Спосіб аналізу твердого осаду, осадженого з проби рідкого середовища

Реферат: Винахід стосується способу аналізу твердого осаду, осадженого з проби рідкого середовища, що включає стадії: (і) подачі проби текучого середовища через впуск проби у зону осадження; (іі) подачі осаджувача у зону осадження; (ііі) забезпечення підтримки умов всередині зони осадження, так що осадження відбувається при змішуванні проби текучого середовища й осаджувача з утворенням суспензії; (iv) відділення твердого осаду у суспензії за допомогою фільтра; (v) додавання розчинника до фільтра з його протилежної сторони, для розчинення твердого осаду й утворення розчину; і (vi) аналізу розчину у зоні аналізу. UA 101620 C2 (12) UA 101620 C2 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід відноситься до аналітичного пристрою й способу аналізу, більш конкретно, до портативного аналітичного пристрою й способу визначення кількості осаду, отриманого з рідини. Є численні джерела сирої нафти часто з хімічними й фізичними властивостями, які широко відрізняються. Наприклад, такі сирі нафти, як західно-техаська середня, мають високу частку відносно низькокиплячих вуглеводневих компонентів, тоді як, наприклад, венесуельські сирі нафти, мають тенденцію до вмісту більше високої частки висококиплячих компонентів. Через більші розходження у типах сирих нафт економічно вигідно переробляти на нафтопереробному заводі як можна більше широку розмаїтість сирих нафт для зменшення залежності від будьякого єдиного джерела нафти й також забезпечення застосування дешевої сировини, коли воно є у наявності. Різні сирі нафти нерідко поводяться по-різному на нафтопереробному заводі, і тому їхній вплив на нафтозаводські операції й технологічне встаткування буде також різним. Таким чином, аналіз сирої нафти важливий для встановлення її придатності для застосування й можливого негативного впливу на нафтозаводський процес і/або встаткування. Описи нафтозаводських процесів і нафтопродуктів добре відомі фахівцям і, наприклад, приводяться у главі "Нафтопереробка" ("Oil refining"), автори Walther W. Irion і Otto S.Neuwirth, Енциклопедії промислової хімії (Ulmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry), опублікованої видавництвом Wiley. Сиру нафту, як правило, аналізують для визначення таких характеристик як межі кипіння, кислотність/лужність, вміст асфальтенів, сірки й ароматики. Із цією метою пробу сирої нафти транспортують у лабораторію, забезпечену відповідними аналітичними приладами. При наявності аналізаторів, що працюють в оперативному режимі (он-лайн), можна також виконати відповідні виміри. Відомі аналітичні методи у режимі он-лайн містять у собі оптичне поглинання й/або методи спектроскопії. Асфальтени часто визначають як компонент сирої нафти, що осаджується при обробці лужним розчинником, звичайно н-гептаном або н-пентаном. Стандартні випробування на вміст асфальтенів описані у методиках IP 143 і ASTM D3279. В EP-A-0400989 описується метод рідинної хроматографії, в якому вуглеводні змішують зі розчинником і пропускають через хроматографічну колонку, що втримує ароматику. Потім колонку промивають слабким розчинником і необов'язково ще раз промивають сильним розчинником для розчинення вловленої ароматики й видалення її з колонки, потім ароматику (включаючи асфальтени) аналізують зі застосуванням випромінювання в ультрафіолетовій (УФ) області спектра при довжинах хвиль 200-500 нм. В US 2005/0036917 описується прилад автоматизованого матричного видалення хімічних перешкод з розчину, який включає осадження перешкоди з розчину зі застосуванням осаджувача й фільтрацію розчину для видалення отриманого осаду перед аналізом розчину. У GB-A-2018425 описується лабораторний прилад і спосіб визначення вмісту асфальтенів у нафтопродуктах, у якому гептан і нафтову пробу подають у випарник, зрошують і накопичують на фільтрі отриманий осад асфальтенів. Потім осад розчиняють у толуолі, нагріваючи джерело толуолу під зрошенням, і подають толуол, що сконденсувався, на фільтр для розчинення асфальтенів. Після цього вміст асфальтенів визначають способом гравіметрії, випаровуючи толуол до сухого залишку. Нерідко сиру нафту закуповують, коли вона ще транспортується, наприклад, наливними танкерами. Без належних аналітичних даних покупець вантажу сирої нафти повинен зробити ряд припущень щодо цінності сировини для того, щоб прийняти рішення щодо покупки. Щоб потенційний покупець міг вчасно прийняти рішення, переважно швидко одержати аналітичні дані щодо вантажу. Також бажаний швидкий аналіз нафтопродуктів. До цих продуктів відносяться проміжні продукти загального нафтозаводського процесу, кінцеві продукти, такі як палива, мастила або бітум, технологічні потоки загального нафтозаводського процесу, які згодом застосовують як хімічну сировину, наприклад, нафту, яку можна подати на установку піролізу для виробництва