor (2) cuando está abierta Ia válvula (3), Z2 es el factor de compresibilidad del gas a P2 y Tx, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real;P v Z 2 RT x where, n 4 are the moles of gas present in the distributor (2) when the valve (3) is open, Z 2 is the compressibility factor of the gas at P 2 and Tx, which can be calculated through a real gas state equation;
P V n, = -^- (5)P V n, = - ^ - (5)
donde, n3 son los moles de gas presentes en el distribuidor (2) después de haber puesto en comunicación éste con Ia, al menos una, celda de muestra (4) y cerrado Ia válvula (3) y Z3 es el factor de compresibilidad del gas a P3 y T3, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real; Teniendo en cuenta que n3 = n4 se puede obtener el valor de Tx mediante Ia siguiente expresión:where, n 3 are the moles of gas present in the distributor (2) after having put this into communication with the at least one, sample cell (4) and closed the valve (3) and Z 3 is the factor of gas compressibility at P 3 and T 3 , which can be calculated through a real gas state equation; Taking into account that n 3 = n 4 , the value of T x can be obtained by means of the following expression:
Tx = T3 ^- (6)T x = T 3 ^ - (6)
* 3Z2* 3 Z 2
Debido a que Z2 es función de Tx, ésta se calcula resolviendo Ia ecuación anterior mediante un método iterativo. Teniendo en cuenta que:Because Z 2 is a function of T x , this is calculated by solving the previous equation by an iterative method. Taking into account that:
«1 = «2 (7) Substituyendo (2), (3) y (6) en (7) y reorganizando, se obtiene:«1 =« 2 ( 7 ) Substituting (2), (3) and (6) into (7) and reorganizing, you get:
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
Obteniéndose el volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4). Para eliminar los posibles errores experimentales que se pudieran haber cometido así como los derivados de Ia no exactitud de Ia ecuación de estado utilizada en los cálculos es conveniente repetir esta medición varias veces, partiendo desde cualquier presión inicial en Ia, al menos una, celda de muestra (4) y escogiendo un promedio de estos volúmenes calculados como valor definitivo.Obtaining the volume of Ia, at least one, sample cell (4). In order to eliminate the possible experimental errors that could have been committed as well as those derived from the non-accuracy of the state equation used in the calculations, it is convenient to repeat this measurement several times, starting from any initial pressure in the at least one cell of sample (4) and choosing an average of these volumes calculated as definitive value.
A continuación se calcula Ia temperatura efectiva del conjunto formado por el distribuidor (2) y Ia, al menos una, celda de muestra (4), que a partir de ahora denominaremos "conjunto". Se introduce una determinada presión de gas en el distribuidor (2) y en Ia celda de muestra (4), actuando sobre Ia válvula (10) de Ia línea de gas de calibrado y abriendo Ia válvula (3), se registra Ia medida del sensor (1 ) cuando es estable (Psi)- A continuación se termostatiza Ia parte de Ia celda que contiene Ia muestra a Ia temperatura de análisis y se registra Ia medida del sensor (1 ) cuando es estable (Ps2)-Next, the effective temperature of the assembly formed by the distributor (2) and Ia, at least one, sample cell (4), which we will now call "assembly", is calculated. A certain gas pressure is introduced in the distributor (2) and in the sample cell (4), acting on the valve (10) of the calibration gas line and opening the valve (3), the measurement of the sensor (1) when it is stable (Psi) - Then the part of the cell containing the sample is thermostatized at the analysis temperature and the sensor measurement (1) is recorded when it is stable (Ps2) -
Los moles de gas de calibrado presentes en el conjunto inicialmente (nsi) se pueden calcular mediante:The moles of calibration gas present in the assembly initially (nsi) can be calculated by:
" " Z1IiT1 (9) donde, Tx es Ia temperatura obtenida por Ia ecuación (6) y Zi es el factor de compresibilidad del gas de calibrado calculado con una ecuación de estado de gas real a PSi y Tx."" Z 1 IiT 1 (9) where, T x is the temperature obtained by equation (6) and Zi is the compressibility factor of the calibration gas calculated with an equation of real gas state at P S i and T x .
Los moles de gas de calibrado que no están sorbidos después de llevar Ia, al menos una, celda de muestra (4) a Ia temperatura de análisis (ns2) se calculan mediante:The moles of calibration gas that are not absorbed after bringing at least one sample cell (4) to the analysis temperature (ns2) are calculated by:
nS2 = Ps^Vc + V^ (10)n S2 = Ps ^ Vc + V ^ (10)
52 Z2RTE donde, TE es Ia Temperatura Efectiva del conjunto y Z2 es el factor de compresibilidad del gas de calibrado calculado con una ecuación de estado de gas real a Ps2 y TE. Los moles de gas de calibrado sorbidos se pueden obtener mediante nadsl = n - nS2 (11 ) donde, nadsi es Ia cantidad de gas de calibrado retenida por Ia muestra. Se cierra Ia válvula (3) y se presuriza el distribuidor (2) a una determinada presión con el gas de calibrado actuando sobre Ia válvula (10) y se registra Ia medida del sensor (1 ) cuando es estable (Pmi) y Ia medida del sensor (12) (Tmi), los moles de gas de calibrado en el distribuidor (2) (nm1) se obtienen mediante P V ».. = -^- (12) donde, Z3 es el factor de compresibilidad del gas a Pmi y Tm1, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real. Ahora, se abre Ia válvula (3) y se registran Ia medida del sensor (1 ) cuando es estable (Ps3). Los moles de gas de calibrado libres en el conjunto (ns3):
Figure imgf000022_0001
52 Z 2 RT E where, T E is the Effective Temperature of the set and Z 2 is the compressibility factor of the calibration gas calculated with a real gas state equation at Ps 2 and T E. The moles of sorbed calibration gas can be obtained by n adsl = n - n S2 (11) where, n ad if it is the amount of calibration gas retained by the sample. The valve (3) is closed and the distributor (2) is pressurized at a certain pressure with the calibration gas acting on the valve (10) and the sensor measurement (1) is recorded when it is stable (P m i) and The measurement of the sensor (12) (T m i), the moles of calibration gas in the distributor (2) (n m1 ) are obtained by PV ».. = - ^ - (12) where, Z 3 is the compressibility factor of the gas at P m i and T m1 , which can be calculated through a real gas state equation. Now, the valve (3) is opened and the sensor measurement (1) is recorded when it is stable (Ps 3 ). The moles of free calibration gas in the set (ns 3 ):
Figure imgf000022_0001
La cantidad de gas de calibrado retenidos por Ia muestra en esta nueva etapaThe amount of calibration gas retained by the sample in this new stage
(nads2) se puede expresar como: y nads2 = ns2 v lv + nml - nS3 (14)(n a ds2) can be expressed as: yn ad s 2 = n s 2 v l v + n ml - n S3 (14)
"c + " D Para obtener Ia temperatura efectiva (TE) del conjunto es necesario resolver las ecuaciones 9-14. Debido a que este sistema de ecuaciones es indeterminado, se introduce Ia suposición de que Ia sorción del gas de calibrado por Ia muestra a Ia temperatura de análisis se rige por una ecuación que describe una isoterma de sorción, como por ejemplo, por Ia ley de Henry (esto es: Ia cantidad de gas sorbido es proporcional a Ia presión), consiguiéndose que estas ecuaciones puedan ser resueltas."c +" D To obtain the effective temperature (T E ) of the set it is necessary to solve equations 9-14. Because this system of equations is undetermined, the assumption is introduced that the sorption of the gas calibrated by the sample at the analysis temperature is governed by an equation that describes an isotherm of sorption, as for example, by the law of Henry (that is: the amount of sorbed gas is proportional to the pressure), achieving that these equations can be solved.
