УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ И ДРУГИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, ФТОРИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВОДОРОДА И ОКИСЕЙ СЕРЫ И ПОДГОТОВКИ ПРОБ К АНАЛИЗУ Российский патент 1997 года по МПК G01N1/22 

Изобретение относится к оборудованию для отбора проб органических соединений, фтористых соединений водорода и окисей серы и подготовки проб к анализу.

Известно устройство для отбора проб и подготовки их к анализу, в котором подготовку проб производят с помощью средства, осуществляющего экстрагирование отобранной пробы (SU, а.с. N 1435991, кл. G 01 N 1/22, 1988).

Однако, в известном устройстве образец и фильтрующий элемент помещают в сосуд из нержавеющей стали, заполненный бензолом, а экстрагирование бензапирена производят в ультразвуковой установке, что усложняет процесс отбора пробы.

Известно и другое устройство для отбора проб полициклических ароматических углеводородов и других органических соединений, фтористых соединений водорода и окисей серы и подготовки проб к анализу, содержащие газозаборник, адсорбирующее средство, выполненное в виде заполненного твердым сорбентом цилиндрического сосуда, закрытого с обеих сторон крышками, приемник проб и средство для подготовки проб к анализу (SU, а.с. N 1170317, кл. G 01 N 1/22, 1985).

Однако, известное устройство не имеет приспособления для удаления влаги, а адсорбирующее средство не имеет слоистой структуры, что не позволяет анализировать пробу на содержание полициклических ароматических углеводородов (РАН), других углеводородов, фтористых соединений водорода и окисей серы.

Технический результат состоит в обеспечении отбора и анализа проб РАН, других углеводородов, фтористых соединений водорода и окисей серы.

Для достижения технического результата в устройстве, содержащем газозаборник, адсорбирующее средство, выполненное в виде заполненного твердым сорбентом цилиндрического сосуда, закрытого с обеих сторон крышками, приемник проб и средство для подготовки проб к анализу, оно снабжено средством для удаления влаги из пробы и средством для измерения температуры пробы при ее отборе, адсорбирующее средство снабжено слоистой структурой для размещения твердого сорбента, средство для подготовки проб к анализу установлено с возможностью соединения с адсорбирующим средством после отбора пробы.

Цилиндрический сосуд адсорбирующего средства образован одним или несколькими элементами с герметичными прокладками между ними, составляющими среднюю часть сосуда, а слоистая структура выполнена в виде сеток с фильтровальным элементом и расположена между слоями твердого сорбента. Цилиндрический сосуд адсорбирующего средства соединен с крышками посредством болтового соединения.

Крышки и средняя часть сосуда адсорбирующего средства выполнены с резьбой на обеих концах для обеспечения соединения их между собой.

Адсорбирующее средство выполнено из металла, тефлона, пластика или стекла.

Адсорбирующее средство выполнено из стали.

Слои твердого сорбента могут быть одинаковые или разные.

В качестве сорбента использованы окись алюминия, кремниевый гель и гидрофобные полимеры.

Средство для измерения температуры пробы при ее отборе выполнено в виде термоэлемента и расположено в отверстии, выполненном в боковой стенке цилиндрического сосуда.

Средство для удаления влаги из пробы выполнено в виде насоса, соединенного с адсорбирующим средством посредством контейнера, заполненного гелем.

Устройство снабжено газометром, снабженным термометром и измерителем скорости потока газа и связанным с насосом.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 адсорбирующее средство; на фиг. 3 подготовка проб к анализу; на фиг. 4 диаграмма потока газа в очистительных установках с указанием мест отбора проб и измерений.

Устройство содержит газозаборник 1, адсорбирующее средство 2, выполненное в виде заполненного твердым сорбентом 3 цилиндрического сосуда 4, закрытого с обеих сторон крышками 5, 6, приемник проб, средство для подготовки проб к анализу 7, средство для удаления влаги из пробы, выполненное в виде насоса 8, соединенного с адсорбирующим средством 2 посредством контейнера 9, заполненного гелем. Контейнер 9 может состоять из сушильной колбы с селикогелем, подсоединенным к адсорбирующему средству 2 в его нижнем конце.