олефінів, і продукти загального нафтозаводського процесу, які згодом застосовують як палива або мастила або як компоненти змішання палив або мастил, а також палива (наприклад, авіаційне паливо, бензин, дизельне паливо й суднові палива) і самі змащення. Також бажаний швидкий аналіз продуктів, складених за рецептурами, палив і мастил, наприклад, на терміналі, на трубопроводі, у системі розподілу або у пункті продажу. Відповідно до даного винаходу пропонується плита (панель) для проб для портативного аналітичного пристрою для аналізу твердого осаду з проби текучого середовища, причому 1 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 плита для проб містить у собі впуск проби, зону осадження, фільтр і зону аналізу. Плита для проб виконана з можливістю забезпечення: (i) подачі проби текучого середовища через впуск у зону осадження; (ii) подачі осаджувача у зону осадження; (iii) підтримки у зоні осадження умов для осадження при змішанні проби текучого середовища й осаджувача з утворенням суспензії; (iv) відділення твердого осаду у суспензії за допомогою фільтра; (v) подачі розчинника на фільтр для розчинення твердого осаду й утворення розчину; і (vi) аналізу розчину у зоні аналізу. У відповідності з другим аспектом даного винаходу пристрій можна застосувати для аналізу осаду, витягнутого з проби текучого середовища. Плиту для проб можна комбінувати з базовою частиною для створення портативного аналітичного приладу. Портативний аналітичний прилад розроблений таким чином, щоб його можна було легко переносити, так щоб аналіз не був обмежений місцем розташування лабораторії або виробничого центра. Наприклад, його можна легко транспортувати до віддаленого резервуара для зберігання, судновому вантажу, залізничній цистерні або автоцистерні для аналізу їхнього рідкого вмісту. Плиту для проб можна застосовувати для аналізу твердого осаду з проби текучого середовища. Це досягається подачею проби текучого середовища й осаджувача у зону осадження. Пробу подають у плиту для проб через впуск, що переважно направляє пробу текучого середовища у зону осадження для зменшення втрат проби й поліпшення точності аналізу. Пристрій, зокрема, придатний для аналізу складного текучого середовища, що містить безліч різних компонентів. Приклади подібних складних текучих середовищ включають сиру нафту, текучі середовища або технологічні потоки нафтопереробного заводу, і текучі середовища або технологічні потоки процесів Фішера-Тропша. У кращому варіанті здійснення винаходу пристрій застосовують для визначення вмісту асфальтенів у сирій нафті, у висококиплячому продуктовому потоці, отриманому перегонкою нафти, наприклад, вакуумному газойлі або вакуумному залишку. Зона осадження відповідним чином адаптована для змішання або різних способів перемішування вмісту для забезпечення ефективного осадження. Таким чином, зона осадження може містити у собі мішалку, відповідно магнітну мішалку, яка керується приводним механізмом, що перебуває у базовій частині портативного пристрою. Тому що магнітні мішалки не мають потреби у фізичному зв'язку з мотором мішалки, їхнє застосування сприяє спрощенню конструкції плити для відбору проб і виключенню проблем, пов'язаних з герметизацією будьякого встаткування, що перемішує, інакше довелося б проникати через стінку зони осадження. Форма й розміри зони осадження також можуть бути адаптовані для оптимізації ефективності осадження. Зона осадження переважно має форму камери з більшою областю поперечного перерізу, чим у будь-яких каналів переносу, таких як пов'язані з нею мікрорідинні (мікроструминні) канали. Це забезпечує більш ефективне осадження й перемішування зі в'язкими рідинами, такими як сира нафта або важкі нафтові фракції, і також зменшує схильність до забивання при осадженні. Щоб весь розчин у зоні осадження після розчинення осаду можна було видалити зі зони осадження й подати у зону аналізу, зона осадження переважно має конусоподібну форму на виході. Камера також переважно пристосована до бруска магнітної мішалки, що вільно обертається у ній. У цьому варіанті здійснення винаходу поперечний переріз камери переважно є круговим для мінімізації областей, де не відбувається перемішування, і поліпшення ефективності змішання. Крім того, переважно подавати осаджувач і пробу текучого середовища окремо у зону осадження, тому що попереднє змішання може привести до вищезгаданої проблеми забивання через осадження всередині каналів переносу. В одному варіанті виконання плити для проб впуск адаптований до введення у нього пробовідбірника, що може прямо вставлятися у зону осадження, що забезпечує пряме дозування у ній проби текучого середовища. Зона осадження переважно попередньо завантажена осаджувачем перед додаванням проби для поліпшення ефективності й ступеня осадження. Осад, що утворився у зоні осадження, відокремлюють за допомогою фільтра. Далі осаджувач можна подати у зону осадження й/або через фільтр після первісної фільтрації для забезпечення повного осадження і як можна більшого вловлювання твердого осаду на фільтрі. Можна також застосувати додатковий осаджувач для промивання відфільтрованого твердого осаду залишкової, не осадженої проби текучого середовища. 