La suposición introducida es cierta si las presiones Ps2 y Ps3 quedan dentro de Ia parte de Ia isoterma de sorción del gas de calibrado en Ia que se cumple Ia ley de Henry. En el caso de utilizar otra ecuación para relacionar Ia cantidad de gas de calibrado sorbido en función de Ia presión habrá que comprobar que las medidas realizadas en este paso efectivamente cumplan con Ia suposición realizada. Teniendo en cuenta esto se puede escribir: nads = K - P (15) donde, nads es Ia cantidad de gas de calibrado retenida por Ia muestra , P es Ia presión en Ia, al menos una , celda de muestra (4) y K es una constante. De esta ecuación se derivaIntroduced the assumption is true if the PS2 and PS 3 pressures are within Ia of Ia sorption isotherm calibrated gas whereto the law met Henry. In the case of using another equation to relate the amount of sorbe calibrated gas according to the pressure, it will be necessary to verify that the measurements made in this step effectively comply with the assumption made. Taking this into account, you can write: n ads = K - P (15) where, n ad s is the amount of calibration gas retained by the sample, P is the pressure in the at least one sample cell (4 ) and K is a constant. This equation is derived
nadsX = K - PS2 (16)
Figure imgf000023_0001
n adsX = K - P S2 (16)
Figure imgf000023_0001
Sustituyendo (10) en (11 ) se obtieneSubstituting (10) in (11) you get
Figure imgf000023_0002
Figure imgf000023_0002
sustituyendo (10), (12) y (13) en (14) se obtiene: p y p y p (Y + γ \substituting (10), (12) and (13) in (14) you get: pypyp (Y + γ \
_ rS2v C . rmV D rS3 V C ^ y D / C\ Q) ads2 Z2RTE Z3RT1n Z4RTE _ r S2 v C. r mV D r S3 VC ^ and D / C \ Q) a ds2 Z 2 RT E Z 3 RT 1n Z 4 RT E
el sistema de ecuaciones formado por (16), (17), (18) y (19) forman un sistema de ecuaciones determinado, cuya solución esthe system of equations formed by (16), (17), (18) and (19) form a given system of equations, whose solution is
P r PS2 Vr D rS3 (VYD + +rVC/A j 7__J y_]_ P r PS2 V r D rS3 (V Y D + + r V C / A j 7 __J y _] _
Tε V ^Z2' Z -"4 J Z' = 0 (20)T ε V ^ Z 2 ' Z - "4 J Z ' = 0 (20)
debido a que Z2 y Z4 son función de TE, es necesario utilizar un método iterativo para obtener Ia temperatura efectiva del conjunto (TE) que queda registrada y accesible por el procesador para cuando sea necesario. Este proceso se realiza en todas las celdas de muestra (4) de las que disponga el sistema y que contengan muestra a analizar.Because Z 2 and Z 4 are a function of TE, it is necessary to use an iterative method to obtain the effective set temperature (TE) that is recorded and accessible by the processor for when necessary. This process is carried out in all the sample cells (4) available to the system and that contain sample to be analyzed.
A continuación se procede a hacer vacío en el conjunto como se muestra en el cuadro (34) del figura 8, para Io cual se actúa sobre las válvulas (3), (5) y (7) y/o (8) hasta alcanzar un determinado vacío, cerrándose todas estas válvulas. Se comprueba si se ha alcanzado Ia condición de fin (cuadro (35) del figura 8), en el caso de que no se haya alcanzado tal condición se presuriza el distribuidor (2), representado en el cuadro (36) del figura 8, con una determinada presión de gas de análisis, actuando sobre Ia válvula (10) (figura 1). Se debe disponer de una fuente de gas de análisis con presión mayor que Ia máxima requerida para el análisis. Se registra Ia medida del sensor (1) cuando es estable y del sensor (12). A continuación se abre Ia válvula (3) (cuadro (37) del figura 8). La celda pasa al estado "no libre" (cuadro (38) del figura 8), el equipo queda esperando a que se cumpla Ia condición preestablecida de equilibrio de sorción (cuadro (39) del figura 8). Cuando Ia celda de muestra (4) en estado "no libre" cumple Ia condición preestablecida de equilibrio de sorción, se registra Ia medida del sensor (1 ) (cuadro (40) del figura 8) y pasa al estado de "libre" (cuadro (41) del figura 8). Con los valores registrados se calcula Ia cantidad sorbida resolviendo los correspondientes balances de materia utilizando una ecuación de estado de gas real en esta celda de muestra (4).Next, the assembly is emptied as shown in the table (34) of figure 8, for which the valves (3), (5) and (7) and / or (8) are operated until reaching a certain vacuum, closing all these valves. It is checked if the end condition has been reached (table (35) of figure 8), in the event that such condition has not been reached, the distributor (2), represented in table (36) of figure 8, is pressurized, with a certain gas pressure analysis, acting on the valve (10) (figure 1). A source of analysis gas with a pressure greater than the maximum required for the analysis must be available. The measurement of the sensor (1) is recorded when it is stable and of the sensor (12). Next, the valve (3) is opened (frame (37) of figure 8). The cell goes to the "not free" state (table (38) of figure 8), the device waits for that the pre-established condition of sorption balance is fulfilled (table (39) of figure 8). When the sample cell (4) in the "non-free" state fulfills the pre-established condition of sorption equilibrium, the measurement of the sensor (1) (table (40) in Figure 8) is recorded and goes to the "free" state ( table (41) of figure 8). With the recorded values, the amount absorbed is calculated by solving the corresponding material balances using a real gas state equation in this sample cell (4).
Este proceso se repite en todas las celdas de muestra (4) que contengan muestra a analizar hasta que se alcance Ia condición de fin (cuadro (35) del figura 8) en todas ellas.This process is repeated in all the sample cells (4) that contain the sample to be analyzed until the end condition (table (35) of Figure 8) is reached in all of them.
La condición de fin representada en el cuadro (35) del figura 8 puede ser definida por el usuario según convenga, aunque normalmente suele ser definida como una determinada presión de equilibrio máxima en cada una de las celdas de muestra (4). Cuando se cumple Ia condición de fin en todas las celdas de muestra (4) que contienen muestra a analizar el análisis finaliza (cuadro (42) del figura 8).The end condition represented in the table (35) of Figure 8 can be defined by the user as appropriate, although it is usually defined as a certain maximum equilibrium pressure in each of the sample cells (4). When the end condition is fulfilled in all the sample cells (4) that contain the sample to be analyzed, the analysis ends (Table (42) of Figure 8).
El sistema representado en Ia figura 1 está optimizado para un equipo que dispone de una sola celda de muestra (4), dilatándose mucho más el tiempo de ejecución de análisis cuando hay más de una celda de muestra (4) comparado con el equipo esquematizado en Ia figura 2, que dispone de sensor de presión (14) en Ia, al menos una, celda de muestra (4).The system shown in Figure 1 is optimized for a device that has a single sample cell (4), the analysis execution time being much more extended when there is more than one sample cell (4) compared to the equipment schematized in Figure 2, which has a pressure sensor (14) in Ia, at least one, sample cell (4).
b) Descripción preferida de Ia invención con Ia configuración con sensor de presión en el distribuidor y en Ia, al menos una, celda de muestra. En Ia figura 2 se representa una configuración del equipo con los componentes mínimos que se diferencia de Ia mostrada en Ia figura 1 en que dispone de sensor de presión (14) en Ia, al menos una, celda de muestra (4). El algoritmo de funcionamiento del equipo representado en Ia figura 2 se recoge en el figura 9. Fijándose en Ia figura 2 y en el diagrama de flujo del figura 9, Ia operación del sistema empieza, al igual que para el equipo presentado en Ia figura 1 , termostatizando el distribuidor (2) a una temperatura preestablecida, indicado por el cuadro (50) del figura 9, seguido del calibrado del distribuidor (2), si es necesario, indicado por el cuadro (51) del figura 9. En esta configuración el volumen del distribuidor (V0) se conoce previamente.b) Preferred description of the invention with the configuration with pressure sensor in the distributor and in the at least one sample cell. Figure 2 shows a configuration of the equipment with the minimum components that differs from that shown in Figure 1 in that it has a pressure sensor (14) in Ia, at least one, sample cell (4). The operation algorithm of the equipment represented in Figure 2 is shown in Figure 9. Looking at Figure 2 and in the flow chart of Figure 9, the operation of the system begins, as for the equipment presented in Figure 1 , thermostatizing the distributor (2) at a preset temperature, indicated by the table (50) in figure 9, followed by the distributor calibration (2), if necessary, indicated by the table (51) of figure 9. In this configuration the volume of the distributor (V 0 ) is previously known.
Se introduce Ia muestra o muestras a analizar en Ia, al menos una, celda de muestra (4), (cuadro (52) del figura 9) y se preparan actuando de manera idéntica a Ia descrita anteriormente para el sistema de Ia figura 1.The sample or samples to be analyzed are introduced in Ia, at least one, sample cell (4), (table (52) of Figure 9) and are prepared acting in an identical manner to that described above for the system of Figure 1.