Функция контейнера геля заключается в сборе воды, которая может присутствовать в газе, отбор пробы которого производится. Контейнер геля 9 и насос 8 соединяются посредством регулирующего клапана (на фиг. условно не показан). Насос 8 может представлять собой, например, герметичный мембранный насос, который далее соединяется с газометром 10, состоящим из термометра и измерителя потока. Изокинетическая экстракция образца устанавливается на основании измерений скорости потока газа, осуществляемых до отбора проб.

Устройство содержит средство 11 для измерения температуры пробы при ее отборе, выполненное в виде термоэлемента и расположено в отверстии 12, выполненном в боковой стенке цилиндрического сосуда 4.

Адсорбирующее средство 2 снабжено слоистой структурой для размещения твердого сорбента 3.

Средство для подготовки проб к анализу 7 установлено с возможностью соединения с адсорбирующим средством 2 после отбора пробы.

Адсорбирующее средство 2 состоит из следующих элементов: дно, крышка 5, один или несколько средних элементов 13, один или несколько элементов 14 с отверстием 12 с боковой стороны и крышка 6. Все элементы имеют цилиндрическую форму и с обоих концов имеют резьбу, причем резьба верхней части верхней крышки 6 и нижней крышки 5 расположена с внутренней стороны, средство 2 собирается так, что нижняя крышка 5, необходимое количество средних элементов 13, 14, расположенных в нужном порядке, и верхняя крышка 6 свинчиваются вместе. Может оказаться необходимым применить герметизирующие прокладки (на фиг. условно не показаны) между отдельными элементами для предотвращения утечки из средства 2. Слои в средстве 2 разделяются сеткой 15. На одной или на нескольких сетках 15, если это потребуется, укладываются бумажные фильтры или стекловата для сбора частичек материала (на фиг. условно не показано). Средние элементы 13, 14 заполняются необходимыми адсорбирующими реагентами до того, как все средство 2 свинчивается вместе. Средние элементы 13, 14 заполняются одним и тем же или различными адсорбентами. Однако обычно требуется только один элемент 14 с основным адсорбентом и под ним один средний элемент 13 с адсорбентом, который играет роль контрольного слоя. Когда производится отбор большого количества смолы, например, от неочищенного газа, может оказаться желательным разместить дополнительный средний элемент 13, заполненный фильтрующим заполнителем для грубого отделения над средним элементом 14 до того, как завинчивается верхняя крышка 6. Отверстие 12 в среднем элементе 14 может быть закупорено термоэлементом или стопорным винтом. Когда производится отбор проб, температурный контроль над устройством адсорбции очень важен, и тогда в отверстие вставляется термоэлемент. Когда же ведется обработка образца, термоэлемент может быть заменен стопорным винтом (на фиг. 2 условно не показан), поскольку температура контролируется другими средствами в ходе обработки.

Противоположный конец газозаборника 1, который привинчивается к верхней крышке 6 адсорбирующего средства 2 подводится к объекту отбора пробы. Адсорбирующее средство 2 подогревается нагревательным элементом 16 таким образом, что вода в объекте отбора пробы не конденсируется в адсорбирующем средстве 2. Нагревательный элемент 16 может, например, представлять из себя нагревательную ленту.

После отбора пробы адсорбирующее средство 2 отвинчивается от газозаборника 1 и контейнера геля 9 и термоэлемент заменяется стопорным винтом. Для того, чтобы обработать образец, адсорбирующее средство 2 соединяется со средством для подготовки проб к анализу 7, как это показано на фиг. 3. Газозаборник 1 ополаскивается внутри экстрагирующим реагентом, например дихлорометаном, и смывочная жидкость направляется в средство 7. Помимо смывочной жидкости в средство 7 добавляется необходимое количество экстрагирующего реагента. Экстрагирующий реагент затем нагревается для его испарения. В верхней части средства 7 установлен охладитель, где испарившийся реагент экстракции конденсируется и стекает в средство 2. Образец в средстве 2 подвергается экстракции. Средство 7 работает по сокслетному принципу нескольких промывок при помощи обедненных растворителей. Когда процедура обработки завершается, образец поступает в колбу 17 под средством 7 вместе с экстрагирующим реагентом, а адсорбирующее средство 2 остается с регенерированными адсорбентами. Таким образом, можно снова использовать адсорбирующее средство 2 для отбора проб после сушки без замены адсорбентов. Полученный образец теперь можно изучить в соответствии с обычными методами количественного и качественного анализа при помощи известных методов хроматографии и масс-спектрометрии.