2 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фільтри, які можна застосувати у даному винаході, містять у собі волокнисті або гранульовані матеріали. Придатними матеріалами є фільтрувальний папір (містить целюлозні волокна), скловата (містить скляні волокна) і спечений скляний припій. Фільтр може перебувати у каналі, що перетинається зі зоною змішання, частина каналу, де перебуває фільтр, необов'язково розширена для забезпечення більшої площі фільтруючої поверхні. Як альтернатива, фільтр може бути пов'язаний зі зоною осадження, наприклад, перебувати всередині її або в одного її кінця. Відфільтрований твердий осад знову розчиняють подачею розчинника на фільтр. Розчинник можна подати у ту ж область зони осадження, куди подають осаджувач і пробу текучого середовища. Як альтернатива й переважно, розчинник можна вводити до твердого осаду з протилежної сторони фільтра, що поліпшує розчинення осаду. Додатковою перевагою цього варіанта здійснення винаходу є те, що розчинник може проходити через зону аналізу, і при подачі у зону осадження проводять вимірювання фонового поглинання, що скорочує час аналізу, гарантує відсутність забруднення осаджувачем зони аналізу й точне зчитування фона. Потім розчинник проходить у зону осадження, де він розчиняє осад з одержанням розчину. Отриманий розчин потім подають назад у зону аналізу, де проводять вимірювання проби. Аналіз розчину виконують у зоні аналізу з метою, наприклад, ідентифікації присутніх у твердому осаді компонентів і/або концентрації твердого осаду, розчиненого у розчині. Із цією метою зона аналізу може містити датчик або прилад для визначення властивостей розчину й генерування електричного сигналу для передачі у відповідний аналітичний пристрій, що перебуває, наприклад, у базовій частині портативного пристрою. Як альтернатива, зона аналізу може бути адаптована таким чином, щоб можна було проводити вимірювання, що міститься у ній розчину зі застосуванням датчиків або приладів, що не перебувають на плиті для проб, але пов'язаних, наприклад, з базовою частиною портативного пристрою. В одному варіанті здійснення винаходу зона аналізу має форму оптичного осередку, адаптованого до напрямку у ній однієї або більше довжин хвиль електромагнітного випромінювання (ЕМВ), і еманації з її відбитого й/або пропущеного випромінювання. Це досягається забезпеченням зони аналізу вікнами, прозорими для довжин хвиль ЕМВ у достатньому ступені, для вимірювання поглинання й/або відбивної здатності. Наприклад, для довжин хвиль ЕМВ, розташованих у видимій області спектра, можна застосувати скляні вікна. Сам прилад оптичного аналізу, що включає емітер ЕМВ й датчик ЕМВ, може перебувати на плиті для проб або у базовій частині. Діапазон довжин хвиль, що підходить для застосування в оптичному аналізі, включає області спектра: ультрафіолетів, видиму й інфрачервону, включаючи середню інфрачервону й далеку інфрачервону. Поглинання й спектроскопічний аналіз подають інформацію про ідентичність і концентраціях компонентів. Інші аналітичні прилади, придатні для застосування, включають мікроосцилятор (наприклад, мікроакустичний або акустооптичний прилад), прилад, що визначає теплопровідність, мікропровідність або ємнісний опір, мікрореологічний прилад або мікрогазохроматографічний прилад. Ці прилади у сполученні з відповідними датчиками можна застосовувати для вимірювання таких параметрів, як в'язкість, холоднотекучість, точка помутніння, щільність, кислотність, склад, концентрації компонентів і реологічні властивості. В одному варіанті здійснення винаходу плита для проб містить у собі більше однієї зони аналізу й більше одного пов'язаних з нею аналітичних приладів, так що можна виконати безліч вимірів розчину, отриманого з проби текучого середовища. В іншому варіанті здійснення винаходу можна аналізувати саму пробу до або після осадження, так що можна одержати порівняльний аналіз. Це може досягатися, наприклад, за допомогою іншої зони аналізу вище за потоком від зони осадження, або в іншому варіанті адаптації зони осадження до аналізу її вмісту так, що зона осадження може являти собою сполучення осадження й зони аналізу. Портативний пристрій може забезпечуватися резервуарами для зберігання осаджувача, розчинника або необов'язково (на вибір) будь-якої іншої рідини для будь-якої обробки або аналізу на плиті для проб, такій як будь-які рідкі відходи, що утворилися у ході аналізу. В одному варіанті здійснення винаходу резервуари можуть перебувати на плиті для проб, так що вона попередньо завантажується всіма необхідними реагентами