A continuación se procede a calcular el volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4) y su temperatura efectiva, indicado por el cuadro (53) del figura 9. Se termostatiza una parte de Ia, al menos una, celda de muestra (4) que contenga Ia muestra a una temperatura a Ia cual el gas de calibrado utilizado no sea adsorbido de forma significativa por Ia muestra. Aunque el gas utilizado para realizar esta medición puede ser cualquier gas que cumpla Ia condición antes mencionada, se recomienda el uso de helioNext, the volume of the at least one sample cell (4) and its effective temperature is calculated, indicated by the table (53) of figure 9. A part of the at least one cell of the thermostat is thermostatized. sample (4) containing the sample at a temperature at which the calibration gas used is not adsorbed significantly by the sample. Although the gas used to perform this measurement can be any gas that meets the aforementioned condition, the use of helium is recommended
A continuación, se cierran las válvulas que estuvieran abiertas, se abre Ia válvula (3) de una de las, al menos una, celdas de muestra (4) y se presuriza con gas de calibrado hasta una presión preestablecida actuando sobre Ia válvula (10). Se registra Ia medida del sensor (1) (PA) cuando es estable. A continuación se cierra Ia válvula (3) y se registra Ia medida del sensor (1 ) (PB) cuando es estable y Ia medida del sensor (12) (TB) y Ia del sensor (14) (Pc) cuando es estable.
Figure imgf000025_0001
donde, nA son los moles de gas presentes en el conjunto distribuidor (2) y celda de muestra (4), Vc es el volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4), Tx es Ia temperatura a Ia que se encuentra el conjunto distribuidor (2) y Ia celda de muestra (4), que no puede ser medida experimentalmente, Zi es el factor de compresibilidad del gas a PA y Tx, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real y R es Ia constante universal de los gases;
Figure imgf000025_0002
donde, nB son los moles de gas presentes en el distribuidor 2 cuando se cierra Ia válvula (3), Z2 es el factor de compresibilidad del gas a PB y TB, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real; P V nc = cVc (23)
Next, the valves that were open are closed, the valve (3) of one of the at least one of the sample cells (4) is opened and it is pressurized with calibration gas to a preset pressure acting on the valve (10 ). The measurement of the sensor (1) (P A ) is recorded when it is stable. Then the valve (3) is closed and the measurement of the sensor (1) (P B ) is recorded when it is stable and the measurement of the sensor (12) (TB) and the measurement of the sensor (14) (Pc) when it is stable .
Figure imgf000025_0001
where, n A are the moles of gas present in the distributor set (2) and sample cell (4), Vc is the volume of the at least one sample cell (4), Tx is the temperature at which there is the distributor set (2) and the sample cell (4), which cannot be measured experimentally, Zi is the compressibility factor of the gas at PA and T x , which can be calculated through a state equation of real gas and R is the universal gas constant;
Figure imgf000025_0002
where, n B are the moles of gas present in the distributor 2 when the valve (3) is closed, Z 2 is the compressibility factor of the gas at PB and T B , which can be calculated through a state equation of real gas; PV n c = cVc (23)
donde, nc son los moles de gas presentes en Ia celda de muestra (4) después de haber cerrado Ia válvula (3), Tamb es Ia temperatura a Ia que se encuentra Ia celda de muestra (4), que no puede ser medida experimentalmente y Z3 es el factor de compresibilidad del gas a Pc y Tamb, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real; Teniendo en cuenta que:where, nc are the moles of gas present in the sample cell (4) after closing the valve (3), T am b is the temperature at which the sample cell (4) is located, which cannot be measured experimentally and Z 3 is the compressibility factor of the gas at P c and T at m b , which can be calculated through a real gas state equation; Taking into account that:
nA V° = nB (24)n A V ° = n B (24)
VD + VC B
Figure imgf000026_0001
Se puede obtener el valor de Tamb mediante Ia siguiente expresión:
V D + V C B
Figure imgf000026_0001
The value of T amb can be obtained by means of the following expression:
Tamb = TB ~r (26)T amb = T B ~ r (26)
Debido a que Z3 es función de Tamb Ia ecuación anterior se resuelve por un método iterativo.Because Z 3 is a function of T amb, the previous equation is solved by an iterative method.
A continuación, se calcula el volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4) a Tamb> a Ia que se sabe que el sólido no es capaz de retener el gas de calibrado. Se presuriza el distribuidor (2) con una determinada cantidad de gas de calibrado, actuando sobre Ia válvula (10), y cuando Ia presión medida por el sensor (1) es estable se registra Ia medida de éste y Ia temperatura del conjunto (13) medida mediante el sensor (12) (Pi y T1, respectivamente); se registra Ia medida del sensor (14) cuando es estable (P2); seguidamente se abre Ia válvula (3) y después de un tiempo predeterminado se vuelve a cerrar; cuando, tanto Ia presión medida por el sensor (1), como Ia presión medida por el sensor (14) son estables, se registran Ia medida del sensor (1) y Ia temperatura del conjunto (13) medida mediante el sensor (12) (P3 y T3, respectivamente), así como Ia medida del sensor (14) (P4) de Ia, al menos una, celda de muestra (4). Este procedimiento se repite para cada una de las celdas de muestra (4) de las que disponga el equipo y que contengan muestra a analizar. El volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4) puede ser calculado por las siguientes ecuaciones, que se derivan de Ia ecuación de gas real;Next, the volume of the at least one sample cell (4) at T a m b> is calculated to which it is known that the solid is not able to retain the calibration gas. The distributor (2) is pressurized with a certain amount of calibration gas, acting on the valve (10), and when the pressure measured by the sensor (1) is stable, its measurement and the temperature of the assembly (13) are recorded. ) measured by the sensor (12) (Pi and T 1 , respectively); the measurement of the sensor (14) is recorded when it is stable (P 2 ); then the valve (3) is opened and after a predetermined time it is closed again; when, both the pressure measured by the sensor (1), and the pressure measured by the sensor (14) are stable, the measurement of the sensor (1) and the temperature of the assembly (13) measured by the sensor (12) are recorded. (P 3 and T 3 , respectively), as well as the measurement of the sensor (14) (P4) of the at least one sample cell (4). This procedure is repeated for each of the sample cells (4) available to the team and containing sample to be analyzed. The volume of the at least one sample cell (4) can be calculated by the following equations, which are derived from the real gas equation;
PV nx = -^^- (27)PV n x = - ^^ - (27)
donde, ni son los moles de gas presentes inicialmente en el distribuidor (2), V0 es el volumen del distribuidor (2), Zi es el factor de compresibilidad del gas a Pi y T1, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real; p v n2 = 2 C (28)where, neither are the moles of gas initially present in the distributor (2), V 0 is the volume of the distributor (2), Zi is the compressibility factor of the gas at Pi and T 1 , which can be calculated through a real gas state equation; pvn 2 = 2 C (28)
Z2RTamb donde, n2 son los moles de gas presentes inicialmente en Ia, al menos una, celda de muestra (4), Vc es el volumen de Ia1 al menos una, celda de muestra (4), Z2 es el factor de compresibilidad del gas a P2 y Tamb, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real y R es Ia constante universal de los gases;Z 2 RT amb where, n2 are the moles of gas initially present in Ia, at least one, sample cell (4), V c is the volume of the 1 at least one, sample cell (4), Z 2 is the compressibility factor of the gas at P 2 and T amb , which can be calculated through a real gas state equation and R is the universal gas constant;
P V U1 = -^- (29)PVU 1 = - ^ - (29)
3 Z,RT, donde, n3 son los moles de gas presentes en el distribuidor (2) después de haber puesto en comunicación éste con Ia, al menos una, celda de muestra (4) y Z3 es el factor de compresibilidad del gas a P3 y T3, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real; p v 3 Z, RT, where, n 3 are the moles of gas present in the distributor (2) after having put this into communication with the at least one sample cell (4) and Z 3 is the compressibility factor of the gas at P 3 and T 3 , which can be calculated through a real gas state equation; pv