С оборудованием согласно настоящему изобретению было проведено несколько испытаний на анодном заводе. Для целей сравнения такие же испытания были проведены по "методу Лурги", где проба газа забирается через трубку, заполненную стекловолокном.

Испытания проводились с отходящим газом анодных печей. Газ от этих печей очищался тремя разными типами очистительных установок, соединенных последовательно.

В местах измерения I, II и III было взято три параллельных набора образцов (I, II и III) с оборудованием изобретения для определения содержания смолы и РАН. Одновременно с двумя из этих отборов проб были взяты пробы в соответствии с "методом Лурги" для определения содержания смолы в местах измерения I и II и по одной пробе в местах измерения II и III.

Результаты показаны в таблице.

В ходе всех испытаний адсорбирующее средство 2 состояло из двух средних элементов 13, 14 и верхней и нижней крышек 6, 5, причем верхний средний элемент 14 содержит главный адсорбент Тенакс GC 60/80 меш со стекловатой сверху и снизу, а нижний элемент 13 функционирует в качестве контрольного слоя и был наполнен селикагелем.

Строка "Новое оборудование, РАН" указывает количество РАН, определенное оборудованием согласно настоящему изобретению, при использовании в качестве экстрагирующего реагента метиленового хлорида.

Строка "Новое оборудование, смола (а)" показывает, что содержание смолы было определено оборудованием согласно настоящему изобретению при использовании в качестве экстрагирующего реагента метиленового хлорида.

Строка "Новое оборудование, смола (б)" показывает, что содержание смолы было определено оборудованием согласно настоящему изобретению при использовании метиленового хлорида в качестве экстрагирующего реагента с добавкой толуола к экстрагирующему раствору для выпаривания.

Строка "Метод Лурги" показывает, что содержание смолы определялось по "методу Лурги" с использованием толуола в качестве растворителя.

В дополнение к содержанию РАН, определенному "Новым оборудованием, РАН" в пробе II хроматографический анализ газа (GC) установил соответственно 9,6, 3,5 и 10,6 мг/N м3 легких органических компонентов сухого газа в местах измерения I, II и III. Кроме того, другое испытание показало, что весь РАН в адсорбирующем средстве 2 был захвачен основным адсорбентом, что свидетельствует о том, что адсорбирующий реагент обеспечивает удовлетворительное выделение РАН.

Отношение между содержанием смолы и содержанием РАН, определенное по "Новому оборудованию, смола (а)", где содержание смолы определялось путем взвешивания пробы после испарения метиленового хлорида и где содержание РАН определялось хроматографическим анализом, составляло соответственно 2,7-3, 2,0-2,4 и 2,0-2,5 в местах измерения I, II и III. Вполне естественно ожидать, что самое высокое отношение будет в месте измерения I, где газ не очищен, потому что большое количество более тяжелых частиц компонентов не поддается хроматографическому анализу.

Там, где в экстрагирующий раствор добавляется толуол для выпаривания ("Новое оборудование, смола (б)", температура в конце процесса испарения значительно выше, чем после испарения основного экстрагирующего раствора) "Новое оборудование, смола (а)". Причиной этого является тот факт, что температура кипения метиленового хлорида 40^oC, в то время как у толуола 110,6^oC. Результаты испытаний по "Новому оборудованию, смола (б)" поэтому показывают более низкую концентрацию, чем по "Новому оборудованию, смола (а)", так как более легкие компоненты РАН были удалены во время выпаривания толуола. Это особенно ясно видно в местах испарения II и III, где более тяжелые компоненты были уже выделены в электрофильтре. Здесь тоже вариации в трех пробах весьма велики. Это говорит о том, что метод выпаривания с толуолом ведет к большим систематическим и случайным ошибкам после электрофильтра, где основная часть частичек материала ужу удалена.