для аналізу й зберігає будь-які відходи. Як альтернатива, резервуари можуть перебувати у вигляді відповідних контейнерів у базовій частині пристрою, так що резервуари з розчинником і осаджувачем (наприклад) можна повторно заповнювати якщо буде потреба для наступного аналізу, або заміняти для виконання іншого аналізу. Крім того, резервуар з відходами можна спустошувати, потім наповнювати й повторно використовувати. Як альтернатива, резервуари можуть бути не пов'язані з портативним пристроєм, наприклад, зберігатися у контейнерах або суліях окремо від пристрою, так що рідини подають 3 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 насосом у пристрій або з нього без необхідності зберігання їх у пристрої. Це сприяє зменшенню розміру й складності плити для проб і/або базової частини, відповідно. Плиту для відбору проб можна адаптувати до приміщення перед аналізом частини проби текучого середовища у резервуар для зберігання. В альтернативному варіанті здійснення винаходу плита для проб пристосована до розміщення пробовідбірника або приладу для відбору проб, що містить заданий об'єм проби текучого середовища для аналізу. В іншому варіанті здійснення винаходу пробу можна безпосередньо ввести у зону осадження, де її можна змішати з осаджувачем. Портативний пристрій можна також забезпечити відповідними засобами нагнітання й вимірювання, а також мікроклапанами для регулювання траєкторій руху рідин (текучих середовищ) до різних областей плити для проб. Мікронасоси й мікроклапани, як правило, пов'язані з приводними й виконавчими пристроями, що перебувають на базовій частині пристрою. Самі насоси можна розташувати на плиті для проб або плита для проб повинна бути адаптована до сполуки з мікронасосами, розташованими разом з виконавчими механізмами у базовій частині. Відповідні мікронасоси включають діафрагмові насоси, шлангові насоси, роторні насоси, шестеренні насоси й поршневі насоси. Крім того, пристрій повинен бути додатково пристосований до нагнітання повітря навколо різних каналів і зон плити для проб для переносу будь-якої рідини навколо плити й також для очищення відповідних ліній передачі й/або однієї або обох зон осадження або аналізу. Насоси повинні бути пристосовані до вимірювання об'ємів рідин, так щоб забезпечити точну кількісну інформацію. Щодо цього шлангові насоси є особливо придатними для нагнітання рідин. Відходи, що утворилися у ході аналізу, можна зібрати для наступної ліквідації. Потоки відходів включають фільтрат проби текучого середовища після осадження й фільтрації, промивання осаду зі застосуванням додаткового осаджувача й розчин осаду після аналізу. Відходи можна зберігати на плиті для проб, наприклад, у резервуарі або камері. В альтернативному варіанті здійснення винаходу базова частина портативного пристрою може вміщати приймач або іншу область для зберігання, куди направляють відходи. В іншому варіанті здійснення винаходу відхід направляють у приймач відходів окремо від портативного пристрою. Портативний пристрій відповідно виконаний з можливістю обробки відповідної аналітичної й волюметричної інформації й одержанню результатів у вигляді електронних або друкованих даних. Це відповідно досягається за допомогою мікропроцесора, що виконує відповідні програми для забезпечення нагнітання належних об'ємів рідин навколо плити для проб у належній послідовності. В одному варіанті здійснення винаходу мікропроцесор запрограмований з метою поліпшення аналізу, нагнітання й послідовності програм або проведення різних аналізів різних проб. Портативний пристрій, зокрема, може бути виконаний так, щоб різні частини плити для проб могли нагріватися або охолоджуватися зі застосуванням відповідних приладів нагрівання або охолодження. Ці прилади також можуть бути пов'язані з процесором так, що їх можна включити або виключити при необхідності у ході аналізу. Наприклад, плита для проб може містити один або більше нагрівальних приладів у вигляді дроту з резистивним нагріванням або елементи, пов'язані з частинами плити для проб, які треба нагріти. У такому варіанті вони пов'язані з джерелом енергії, як правило, що перебуває на базовій частині пристрою. В іншому варіанті здійснення винаходу нагрівальні прилади перебувають у базовій частині, і плита для проб адаптована до них. Портативний пристрій може містити або щонайменше бути сумісним з бездротовими засобами зв'язку, такими як бездротова стільникова мережа, і також зі засобами дистанційної передачі, такими як супутникова передача даних, так що результати аналізу можуть швидко передаватися потенційному покупцеві, що також скорочує витрати часу на одержання наявних даних потенційним покупцем. Застосування портативного пристрою відповідно до даного винаходу вимагає лише невеликої кількості проби текучого середовища, звичайно менше 100 мл, наприклад, 10 мл або менше, переважно 1 мл або менше. Через невелику