Al4 = ^C (30)At 4 = ^ C (30)
4 Z4RTamb donde, n4 son los moles de gas presentes en Ia, al menos una, celda de muestra (4) después de haber puesto en comunicación ésta con el distribuidor (2) y Z4 es el factor de compresibilidad del gas a P4 y Tamb, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real. Mediante un balance de materia se obtiene: nx + n2 = «3 +n4 (31 ) Substituyendo (27), (28), (29) y (30) en (31 ) y reorganizando, se obtiene:
Figure imgf000028_0001
4 Z 4 RT amb where, n 4 are the moles of gas present in the at least one sample cell (4) after having put this in communication with the distributor (2) and Z 4 is the compressibility factor of the gas at P 4 and T a m b , which can be calculated through a real gas state equation. By means of a material balance, you get: n x + n 2 = « 3 + n 4 (31) Substituting (27), (28), (29) and (30) into (31) and reorganizing, you get:
Figure imgf000028_0001
Obteniéndose el volumen de Ia, al menos una, celda de muestra (4). Para eliminar los posibles errores experimentales que se pudieran haber cometido, así como los derivados de Ia no exactitud de Ia ecuación de estado utilizada en los cálculos es conveniente repetir esta medición varias veces, partiendo desde cualquier presión inicial en Ia, al menos una, celda de muestra (4) y escogiendo un promedio de estos volúmenes calculados como valor definitivo. A continuación, se calcula Ia temperatura efectiva de Ia, al menos una, celda de muestra (4) para Io que se introduce en ésta una determinada presión de gas de calibrado, actuando sobre Ia válvula (10) y abriendo Ia válvula (3), que se cierra cuando se alcance dicha presión y se registra Ia medida del sensor (14) cuando es estable (Peí)- A continuación se termostatiza Ia parte de Ia celda que contiene Ia muestra de Ia, al menos una, celda de muestra (4) a Ia temperatura de análisis y se registra Ia medida del sensor (14) cuando es estable (Pc2)-Obtaining the volume of Ia, at least one, sample cell (4). To eliminate the possible experimental errors that could have been committed, as well as those derived from the non-accuracy of the state equation used in the calculations, it is convenient to repeat this measurement several times, starting from any initial pressure in the at least one cell of sample (4) and choosing an average of these volumes calculated as definitive value. Next, the effective temperature of the at least one sample cell (4) is calculated for which a certain calibration gas pressure is introduced into it, acting on the valve (10) and opening the valve (3) , which closes when said pressure is reached and the measurement of the sensor (14) is recorded when it is stable (Peí) - Then the part of the cell containing the sample of the at least one sample cell is thermostatized. 4) at the analysis temperature and the sensor measurement (14) is recorded when it is stable (Pc 2 ) -
Los moles de gas de calibrado presentes inicialmente en Ia, al menos una, celda de muestra (4) (nc-i) se pueden calcular mediante: _W P Vc_ (33) zλRTamb donde, Z^ es el factor de compresibilidad del gas de calibrado calculado con una ecuación de estado de gas real a Pa y Tamb.The moles of calibration gas initially present in Ia, at least one, sample cell (4) (nc-i) can be calculated by: _W P Vc_ (33) z λ RT amb where, Z ^ is the compressibility factor of the calibration gas calculated with a real gas state equation at Pa and T amb .
Los moles de gas de calibrado que no están sorbidos después de llevar Ia, al menos una, celda de muestra (4) a Ia temperatura de análisis (nC2) se calculan mediante:
Figure imgf000028_0002
donde, TE es Ia Temperatura Efectiva de Ia, al menos una, de celda de muestra (4) y Z2 es el factor de compresibilidad del gas de calibrado calculado con una ecuación de estado de gas real a Pc2 y TE. Los moles de gas de calibrado sorbidos en Ia, al menos una, celda de muestra (4) se pueden obtener mediante
The moles of calibration gas that are not absorbed after bringing the at least one sample cell (4) to the analysis temperature (n C 2) are calculated by:
Figure imgf000028_0002
where, T E is the Effective Temperature of the at least one of the sample cell (4) and Z 2 is the compressibility factor of the calibrated gas calculated with a real gas state equation at Pc2 and T E. The moles of calibration gas absorbed in the at least one sample cell (4) can be obtained by
«Oώl = «Cl - «C2 (35) donde, nadsi es Ia cantidad de gas de calibrado retenida por Ia muestra. A continuación se presuriza el distribuidor (2) a una determinada presión con el gas de calibrado actuando sobre Ia válvula (10) y se registra Ia medida del sensor (1) cuando es estable (Pmi) y Ia medida del sensor (12) (Tmi), los moles de gas de calibrado en el distribuidor (2) (nmi) se obtienen mediante« O ώl =« Cl - «C2 (35) where, n ads i is the amount of calibration gas retained by the sample. The distributor (2) is then pressurized at a certain pressure with the calibration gas acting on the valve (10) and the sensor measurement (1) is recorded when it is stable (P m i) and the sensor measurement (12 ) (T m i), the moles of calibration gas in the distributor (2) (n m i) are obtained by
P V n = mλ D (36)PV n = mλ D (36)
Z3KIm\ donde, Z3 es el factor de compresibilidad del gas a Pmi y Tmi, que puede ser calculado a través de una ecuación de estado de gas real. Ahora, se abre Ia válvula (3) y se cierra después de un determinado tiempo. Se registran Ia medida del sensor (1) cuando es estable (Pm2) y Ia medida del sensor (12) (Tm2) así como Ia medida del sensor (14) cuando es estable (Pc3)- Los moles de gas de calibrado en el distribuidor (nm2) y en Ia, al menos una, celda de muestra (4) (nc3) se obtienen mediante las siguientes ecuaciones: Z 3 KI m \ where, Z 3 is the compressibility factor of the gas at P m i and T m i, which can be calculated through a real gas state equation. Now, the valve (3) is opened and closed after a certain time. The measurement of the sensor (1) is recorded when it is stable (P m2 ) and the measurement of the sensor (12) (T m2 ) as well as the measurement of the sensor (14) when it is stable (Pc 3 ) - The moles of gas calibrated in the distributor (n m2 ) and in Ia, at least one, sample cell (4) (nc 3 ) are obtained by the following equations:
"„2 = ——- (37)"„ 2 = ——- (37)
Z4RTn m2Z 4 RT n m2
P VP V
»C3 = ~~ (38)»C3 = ~~ (38)
" Z5RTE "Z 5 RT E
La cantidad de gas de calibrado retenidos por Ia muestra en esta nueva etapa (nads2) se puede expresar como: nads2 = nC2 + "mi ~ "m2 ~ »C3 (39)The amount of calibration gas retained by the sample in this new stage (n ad s2) can be expressed as: nads2 = n C2 + "mi ~" m2 ~ »C3 (39)
Para obtener Ia temperatura efectiva (TE) de Ia, al menos una, celda de muestra (4), es necesario resolver las ecuaciones 33-39. Debido a que este sistema de ecuaciones es indeterminado, al igual que para el equipo representado en Ia figura 1 , se introduce Ia misma suposición (Ia sorción del gas de calibrado por Ia muestra a Ia temperatura de análisis se rige por una ecuación que describe una isoterma de sorción, como por ejemplo, por Ia ley de Henry) y siguiendo un razonamiento análogo se obtiene que:To obtain the effective temperature (TE) of Ia, at least one, sample cell (4), it is necessary to solve equations 33-39. Because this system of equations is undetermined, as for the equipment represented in Figure 1, the same assumption is introduced (the sorption of the gas calibrated by the sample at the analysis temperature is governed by an equation that describes a isotherm of sorption, as for example, by Henry's law) and following an analogous reasoning it is obtained that:
«„*, = K - P02 (40) nads2 = K - (PCi - PC2) (41 ) sustituyendo (34) en (35) se obtiene«„ *, = K - P 02 (40) n ads2 = K - (P Ci - P C2 ) (41) substituting (34) in (35) you get
«flώl = «α -^#- (42) sustituyendo (34), (36), (37) y (38) en (39) se obtiene:« Flώl =« α - ^ # - (42) substituting (34), (36), (37) and (38) in (39) you get:
_ I P C2Vr C , Á P mVV D _ λ P m2Vv D _ * P C3Vr C (42λ adsl Z2RTE Z3RTml Z4RTm2 Z5RTE _ I P C2V r C, Á P mVV D _ λ P m2V v D _ * P C3V r C (42λ to dsl Z 2 RT E Z 3 RT ml Z 4 RT m2 Z 5 RT E
el sistema de ecuaciones formado por (40), (41 ), (42) y (43) forman un sistema de ecuaciones determinado, cuya solución esthe system of equations formed by (40), (41), (42) and (43) form a given system of equations, whose solution is
Figure imgf000030_0001
debido a que Z5 y Z2 son función de TE, es necesario utilizar un método iterativo para obtener Ia Temperatura Efectiva de Ia, al menos una, celda de muestra (4) (TE) que queda registrada y accesible por el procesador para cuando sea necesario. Este proceso se realiza en todas las celdas de muestra (4) de las que disponga el sistema y que contengan muestra a analizar.