Результаты анализа "Методом Лурги" также показывают сравнительно большие отклонения в одних и тех же местах измерений и систематически показывают более низкие значения, чем при использовании "Нового оборудования, смола (а)".

Эти испытания показывают, что при использовании в качестве растворителя только метиленового хлорида компоненты смолы определяются весьма удовлетворительно при помощи предложенного оборудования для отбора проб.

Использование: при отборе проб органических соединений, фтористых соединений водорода и окисей серы и для подготовки проб к анализу. Сущность изобретения: устройство для отбора проб и подготовки проб к анализу содержит газозаборник, адсорбирующее средство /AC/, выполненное в виде заполненного твердым сорбентом цилиндрического сосуда, закрытого с обеих сторон крышками, приемник проб /П/, средство для подготовки П к анализу. Устройство имеет средство для удаления влаги из П и средство для измерения температуры П при ее отборе. AC снабжено слоистой структурой для размещения твердого сорбента /С/. Средство для подготовки П к анализу установлено с возможностью соединения с АС после отбора П. Цилиндрический сосуд АС образован одним или несколькими элементами с герметичными прокладками между ними составляющими среднюю часть сосуда. Слоистая структура выполнена в виде сеток с фильтровальным элементом и расположена между слоями твердого C. Цилиндрический сосуд AC соединен с крышками посредством болтового соединения. Крышки и средняя часть сосуда AC выполнены с резьбой на обоих концах для обеспечения соединения их между собой. AC выполнено из металла, тефлона, пластика или стекла. AC выполнено из стали. Слои твердого C могут быть одинаковые или разные. В качестве C использованы окись алюминия, кремниевый гель и гидрофобные полимеры. Средство для измерения температуры П при ее отборе выполнено в виде термоэлемента и расположено в отверстии, выполненном в боковой стенке цилиндрического сосуда. Средство для удаления влаги из П выполнено в виде насоса, соединенного с AC посредством контейнера, заполненного гелем. Устройство снабжено газометром, снабженным термометром и измерителем скорости потока газа и связанным с насосом. 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Устройство для отбора проб полициклических ароматических углеводородов и других органических соединений, фтористых соединений водорода и окисей серы и подготовки проб к анализу, содержащее газозаборник, адсорбирующее средство, выполненное в виде заполненного твердым сорбентом цилиндрического сосуда, закрытого с обеих сторон крышками, приемник проб и средство для подготовки проб к анализу, отличающееся тем, что оно снабжено средством для удаления влаги из пробы и средством для измерения температуры пробы при ее отборе, адсорбирующее средство снабжено слоистой структурой для размещения твердого сорбента, а средство для подготовки проб к анализу установлено с возможностью соединения с адсорбирующим средством после отбора пробы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический сосуд адсорбирующего средства образован одним или несколькими элементами с герметичными прокладками между ними, составляющими среднюю часть сосуда, а слоистая структура выполнена в виде сеток с фильтровальным элементом и расположена между слоями твердого сорбента. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что цилиндрический сосуд адсорбирующего средства соединен с крышками посредством болтового соединения. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что крышки и средняя часть сосуда адсорбирующего средства выполнены с резьбой на обоих концах для обеспечения соединения их между собой. 5. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что адсорбирующее средство выполнено из металла, тефлона, пластика или стекла. 6. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что адсорбирующее средство выполнено из стали. 7. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что слои твердого сорбента могут быть одинаковые или разные. 8. Устройство по пп. 2 и 7, отличающееся тем, что в качестве сорбента использованы окись алюминия, кремниевый гель и гидрофобные полимеры. 9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство для измерения температуры пробы при ее отборе выполнено в виде термоэлемента и расположено в отверстии, выполненном в боковой стенке цилиндрического сосуда. 10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство для удаления влаги из пробы выполнено в виде насоса, соединенного с адсорбирующим средством посредством контейнера, заполненного гелем. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что оно снабжено газометром, снабженным термометром и измерителем скорости потока газа и связанным с насосом.