необхідну кількість проби аналіз можна виконати набагато швидше, ніж традиційний аналіз. Плита для проб портативного пристрою переважно є замінною, так що її можна легко прикріпити й зняти з базової частини портативного аналітичного пристрою. Відповідно пропонуються засоби кріплення, такі як з'єднувачі типу засувки або щілинні з'єднувачі з використанням, наприклад, направляючих полозів. Плиту для проб можна очищати перед наступним застосуванням. Як альтернатива, плиту можна ліквідувати, що доцільно, коли реагенти або проби важко піддаються очищенню. Частини 4 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 портативного пристрою, які безпосередньо контактують з пробою або іншими рідинами, такими як осаджувач або розчинник, переважно перебувають на плиті для проб, тоді як складні, дорогі й інші прилади або деталі, які важко замінити, переважно перебувають у базовій частині портативного пристрою. Таким чином, аналітичні прилади, такі як датчики ЕМВ й емітери, виконавчі механізми насосів і клапанів, мікропроцесори для регулювання послідовності приведення у дію й аналізу тощо, переважно перебувають у базовій частині портативного пристрою. Це гарантує збереженість багаторазово використовуваних частин устаткування, наприклад, при очищенні або контакті з пробою. Крім того, застосування замінної плити мінімізує витрати, пов'язані з портативним пристроєм. Плиту для проб, відповідно, виготовляють з кераміки, металу, скла, полімерних матеріалів або комбінацій двох або більше матеріалів. Особливо придатні полімерні матеріали, отримані литтям під тиском. Переважно, плита для проб повинна бути стійкою до вилуговування або інших руйнуючих впливів проби текучого середовища, розчинника, осаджувача або будь-яких інших рідин, що застосовуються для аналізу. Для аналізу сирої нафти або нафтопродуктів, належні полімерні матеріали містять у собі політетрафторетилен (ПТФЕ), поліфеніленсульфід (ПФС) і поліефірефіркетон (ПЕЕК). Різні компоненти й прилади портативного пристрою відповідним чином виготовлені у мікромасштабі, при їхньому виготовленні застосовують такі технічні способи як мікроформування, електроерозійну обробку або лазерну мікрообробку, наприклад, при прорізанні або травленні мікрорідинних каналів у плиті для проб і при виготовленні мікроклапанів або мікронасосів. Виготовлені у мікромасштабі компоненти також містять у собі такі, отримані за допомогою технологій, що застосовуються у виробництві мікросхем, наприклад, датчики й мікропроцесори. Датчик, як правило, застосовують для генерування електричного сигналу у відповідь на вхідний сигнал, наприклад, контакт із пробою текучого середовища, розчином або осадом або вплив ЕМВ. Цей електричний сигнал подається у зв'язаний комплект електронних приладів, що перетворює вхідний сигнал у вимірюване значення властивості. Через відносно малий розмір компонентів портативного аналітичного пристрою, енерговитрати також відносно малі. Таким чином, портативний аналітичний пристрій може працювати від відповідної батареї (або блоку батарей), переважно від батареї, що перезаряджається, без необхідності застосування занадто важких батарей, що вплинуло б на портативність пристрою. Типовий спосіб здійснення винаходу містить у собі подачу проби текучого середовища й осаджувача у зону осадження. При аналізі сирої нафти на асфальтени або важкої фракції сирої нафти в якості осаджувача можна застосовувати гептан. Об'ємне відношення осаджувача до проби рідини звичайно становить від 1:1 до 100:1. При застосуванні гептану як осаджувача асфальтенів об'ємне відношення осаджувача до проби рідини відповідно становить від 5:1 до 50:1. Суміш проби текучого середовища й осаджувача у зоні осадження переважно перемішують мішалкою для поліпшення ступеня й ефективності осадження. Як правило, це проводять за 1-60 хвилин перед фільтрацією. У випадку сумішей сирої нафти й гептану ефективне осадження асфальтенів, як правило, досягається за період від 3 до 15 хвилин, для поліпшення точності час осадження переважно щонайменше становить 5 хвилин. Суспензію, отриману у зоні осадження, пропускають через фільтр для відділення твердого осаду. Далі осаджувач можна додатково пропустити через зону осадження й фільтр для видалення залишкової проби текучого середовища. Потім на фільтр подають розчинник і також переважно у зону осадження для розчинення твердого осаду. Розчинник вибирають таким чином, щоб розчинність осаду була досить високою для швидкого й ефективного розчинення. Однак, вибирати розчинник треба таким чином, щоб він не заважав будь-якому наступному аналізу розчиненого твердого осаду. Наприклад, при проведенні спектроскопічного аналізу розчинник не повинен сильно поглинати при довжинах хвиль у тих же областях спектра, де поглинає осад. Належні розчинники для аналізу на асфальтени з сирої нафти або нафтопродуктів включають дихлорметан (ДХМ), ацетон і толуол. ДХМ кращий, тому що він не поглинає ЕМВ у видимій ультрафіолетовій області спектра, де сильно поглинають асфальтени. Визначення концентрації асфальтенів у пробі сирої нафти подає корисну інформацію щодо поводження сирої нафти на нафтопереробному заводі, наприклад, допомагає розрахувати вихід важкого залишку або ступінь потенційного забруднення технологічного встаткування або будь-яких каталізаторів, що застосовуються у процесах вторинної переробки на нафтопереробному заводі. 