Figure imgf000030_0001
Because Z 5 and Z 2 are a function of T E , it is necessary to use an iterative method to obtain the Effective Temperature of the at least one sample cell (4) (TE) that is registered and accessible by the processor to when necessary. This process is carried out in all the sample cells (4) available to the system and that contain sample to be analyzed.
A continuación se procede a hacer vacío tanto en Ia, al menos una, celda de muestra (4) como en el distribuidor (2), como se muestra en el cuadro (54) del figura 9, para Io cual se actúa sobre las válvulas (3), (5) y (7) y/o (8) hasta alcanzar un determinado vacío, cerrándose todas estas válvulas. Como se muestra en el cuadro (55) del figura 9, el sistema comprueba si hay alguna celda libre, esto es, si hay alguna celda de muestra (4) que no esté esperando el equilibrio de sorción y en caso de que no haya ninguna se queda esperando hasta que alguna se libere. Si hay celdas libres, se comprueba si se ha alcanzado Ia condición de fin (cuadro (56) del figura 9), en el caso de que no se haya alcanzado tal condición se presuriza el distribuidor (2), representado en el cuadro (57) de Ia figura 9, con una determinada presión de gas de análisis, actuando sobre Ia válvula (10). Se debe de disponer de una fuente de gas de análisis con presión mayor que Ia máxima requerida para el análisis. Se registra Ia medida del sensor (1) cuando es estable y del sensor (12). A continuación se abre Ia válvula (3) y se cierra después de un determinado tiempo (cuadro (58) del figura 9). La celda pasa al estado "no libre" (cuadro (59) del figura 9), en este punto el equipo queda, por un lado, esperando que se cumpla Ia condición preestablecida de equilibrio de sorción (cuadro (60) del figura 9) y, por otro lado, repite el proceso mostrado en los cuadros (56) a (59) del figura 9 en las demás celdas de muestra (4) con el estado de "libre" hasta que se cumpla Ia condición de fin (cuadro (56) del figura 9). Cuando Ia celda de muestra (4) en estado "no libre" cumple Ia condición preestablecida de equilibrio de sorción, se registra Ia medida del sensor (14) (cuadro (61 ) del figura 9) y pasa al estado de "libre" (cuadro (62) del figura 9). Con los valores registrados se calcula Ia cantidad sorbida resolviendo los correspondientes balances de materia utilizando una ecuación de estado de gas real en esta celda de muestra (4) La condición de fin representada en el cuadro (56) del figura 9 puede ser definida por el usuario según convenga, aunque normalmente suele ser definida como una determinada presión de equilibrio máxima en cada una de las celdas de muestra (4). Cuando se cumple Ia condición de fin en todas las celdas de muestra (4) que contienen muestra a analizar el análisis finaliza (cuadro (63) del figura 9).Next, a vacuum is carried out both in the at least one sample cell (4) and in the distributor (2), as shown in the table (54) of Figure 9, for which the valves are operated. (3), (5) and (7) and / or (8) until a certain vacuum is reached, closing all these valves. As shown in table (55) of figure 9, the system checks if there is any free cell, that is, if there is any sample cell (4) that is not waiting for the sorption balance and in case there is none He waits until someone is released. If there are free cells, it is checked if the end condition has been reached (table (56) of figure 9), in the case that such condition has not been reached, the distributor (2), represented in the table (57) is pressurized ) of Figure 9, with a certain gas pressure analysis, acting on the valve (10). It must have an analysis gas source with pressure greater than Ia maximum required for analysis. The measurement of the sensor (1) is recorded when it is stable and of the sensor (12). Then the valve (3) is opened and closed after a certain time (table (58) of figure 9). The cell goes to the "non-free" state (table (59) of figure 9), at this point the equipment is, on the one hand, waiting for the pre-established condition of sorption balance to be fulfilled (table (60) of figure 9) and, on the other hand, repeat the process shown in the tables (56) to (59) of figure 9 in the other sample cells (4) with the state of "free" until the end condition (table ( 56) of Figure 9). When the sample cell (4) in the "non-free" state fulfills the pre-established condition of sorption equilibrium, the measurement of the sensor (14) (table (61) of Figure 9) is recorded and goes to the "free" state ( table (62) of figure 9). With the recorded values, the amount absorbed is calculated by solving the corresponding material balances using a real gas state equation in this sample cell (4) The end condition represented in table (56) of Figure 9 can be defined by the user as appropriate, although it is usually defined as a certain maximum equilibrium pressure in each of the sample cells (4). When the end condition is met in all the sample cells (4) that contain the sample to be analyzed, the analysis ends (Table (63) of Figure 9).
c) Descripción preferida de Ia invención con Ia configuración con sensor de presión en el distribuidor y en Ia, al menos una, celda de muestra y, al menos otra, entrada de gases. En Ia figura 3 se representa una configuración del equipo igual a Ia representada en Ia figura 2, a Ia que se Ie ha añadido una entrada adicional de gas compuesta por Ia válvula de corte (15) y Ia restricción (16) que habilita Ia entrada de otro gas al distribuidor (2). Con esta configuración el equipo está preparado para trabajar con un gas de análisis y otro de calibrado, que pueden ser diferentes. Para ello se ha de unir cualquiera de las líneas de entrada de gas a cualquiera de las fuentes de gas. El método de trabajo del equipo presentado en Ia figura 3 es idéntico al descrito en el apartado b) con Ia única diferencia que para realizar Ia presurización del distribuidor (2) con gas de calibrado se actuará sobre Ia válvula de corte correspondiente (10 ó 15) de Ia línea unida a Ia fuente de gas de calibrado y de manera análoga cuando se requiera presurizar el distribuidor (2) con gas de análisis. Aunque a esta configuración representada en Ia figura 3 solo se Ie ha añadido una línea de entrada de gas adicional con respecto al equipo representado en Ia figura 2, no hay limitación alguna para el número de líneas de gas de entrada que se deseen instalar.c) Preferred description of the invention with the configuration with pressure sensor in the distributor and in Ia, at least one, sample cell and, at least another, gas inlet. In Figure 3 a configuration of the equipment equal to that represented in Figure 2 is shown, to which an additional gas inlet composed of the shut-off valve (15) and the restriction (16) that enables the input has been added from another gas to the distributor (2). With this configuration, the equipment is prepared to work with an analysis gas and a calibration gas, which may be different. For this, any of the gas inlet lines must be joined to any of the gas sources. The working method of the equipment presented in Figure 3 is identical to that described in section b) with the only difference that to perform the pressurization of the Distributor (2) with calibration gas will act on the corresponding shut-off valve (10 or 15) of the line connected to the source of calibration gas and similarly when it is required to pressurize the distributor (2) with analysis gas. Although to this configuration represented in Figure 3 only one additional gas inlet line has been added with respect to the equipment represented in Figure 2, there is no limitation for the number of inlet gas lines to be installed.
Todos estos razonamientos han sido mostrados sobre el equipo representado en Ia figura 2, aunque son naturalmente aplicables al sistema representado en Ia figura 1.All these arguments have been shown on the equipment represented in Figure 2, although they are naturally applicable to the system represented in Figure 1.
d) Descripción preferida de Ia invención con Ia configuración con sensor de presión en el distribuidor y en Ia, al menos una, celda de muestra y un sistema de calibrado del volumen del distribuidor.d) Preferred description of the invention with the configuration with pressure sensor in the distributor and in the at least one, sample cell and a distributor volume calibration system.
