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防爆仕様プロセス・オンライン分析計によるASTM D3227 および UOP163 に準拠した原油中のメルカプタンおよび硫化水素の分析

AN-PAN-1026

2022-06

防爆仕様プロセス・オンライン分析計によるASTM D3227 および UOP163 に準拠した原油中のメルカプタンおよび硫化水素の分析

Online determination according to ASTM D3227 and UOP163


概要

硫黄化合物は不快な臭いを放つだけでなく、環境に悪影響を及ぼし、腐食を促進します。脱硫は、原油の供給段階から留出物の流れまで、石油精製の様々な工程で行われます。軽質の不純物(メルカプタンや硫化物を含む)は水素化処理により除去されますが、重質の硫黄化合物は水素化処理工程後の水素化分解により除去されます。 

本プロセスアプリケーションノートでは、ASTM D3227 および UOP163 に準拠した電位差滴定法による硫化水素(H₂S)のオンライン分析について詳述します。
メトロームプロセスアナリティクスの 2060 TI Ex 防爆プロセスアナライザーは、カスタマイズされたサンプル前処理システムを備えており、製油所内の多くのエリアに設置することができます。このソリューションにより、反応器内の触媒の過度な消耗を防ぎ、さらに蒸留装置における腐食を抑制します。 
このプロセス分析計は、 EU 指令 94/9/EC(ATEX95)に適合しており、ゾーン 1 およびゾーン 2 エリアの防爆認証を取得しています。 


はじめに

化石燃料は硫黄含有率が高いことで知られており、これは数千年にわたる生物の死骸の分解に由来します。メルカプタン(チオール)と硫化水素(H2S)は原油中に存在する2種類の硫黄化合物であり、原油特有の臭いの原因となっています。精製工程において、これらは高温下での蒸留装置における腐食を促進する原因となります。さらに、精製製品に硫黄が存在すると、燃焼後に過剰な二酸化硫黄(SO2(g)、汚染物質)が排出される可能性があります。したがって、精製工程の早い段階でできるだけ多くの硫黄を除去することが最善とされています。 
硫黄化合物は、原油中の炭化水素の全沸点範囲にわたって存在しています。これらの化合物の大きさ(分子量)や結合強度によって、異なる脱硫処理が利用できます。軽質の不純物(メルカプタンや硫化物を含む)は、高温・高圧下で触媒(一般的にコバルトモリブデン)と水素を用いた反応器内での水素化処理により除去できます。 

重質の硫黄化合物は、水素化処理工程後の水素化分解により除去できます。脱硫(図 1.)は、原油の供給段階から留出物の流れまで、石油精製の様々な工程で行うことができます。 

Schematic diagram of a typical hydrodesulfurization (HDS) unit in a petroleum refinery.
図1. 石油精製プラントにおける代表的な水素脱硫(HDS)装置の概略図

従来、石油および石油製品の分析は、硫化物コーティングされた銀電極を指示電極として用いた実験室での硝酸銀滴定によりモニタリングすることができました。しかし、この方法では結果が迅速に得られず、実験室での分析結果をプロセスに反映するには人為的な介入が必要でした。オンラインプロセス分析により、実験室での長い待ち時間なしに、石油製品の品質を連続的に常時モニタリングすることが可能になります。これにより、より正確で代表的な結果を、制御室に直接提供することができます。 


2060 TI Ex 防爆プロセスアナライザー(図 2.)のようなオンラインプロセスアナライザーを使用することで、オペレーターは傾向を正確に把握し、ダウンタイムを削減し、コストのかかる問題が発生する前に運転上の問題に対処するために必要な、最も代表的で最新の情報を得ることができます。加えて、これらのアナライザーは腐食の発生に素早く反応し、仕様範囲外の測定値が出た場合には即座に警告を発します。 

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Figure 2. ゾーン 1 およびゾーン 2 エリアの防爆認証を取得している 2060 TI Ex 防爆プロセスアナライザー

装置構成


アプリケーション

原油中のメルカプタンおよびH2S含有量は、ASTM D3227およびUOP163に基づく硝酸銀滴定により、2つの当量点をオンラインで測定可能です。第1当量点はH2Sに対応し、第2当量点はメルカプタンに対応します。 


備考

石油化学産業向けには、他にも様々なオンラインアプリケ ーションが利用可能です。これには、原油中の塩分、アンモニア、フェノール、臭素価、けん化価、ハロゲン、全酸価/全塩基価などがあります。 


代表的な測定範囲

表 1. 製油所における原油分析の測定パラメーター 
パラメータ未処理原油精製済み原油
メルカプタン100–500 mg/L0–50 mg/L
H2S0–100 mg/L0–1 mg/L

結論

原油には重量比で数パーセントの硫黄化合物が含まれています。不快な臭いを放つだけでなく、環境に悪影響を及ぼし、腐食性も高いです。これらの理由から、精製工程において大部分を除去する必要があります。2060 TI Ex 防爆プロセスアナライザーは、柔軟なカスタマイズされたサンプル前処理システムを備えており、様々な製油所アプリケーションに対応しています。ASTM D3227 および UOP163 規格に準拠したメルカプタンおよび H₂S 含有量のモニタリングができるだけでなく、アンモニア、ハロゲン、フェノール含有量、臭素価、けん化価、全酸価/全塩基価の測定にも使用できます。 このプロセスアナライザーは EU 指令 94/9/EC (ATEX95)に適合しており、ゾーン 1 および 2 の防爆認証を取得しています。 


プロセス分析計(滴定)の利点

  • 設定した警報値に基づくアラーム機能により、腐食を未然に防ぎ、大切な設備資産を保護します。
  • 危険・爆発性雰囲気への作業者の立ち入りや曝露を低減し、より安全な作業環境を実現します。
  • 環境規制・環境基準への確実な適合をサポートします。
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