5 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Портативний пристрій можна адаптувати до проведення інших аналізів розчину або проби текучого середовища до або після осадження й фільтрації, так що можна провести порівняльний аналіз. Плита для проб може також мати більше однієї зони аналізу, що дозволяє аналізувати одну або більше рідин зі застосуванням декількох аналітичних методів. Таким чином, спосіб даного винаходу дозволяє аналізувати пробу текучого середовища до й/або після фільтрації за допомогою одного або більше аналітичних методів в одній або більше зонах аналізу. Параметри, розраховані за результатами аналізу зі застосуванням способу даного винаходу, можуть необов'язково бути отримані безпосередньо. Наприклад, ряд параметрів можна прогнозувати або розрахувати за результатами інших вимірів. В одному варіанті здійснення винаходу це досягається застосуванням хемометричних методів, у яких вимірювані параметри використовують для розрахунку невиміряних параметрів зі застосуванням прогнозуючої моделі, що, як правило, одержують виходячи з бази даних попередніх аналітичних вимірів. Типові хемометричні методи містять у собі аналіз часткових найменших квадратів і регресію головного компонента. Завдяки швидкому аналізу за допомогою портативного пристрою, запропонованого у даному винаході, отримані результати можна застосувати для оптимізації процесу. Наприклад, портативний пристрій можна застосовувати на нафтопереробному заводі для проведення регулярних аналізів сумішей сирих нафт з різних джерел в одному резервуарі для зберігання. Це дозволяє за результатами аналізу заздалегідь планувати конфігурацію або робочі параметри одного або більшого числа нафтозаводських процесів. Крім того, портативний пристрій можна застосувати для підтвердження консистенції й/або якості сировини після прибуття на нафтопереробний завод або станцію змішання, або технологічних потоків на нафтопереробному заводі, так що можна одержати показники якості сировини і його властивостей і ввести їх у моделі оптимізації змішання й процесів нафтопереробки. Далі йдуть не обмежуючі приклади плит для аналізу проб і портативного аналітичного пристрою, запропонованих відповідно до даного винаходу. Також ілюструється спосіб визначення концентрації асфальтенів у пробі сирої нафти зі застосуванням плити для проб і портативного пристрою відповідно до даного винаходу. Винахід розглянутий з посиланням на прикладені креслення, на яких: на фіг. 1 показана схематична ілюстрація характерних рис плити для проб і базової частини портативного аналітичного пристрою відповідно до даного винаходу; на фіг. 2 показане тривимірне зображення двох проміжних плит для аналізу проб, відповідно до даного винаходу, з лицьовою поверхнею, що з'єднана з базовою частиною з утворенням портативного аналітичного приладу; на фіг. 3 показаний вид частини зони осадження на одній з проміжних плит плити для проб, представленої на фіг. 2, що показує конусоподібну форму зони осадження в одного її кінця; на фіг. 4 показаний вид зверху тієї ж лицьової поверхні плити для проб, представленої на фіг. 2, з проміжними плитами, з'єднаними одна з одною; на фіг. 5 показаний вид протилежної лицьової поверхні плити для проб, представленої на фіг. 4; на фіг. 6 показаний вид у розрізі плити для проб, представленої на фіг. 2-5, що показує мікроклапан; на фіг. 7 показаний вид у перспективі лицьової поверхні базової частини портативного аналітичного пристрою, що з'єднується з лицьовою поверхнею плити для проб, представленої на фіг. 2 і 4; на фіг. 8 показано поздовжній перетин приладу оптичного аналізу, пов'язаного з базовою частиною фіг. 7; на фіг. 9 показана плита для проб, представлена на фіг. 2-5, що з'єднана з базовою частиною, показаною на фіг. 7; на фіг. 10 показаний графік, на якому представлений взаємозв'язок між поглинанням при 560 нм і 640 нм і концентрацією асфальтенів у розчинах дихлорметану (ДХМ); на фіг. 11 показаний вид у перспективі пробовідбірника у відкритому положенні, який можна застосовувати з плитою для проб, показаною на фіг. 2-5; на фіг. 12 показаний вид у перспективі пробовідбірника, показаного на фіг. 9, у закритому положенні; на фіг. 13 показаний механізм відкриття, закриття й запирання пробовідбірника, показаного на фіг. 11 і 12. Фіг. 1 схематично ілюструє плиту 1 для аналізу проб, пов'язану з базовою частиною 2 портативного пристрою, що