En Ia figura 4 se representa un equipo con Ia misma configuración que el representado en Ia figura 2 al que se Ie ha añadido un sistema para el calibrado in sitυ del volumen del distribuidor (2) consistente en una celda de calibrado (18) unida al distribuidor a través de una válvula de corte (17) y una pieza de volumen conocido (19). Este sistema de calibrado se ubica en Ia zona termostatizada (13) del distribuidor (2).Figure 4 shows a device with the same configuration as that shown in Figure 2 to which a system has been added for in situ calibration of the volume of the distributor (2) consisting of a calibration cell (18) attached to the distributor through a shut-off valve (17) and a piece of known volume (19). This calibration system is located in the thermostatted zone (13) of the distributor (2).
Disponer de este sistema de calibrado en el equipo permite poder medir in situ el volumen del distribuidor (2) con precisión y poder realizar calibrados periódicos del volumen del distribuidor (2) así como después de cualquier reparación o modificación efectuada sobre el equipo que haya podido implicar un cambio en el volumen del distribuidor (2).Having this system of calibration in the equipment allows to be able to measure in situ the volume of the distributor (2) with precision and to be able to perform periodic calibrations of the volume of the distributor (2) as well as after any repair or modification made on the equipment that may have been imply a change in the volume of the distributor (2).
La ubicación del sistema de calibrado del volumen del distribuidor (2) dentro de Ia zona termostatizada (13) es fundamental para aumentar Ia precisión en Ia medida debido a que esta determinación se realiza a una temperatura homogénea, constante y conocida, evitándose errores en Ia medida de Ia presión y de Ia determinación del factor de compresibilidad del gas de calibrado. Fijándose en Ia configuración representada en Ia figura 4, el procedimiento para el calibrado del distribuidor (2) se realiza de Ia siguiente manera. Se hace vacío en el distribuidor (2) y en Ia celda de calibrado (18) abriendo las válvulas (17) y (8) y/o (7) de Ia línea de vacío hasta un determinado nivel de vacío. Se cierran las válvulas (17), (7) y (8) y se presuriza el distribuidor (2) hasta una presión determinada, medida con el sensor (1), actuando sobre Ia válvula de corte de una línea de entrada de gases. Cuando Ia medida del sensor de presión (1 ) es estable se registra Ia medida de este sensor y Ia temperatura del conjunto (13) mediante el sensor (12). A continuación se abre Ia válvula (17) y cuando Ia medida del sensor (1 ) es estable se registra su medida y Ia temperatura del conjunto (13) mediante el sensor (12). A continuación se introduce Ia pieza de volumen conocido (19) en Ia celda de calibrado (18) y se repite el mismo proceso. Con estas medidas registradas y utilizando una ecuación de estado de gas real adecuada, se resuelve un balance de materia trivial y se obtiene el volumen del distribuidor (2). Este proceso de calibrado del distribuidor (2) se podrá repetir cuantas veces se considere, pudiendo promediarse el valor del volumen del distribuidor (2) obtenido, minimizando los posibles errores experimentales que se pudieran haber cometido así como los derivados de Ia no exactitud de Ia ecuación de estado utilizada en los cálculos. El valor del volumen del distribuidor (2) (VD) obtenido se registra de tal manera que sea accesible al procesador cuando sea necesario. El método de trabajo del equipo representado en Ia figura 4 es idéntico al descrito en el apartado b) con Ia única diferencia que el volumen del distribuidor (2) no se supone conocido previamente, sino que se mide in situ. Todos estos razonamientos han sido mostrados sobre el equipo representado en Ia figura 2, aunque son naturalmente aplicables al sistema representado en Ia figura 1.The location of the distributor volume calibration system (2) within the thermostated zone (13) is essential to increase the precision in the measure because this determination is made at a homogeneous, constant and known temperature, avoiding errors in the measurement of the pressure and the determination of the compressibility factor of the calibration gas. Looking at the configuration represented in Figure 4, the procedure for calibrating the distributor (2) is performed as follows. It becomes empty in the distributor (2) and in the calibration cell (18) opening the valves (17) and (8) and / or (7) of the vacuum line to a certain vacuum level. The valves (17), (7) and (8) are closed and the distributor (2) is pressurized to a certain pressure, measured with the sensor (1), acting on the shut-off valve of a gas inlet line. When the measurement of the pressure sensor (1) is stable, the measurement of this sensor and the temperature of the assembly (13) are recorded by the sensor (12). The valve (17) is then opened and when the measurement of the sensor (1) is stable, its measurement and the temperature of the assembly (13) are recorded by the sensor (12). Next, the piece of known volume (19) is introduced into the calibration cell (18) and the same process is repeated. With these recorded measurements and using an appropriate real gas state equation, a balance of trivial matter is resolved and the volume of the distributor (2) is obtained. This calibration process of the distributor (2) can be repeated as many times as is considered, and the volume value of the distributor (2) obtained can be averaged, minimizing the possible experimental errors that could have been committed as well as those derived from the non-accuracy of the equation of state used in the calculations. The volume value of the distributor (2) (V D ) obtained is recorded in such a way that it is accessible to the processor when necessary. The work method of the equipment represented in Figure 4 is identical to that described in section b) with the only difference that the volume of the distributor (2) is not assumed previously known, but is measured in situ. All these arguments have been shown on the equipment represented in Figure 2, although they are naturally applicable to the system represented in Figure 1.
e) Descripción preferida de Ia invención con Ia configuración con sensor de presión en el distribuidor y en Ia, al menos una, celda de muestra y un sistema de compresión de gases. En Ia figura 5 se representa un equipo con Ia misma configuración que el representado en Ia figura 2 al que se Ie ha añadido un sistema de compresión de gases (20). Disponer de un sistema de compresión de gases (20) permite realizar los análisis cuando no se dispone de una fuente de gas de análisis a presión superior que Ia máxima requerida para el análisis. Normalmente las fuentes de gas suelen ser botellas de gas a presión comerciales, cuya presión máxima es de alrededor de 200 atmósferas. Esto limita Ia presión máxima de trabajo a menos de 200 atmósferas y obliga a cambiar Ia botella de gas sin consumir una parte importante de su capacidad, ya que en cuanto hay un pequeño consumo de gas Ia presión de ésta disminuye por debajo de 200 atmósferas, encareciendo el proceso y restando flexibilidad al trabajo del equipo. El método de trabajo del equipo presentado en Ia figura 5 es idéntico al descrito en el apartado b) con Ia única diferencia que para realizar Ia presurización del distribuidor (2) se actuará sobre el sistema de compresión (20) cuando se precise una presión superior a Ia suministrada por Ia fuente de gas. Este sistema de compresión se puede instalar en cualquier línea de entrada de gas.e) Preferred description of the invention with the configuration with pressure sensor in the distributor and in the at least one, sample cell and a gas compression system. Figure 5 shows a device with the same configuration as that shown in Figure 2 to which a gas compression system (20) has been added. Having a gas compression system (20) allows the analysis to be carried out when an analysis gas source is not available at a pressure higher than the maximum required for the analysis. Normally gas sources are usually commercial pressure gas bottles, the maximum pressure of which is around 200 atmospheres. This limits the maximum working pressure to less than 200 atmospheres and forces the gas bottle to change without consuming an important part of its capacity, since as soon as there is a small gas consumption, the pressure of this gas decreases below 200 atmospheres, making the process more expensive and reducing flexibility to the team's work. The working method of the equipment presented in Figure 5 is identical to that described in section b) with the only difference that to perform the pressurization of the distributor (2), the compression system (20) will be operated when a higher pressure is required to Ia supplied by the gas source. This compression system can be installed on any gas inlet line.
Todos estos razonamientos han sido mostrados sobre el equipo representado en Ia figura 2, aunque son naturalmente aplicables al sistema representado en Ia figura 1All these arguments have been shown on the equipment represented in Figure 2, although they are naturally applicable to the system represented in Figure 1
f) Descripción preferida de Ia invención con Ia configuración con sensor de presión en el distribuidor y en Ia, al menos una, celda de muestra y/o, al menos otra, entrada de gases y/o un sistema de calibrado del volumen del distribuidor y/o un sistema de compresión de gases.f) Preferred description of the invention with the configuration with pressure sensor in the distributor and in at least one, sample cell and / or, at least another, gas inlet and / or a distributor volume calibration system and / or a gas compression system.