може застосовуватися для визначення концентрації асфальтенів у 6 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пробі сирої нафти. При застосуванні користувач приєднує плиту 1 для аналізу проб до базової частини 2 і включає нагрівач, що містить елементи 3 з резистивним нагріванням, регульовані терморегулятором 4. Нагрівальні елементи нагрівають зону 5 осадження до температури 40 °C. Можна застосовувати нагрів до більше високих температур. У зону 5 осадження нагнітають 2 мл н-гептану через клапан 6 з резервуара 7 за допомогою поршневого насоса з приводом від крокового двигуна 8. Положення клапана міняють за допомогою редукторного електродвигуна 9. Включають магнітну мішалку 10, регульовану кроковим двигуном 11, і перемішують гептан до температури 40 °C, що досягається через 2 хвилини. Пробовідбірник 12, що є в цьому варіанті здійснення винаходу окремим пристроєм, який можна вставити або видалити з плити для проб, заповнюють сирою нафтою й вставляють у відповідний впуск на плиті для проб. Користувач відкриває пробовідбірник і випускає сиру нафту у зону осадження, де її перемішують з гептаном протягом 15 хвилин. Осаджені асфальтени накопичують на фільтрі 13 перемиканням клапанів 6, 17 і 20 зі застосуванням клапанів із сервоприводом 9, 19 і 21, відповідно, і повітряного насоса 14 з поршневим приводом, регульованого кроковим двигуном 15, для нагнітання повітря 16 через клапани 17 і 6 для проштовхування суспензії у зону осадження через фільтр, у якій фільтрат збирають у резервуарі 18 для відходів, що забезпечений вентиляційним отвором 26. Осаджені асфальтени промивають шляхом відповідного перемикання клапана 6 і додаткового нагнітання насосом 2 мл н-гептану з резервуара 7. Гептан контактує з осадженими асфальтенами протягом 2 хвилин. Після добавки гептану клапан 5 повертають у вихідне положення й застосовують повітряний насос 14 для проштовхування повітря через пристрій і додаткового гептану у резервуар 18 для відходів. Клапан 20 перемикають для подачі дихлорметану (ДХМ) з резервуара 22 для розчинника у зону 5 осадження зі застосуванням поршневого насоса, регульованого кроковим двигуном 23. Одночасно клапан 6 перемикають для відкриття вентиляційного отвору 24 і у такий спосіб для переносу розчинника. При проходженні ДХМ через зону 25 оптичного аналізу проводять вимірювання фонового поглинання у видимій області спектра зі застосуванням приладу для оптичного аналізу (не показаний), що включає у себе набір із трьох світловипромінюючих діодів (червоне, зелене й блакитне світло) і фотодіодний детектор. Зона оптичного аналізу має вікна, прозорі для ЕМВ, що дозволяє ЕМВ з емітерів проходити через зону оптичного аналізу до детектора, одночасно запобігаючи витоку будь-якої рідини, що міститься у ній (текучого середовища). Поглинання при червоних, зелених і блакитних довжинах хвиль виконують послідовно. ДХМ контактує з асфальтенами на фільтрі протягом 2 хвилин. Після цього мотор 11 мішалки виключають і клапани 6 і 20 перемикають для просування повітряним насосом 14 розчину ДХМ/асфальтени назад через зону 25 оптичного аналізу й через резервуар 18 для відходів. У міру проходження розчину через зону оптичного аналізу проводять вимірювання поглинання розчином у видимій області. Вентиляційні отвори 24 і 25 при бажанні можуть оснащуватися адсорбентом, таким як активоване вугілля, для зменшення викиду пар рідин в атмосферу. Повна послідовність операцій займає приблизно 40 хвилин. На фіг. 2 показане тривимірне зображення плити 1 для аналізу проб, що застосовується для визначення асфальтенів у сирій нафті, як представлено в описі фіг. 1. Плита 1 для аналізу проб містить у собі дві взаємозалежні частини - комплектуючі плити 100 і 101. Крім того, комплектуючі плити (не показані) забезпечують герметизацію незахищених частин всієї плити, які не сполучаються з нею або не закриті компонентами базової частини портативного аналітичного пристрою, наприклад, мікрорідинними каналами. На комплектуючій плиті 100 перебуває резервуар 7 з осаджувачем і адаптер 110 повітряного насоса. В одному варіанті здійснення винаходу повітряний насос являє собою наповнений повітрям шприц, наконечник якого вставляють в адаптер 110, а його поршень з'єднаний з моторизованим приводом 15 шприца, як показано на фіг. 1. Також показана зона 5 осадження, оточена виїмкою 111, в яку вставляють нагрівальні елементи (не показані) для регулювання температури всередині зони осадження. На другій комплектуючій плиті 101 показаний резервуар 22 для розчинника й виїмка 109, адаптована до оптичного аналітичного приладу (не показана). Вищезгадані нагрівальні елементи з базової частини портативного пристрою (не показано) вставляють у виїмку 111 через прорізи 108. На фіг. 3 показане збільшене зображення протилежної лицьової поверхні частини зони 5 осадження, пов'язаної з комплектуючою плитою 101, як показано пунктирними лініями. Видний конусоподібний кінець 107 зони осадження 5, а також випуск 112 зони осадження, що веде до зони 25 аналізу (не показана). 