Los equipos descritos en las figuras 3 a 5 aportan funcionalidad adicionales al representado en Ia figura 2 para Ia realización de las isotermas de sorción de gases o fluidos supercríticos que siguen Ia misma metodología de trabajo descrita en el apartado b). Cualquier equipo que sea combinación de estas funcionalidades, así como de cualquier otra funcionalidad que no sea esencial para método de trabajo es también posible y quedaría comprendido dentro del objeto de Ia presente patente.The equipment described in Figures 3 to 5 provide additional functionality to that represented in Figure 2 for the realization of the gas sorption or supercritical fluid isotherms that follow the same work methodology described in section b). Any equipment that is a combination of these functionalities, as well as any other functionality that is not essential for the working method is also possible and would be included within the object of this patent.
Todos estos razonamientos han sido mostrados sobre el equipo representado en Ia figura 2, aunque son naturalmente aplicables al sistema representado en Ia figura 1. En las figuras 6 y 7 se muestran, a modo de ejemplo, las isotermas de sorción de exceso de nitrógeno (figura 6) e hidrógeno (figura 7) a 298 K y hasta 200 bar de presión final en un carbón activo utilizando un equipo como el indicado en este apartado y siguiendo el procedimiento indicado en el figura 9. La presente patente quiere proteger dos configuraciones básicas del equipo, por un lado aquella en Ia que sólo se dispone de un sensor de presión, ubicado en Ia zona del distribuidor y, por otro aquella en Ia que se dispone de sensores de presión tanto en el distribuidor como en Ia, al menos una, celda de muestra (figuras 1 y 2, respectivamente). Se han mostrado, también variaciones de las configuraciones básicas.All these arguments have been shown on the equipment represented in Figure 2, although they are naturally applicable to the system represented in Figure 1. Figures 6 and 7 show, by way of example, the sorption isotherms of excess nitrogen (figure 6) and hydrogen (figure 7) at 298 K and up to 200 bar of final pressure in an activated carbon using equipment such as the one indicated in this section and following the procedure indicated in figure 9. The present patent wants to protect two basic configurations of the equipment, on the one hand that in which only one pressure sensor is available, located in the area of the distributor and, on the other, the one in which pressure sensors are available both in the distributor and in Ia, at least one, sample cell (figures 1 and 2, respectively). Variations of the basic configurations have also been shown.
Aunque Ia invención ha sido ilustrada y descrita aquí en base a unas configuraciones y procedimientos concretos, de ninguna manera se ha intentado delimitar Ia invención a los detalles mostrados, ya que pequeñas variaciones tanto en Ia configuración del equipo como de los procedimientos, por ejemplo, mediante los que se obtienen el volumen libre y Ia temperatura efectiva de Ia, al menos una, celda de muestra así como el del cálculo de Ia cantidad sorbida, pueden ser también válidos sin que se modifique el espíritu de Ia invención. Although the invention has been illustrated and described here based on specific configurations and procedures, in no way has the attempt been made to delimit the invention to the details shown, since small variations in both the configuration of the equipment and the procedures, for example, by means of which the free volume and the effective temperature of the at least one sample cell are obtained, as well as that of the calculation of the sorbed quantity, can also be valid without modifying the spirit of the invention.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Método volumétrico para medir Ia cantidad de un gas o de un fluido supercrítico sorbida a presiones elevadas por una muestra, que comprende las etapas de: a) termostatizar un distribuidor de gases (2); b) introducir Ia muestra en una celda (4) comunicable con dicho distribuidor1. Volumetric method for measuring the amount of a gas or a supercritical fluid absorbed at high pressures by a sample, comprising the steps of: a) thermostatizing a gas distributor (2); b) insert the sample into a cell (4) communicable with said distributor
(2); c) termostatizar dicha celda de muestra (4) a una temperatura en Ia que un gas de calibrado no es sorbido de forma significativa por Ia muestra; d) presu rizar el distribuidor (2) con dicho gas de calibrado; e) calibrar el volumen libre de Ia celda de muestra (4) a base de resolver un balance de materia para el gas de calibrado en el conjunto distribuidor- celda, utilizando una ecuación de gas real para definir el estado del gas de calibrado; f) calcular Ia temperatura efectiva de Ia celda de muestra (4) a base de resolver un balance de materia para el gas de calibrado en el conjunto distribuidor-celda, utilizando una ecuación de gas real para definir el estado del gas de calibrado y teniendo en cuenta su posible sorción; g) producir un vacío en el conjunto distribuidor-celda; h) presurizar el distribuidor (2) con el gas o el fluido supercrítico; i) calcular Ia cantidad de gas o de fluido supercrítico sorbida por Ia muestra a base de resolver un balance de materia para el gas o el fluido supercrítico en el conjunto distribuidor-celda, utilizando una ecuación de gas real para definir el estado del gas o del fluido supercrítico.(2); c) thermostatizing said sample cell (4) at a temperature in which a calibration gas is not significantly absorbed by the sample; d) pressurize the distributor (2) with said calibration gas; e) calibrate the free volume of the sample cell (4) based on solving a balance of matter for the calibration gas in the distributor-cell assembly, using a real gas equation to define the state of the calibration gas; f) calculate the effective temperature of the sample cell (4) based on solving a balance of matter for the calibration gas in the distributor-cell assembly, using a real gas equation to define the state of the calibration gas and having consider your possible sorption; g) produce a vacuum in the distributor-cell assembly; h) pressurize the distributor (2) with the gas or supercritical fluid; i) calculate the amount of gas or supercritical fluid absorbed by the sample based on solving a balance of matter for the gas or supercritical fluid in the distributor-cell assembly, using a real gas equation to define the state of the gas or of the supercritical fluid.
2. Método según Ia reivindicación 1 , en el que, en Ia etapa (c), una parte del volumen de Ia celda de muestra (4), que comprende dicha muestra, se termostatiza a una temperatura diferente de Ia del resto de Ia celda.2. Method according to claim 1, wherein, in step (c), a part of the volume of the sample cell (4), comprising said sample, is thermostated at a temperature different from that of the rest of the cell .
3. Método según Ia reivindicación 1 ó 2, en el que, cuando hay sorción del gas de calibrado, en Ia etapa (f) se utiliza una ecuación adicional que define dicha sorción. 3. Method according to claim 1 or 2, wherein, when there is sorption of the calibration gas, in step (f) an additional equation defining said sorption is used.
4. Método según cualquiera las reivindicaciones anteriores, en el que se utiliza una celda de calibrado (18) con una pieza de volumen conocido (19) para calibrar el volumen del distribuidor (2), a base de resolver un balance de materia.Method according to any one of the preceding claims, in which a calibration cell (18) with a piece of known volume (19) is used to calibrate the volume of the distributor (2), based on solving a balance of matter.
5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que antes de Ia etapa (f) se presuriza el distribuidor (2) con el gas de calibrado y se termostatiza Ia celda de muestra (4) a una temperatura de análisis.5. Method according to any of the preceding claims, wherein before stage (f) the distributor (2) is pressurized with the calibration gas and the sample cell (4) is thermostated at an analysis temperature.
6. Método según cualquiera las reivindicaciones anteriores, en el que se utilizan varias celdas de muestra (4).Method according to any one of the preceding claims, in which several sample cells (4) are used.
7. Método según cualquiera las reivindicaciones anteriores, en el que se utilizan varias ecuaciones de gas real diferentes para definir el estado de los gases o del fluido supercrítico en al menos una de las etapas.Method according to any one of the preceding claims, in which several different real gas equations are used to define the state of the gases or the supercritical fluid in at least one of the stages.
8. Equipo para llevar a cabo un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.8. Equipment for carrying out a method according to any of the preceding claims.
9. Equipo según Ia reivindicación 8, que comprende:9. Equipment according to claim 8, comprising:
- un sensor de presión (1 ) para el distribuidor (2);- a pressure sensor (1) for the distributor (2);
- una válvula de corte (3) dispuesta en Ia línea de conexión de Ia celda de muestra (4) con el distribuidor (2);- a shut-off valve (3) disposed in the connection line of the sample cell (4) with the distributor (2);
- una fuente de gas o de fluido supercrítico comunicable con el distribuidor (2) a través de una línea de gas provista de una válvula de corte (10);- a source of gas or supercritical fluid communicable with the distributor (2) through a gas line provided with a shut-off valve (10);
- una fuente de vacío comunicable con el distribuidor (2) a través de una línea de vacío provista de una válvula de corte (8); y- a vacuum source communicable with the distributor (2) through a vacuum line provided with a shut-off valve (8); Y
- un sistema para Ia termostatización del distribuidor (2), el sensor de presión (1) y dichas válvulas de corte conectables a dicho distribuidor, que delimita Ia zona termostatizada (13) que contiene estos elementos. - a system for the thermostatization of the distributor (2), the pressure sensor (1) and said shut-off valves connectable to said distributor, which delimits the thermostatted zone (13) that contains these elements.
10. Equipo según Ia reivindicación 9, que comprende una línea de vacío adicional provista de una válvula de corte (7) dispuesta dentro de Ia zona termostatizada (13).10. Equipment according to claim 9, comprising an additional vacuum line provided with a shut-off valve (7) disposed within the thermostated zone (13).
11. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que Ia celda de muestra (4) está provista de un sensor de presión (14) dispuesto dentro de Ia zona termostatizada (13).11. Equipment according to any of claims 8 to 10, wherein the sample cell (4) is provided with a pressure sensor (14) disposed within the thermostatted zone (13).
12. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 , que comprende al menos una fuente adicional de gas o fluido supercrítico comunicable con el distribuidor (2) a través de una línea de gas provista de una válvula de corte (15) dispuesta dentro de Ia zona termostatizada (13).12. Equipment according to any of claims 8 to 11, comprising at least one additional source of gas or supercritical fluid communicable with the distributor (2) through a gas line provided with a shut-off valve (15) disposed within The thermostatted zone (13).
13. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, que comprende una celda de calibrado (18) para una pieza de volumen conocido (19) comunicable con el distribuidor (2) a través de una válvula de corte (17), de manera que tanto Ia celda de calibrado (18) como su válvula de corte (17) están dispuestas dentro de Ia zona termostatizada (13).13. Equipment according to any of claims 8 to 12, comprising a calibration cell (18) for a piece of known volume (19) communicable with the distributor (2) through a shut-off valve (17), so that both the calibration cell (18) and its shut-off valve (17) are disposed within the thermostatted zone (13).
14. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, que comprende un sistema de compresión de gases (20) para presurizar los gases o el fluido supercrítico.14. Equipment according to any of claims 8 to 13, comprising a gas compression system (20) for pressurizing the gases or supercritical fluid.
15. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, que comprende varias celdas de muestra (4) conectables al distribuidor (2) a través de correspondientes válvulas de corte (3) dispuestas dentro de Ia zona termostatizada (13). 15. Equipment according to any of claims 8 to 14, comprising several sample cells (4) connectable to the distributor (2) through corresponding shut-off valves (3) disposed within the thermostated zone (13).
PCT/ES2008/000126 2007-03-07 2008-03-06 Method and equipment for measuring the high-pressure sorption isotherms of supercritical fluids and gases WO2008107505A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200700601A ES2356418B2 (en) 2007-03-07 2007-03-07 EQUIPMENT AND METHOD FOR THE MEASUREMENT OF SORTION ISOTHERMES TO HIGH PRESSURES OF GASES AND SUPERCRITICAL FLUIDS.
ESP200700601 2007-03-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008107505A1 true WO2008107505A1 (en) 2008-09-12

Family

ID=39737825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2008/000126 WO2008107505A1 (en) 2007-03-07 2008-03-06 Method and equipment for measuring the high-pressure sorption isotherms of supercritical fluids and gases

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2356418B2 (en)
WO (1) WO2008107505A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102162785A (en) * 2011-01-11 2011-08-24 中国石油天然气股份有限公司 High-temperature high-pressure adsorption tester
CN103063545A (en) * 2012-12-28 2013-04-24 恒泰尚合能源技术(北京)有限公司 Novel shale gas content tester and shale gas content detecting method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2456775B2 (en) * 2012-09-19 2014-12-04 Universidad De Alicante Multi-component gas and / or vapor sorption equipment

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3059478A (en) * 1959-09-08 1962-10-23 Gulf Research Development Co Sorption-desorption method and apparatus
US3850040A (en) * 1972-08-17 1974-11-26 Micromeritics Instr Corp Sorption analysis apparatus and method
US4566326A (en) * 1984-07-09 1986-01-28 Quantachrome Corporation Automatic volumetric sorption analyzer
US5133219A (en) * 1991-02-28 1992-07-28 Micromeritics Instrument Corporation Dynamically balanced, differential gas adsorption appartaus
US6582663B1 (en) * 1997-05-22 2003-06-24 Hydro-Quebec Apparatus for titration and circulation of gases and circulation of an absorbent or adsorbent substance

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3059478A (en) * 1959-09-08 1962-10-23 Gulf Research Development Co Sorption-desorption method and apparatus
US3850040A (en) * 1972-08-17 1974-11-26 Micromeritics Instr Corp Sorption analysis apparatus and method
US4566326A (en) * 1984-07-09 1986-01-28 Quantachrome Corporation Automatic volumetric sorption analyzer
US5133219A (en) * 1991-02-28 1992-07-28 Micromeritics Instrument Corporation Dynamically balanced, differential gas adsorption appartaus
US6582663B1 (en) * 1997-05-22 2003-06-24 Hydro-Quebec Apparatus for titration and circulation of gases and circulation of an absorbent or adsorbent substance

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102162785A (en) * 2011-01-11 2011-08-24 中国石油天然气股份有限公司 High-temperature high-pressure adsorption tester
CN103063545A (en) * 2012-12-28 2013-04-24 恒泰尚合能源技术(北京)有限公司 Novel shale gas content tester and shale gas content detecting method

Also Published As

Publication number Publication date
ES2356418B2 (en) 2011-10-19
ES2356418A1 (en) 2011-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fandiño et al. Phase behavior of (CO2+ H2) and (CO2+ N2) at temperatures between (218.15 and 303.15) K at pressures up to 15 MPa
ES2321081T3 (en) PROCEDURE AND DEVICE FOR CALIBRATION OF A MOISTURE SENSOR AS WELL AS A SENSOR PROVISION WITH A CALIBRABLE MOISTURE SENSOR.
Holste et al. Experimental (p, Vm, T) for pure CO2 between 220 and 450 K
US6981426B2 (en) Method and apparatus to measure gas amounts adsorbed on a powder sample
Deng et al. The adsorption heat of methane on coal: comparison of theoretical and calorimetric heat and model of heat flow by microcalorimeter
Yusibani et al. A capillary tube viscometer designed for measurements of hydrogen gas viscosity at high pressure and high temperature
Broom et al. Pitfalls in the characterisation of the hydrogen sorption properties of materials
Wright et al. Design and uncertainty analysis for a PVTt gas flow standard
Cheng et al. Design of PC based high pressure hydrogen absorption/desorption apparatus
WO2008107505A1 (en) Method and equipment for measuring the high-pressure sorption isotherms of supercritical fluids and gases
Healy et al. Rotational collision number and Eucken factors from thermal transpiration measurements
Schlemminger et al. Adsorption hydrogen storage at cryogenic temperature–Material properties and hydrogen ortho-para conversion matters
Lee et al. Novel Sieverts’ type volumetric measurements of hydrogen storage properties for very small sample quantities
KR20210032931A (en) System and dynamic volume method for surface characterization of porous solid and powder materials using flowing gas
Biswas et al. PVT properties of sulfur-hexafluoride in the gas-liquid critical region
Bliesner Parahydrogen-orthohydrogen conversion for boil-off reduction from space stage fuel systems
Testi et al. Design and optimization of Isochoric Differential Apparatus (IDA) to reduce uncertainty in H2 sorption process measurements
US9816951B2 (en) Method for determining a volume thermal expansion coefficient of a liquid
Westman et al. Accurate phase equilibrium measurements of CO2 mixtures
Di Nicola et al. Solid–liquid equilibria for the CO2+ N2O, CO2+ R32, and N2O+ R32 systems
Kamimura et al. Apparatus for measurements of PVT properties and their derivatives for fluids and fluid mixtures with a metal bellows as a variable‐volume vessel
US20160123849A1 (en) Method and apparatus for the preparation of known quantities of gases and vapors
US11169014B2 (en) Bidirectional pycnometer
Denoyel et al. Microcalorimetric methods for studying vapour adsorption and wetting of powders
Hall Jr Adsorption of pure and multicomponent Gases on Wet Fruitland Coal

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08750373

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08750373

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1