7 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Фіг. 4 показує дві з'єднані комплектуючі плити для проб, представленої на фіг. 2. Інші характерні деталі містять у собі мікроклапан 6, що регулює траєкторії повітря з повітряного насоса, осаджувача з резервуара 7 і вмісту зони 5 осадження до мікроклапана й від нього. Також показаний мікроклапан 20, що направляє прохід рідин між резервуаром 22 з розчинником (не показаний) і зоною аналізу, розташований у виїмці 109. Резервуари з розчинником 22 і осаджувачем 7 адаптовані для розміщення поршнів 112 і 113, відповідно, з поршневих насосів 8 і 23 (не показані). Фіг. 5 показує протилежну лицьову поверхню плити для проб, показаної на фіг. 4. На комплектуючій плиті 100 перебуває резервуар 7 з осаджувачем і впуск 102 плити разом з рядом мікрорідинних каналів 103. Канали 103 перетинаються з мікроклапаном 6 (не показаний) у ряду впусків 104 мікроклапанів. Мікрорідинні канали 103 забезпечують прохід рідин між мікроклапаном і повітряним насосом через адаптер 110 (не показаний), резервуар 7 з осаджувачем, зону 5 осадження й вентиляційний отвір 24 (не показаний). Впуск проби веде у зону 5 осадження (не показана) і забезпечує пряме введення у зону осадження наконечника пробовідбірника, що містить пробу, як показано на фіг. 11-13, для дозування аналізованої проби текучого середовища. Ширина мікроканалів 103 і 105 становить 2 мм. На комплектуючій плиті 101 показаний резервуар 22 з розчинником і резервуар 18 з відходами разом з рядом мікрорідинних каналів 105, які перетинаються з мікроклапаном 20 (не показаний) як ряд впусків 106 мікроклапанів. Мікроканали забезпечують прохід рідин між мікроклапаном і резервуаром 22 з розчинником, резервуаром 18 для відходів і зоною аналізу, розташованою у порожнині 109. Плита для проб, показана на фіг. 2-5, містить у собі безліч проміжних деталей, які підігнані одна до одної з утворенням однієї плити. Однак, плита для проб, що складається тільки з однієї деталі, також перебуває у межах обсягу даного винаходу. На фіг. 6 представлений вид з місцевим розрізом проміжної плити 101, що показує мікроклапан 20, пов'язаний з впусками мікроклапана 106 мікрорідинних каналів 105. Мікроклапан 20 містить у собі голівку 121 мікроклапана з шаром ущільнювального матеріалу 122. Шар ущільнювального матеріалу включає канали або пази 120, які визначають проходи між двома впусками мікроклапана й у такий спосіб між зв'язаними мікрорідинними каналами 105 залежно від положення мікроклапана. Мікроклапан регулюють виконавчим механізмом, що обертає клапан, наприклад, редукторним електродвигуном або кроковим двигуном, розташованим усередині базової частини портативного пристрою. Ущільнювальний шар 122 на голівці мікроклапана перешкоджає витоку рідин із плити для проб в інші мікрорідинні канали, не зв'язані пазами 120. Мікроклапан також може бути забезпечений пружиною 123, що притискає голівку мікроклапана до плити для проб для поліпшення ущільнюючого ефекту. Випробування показали, що такий клапан може протистояти витокам до тиску рідини приблизно 7 бар.надл. (0,8 МПа). Фіг. 7 показує характерні риси базової частини 2 портативного пристрою, з'єднаної з плитою для проб, що показана на фіг. 2-5. Напрямні повзунки 130 вкладені у відповідні порожнини у плиті для проб (не показані) і сприяють тому, щоб відповідні частини плити для проб сполучалися належним чином з приладами у базовій частині. Для приводу мікроклапанів 6 і 20 застосовують крокові двигуни 9 і 21. Повітряний насос 17 з'єднаний з адаптером 110 плити для проб. Електронасоси 8 і 23 надають руху поршню для доставки осаджувача й розчинника до відповідних частин плити для проб. Нагрівальні елементи 3 оточують зону осадження плити для проб, проходячи через прорізи 108 другої проміжної плити 101 у виїмку 111 (не показана), де плита для проб з'єднується з базовою частиною. Мотор 11 магнітної мішалки, розташований між чотирма нагрівальними елементами 3, пускає у хід брусок 10 магнітної мішалки (не показаний), що перебуває у зоні осадження при застосуванні портативного пристрою. Прилад оптичного аналізу 131 перебуває у порожнині 109 проміжної плити 101. Прилад оптичного аналізу 131 забезпечений оптичним датчиком 132, який перетворює ЕМВ, що опромінює датчик, в електричний сигнал, переданий зв'язаному електричному пристрою, що перебуває всередині базової частини портативного аналітичного пристрою. Фіг. 8 показує поздовжній перетин приладу 131 оптичного аналізу на базовій частині 2, що з'єднується з плитою для проб у канала 109. Прилад містить у собі комплект трьох світловипромінюючих діодів 133, які направляють три довжини хвилі ЕМВ у червону, блакитну й зелену області видимого спектра. ЕМВ передається по поліметилметакрилатному (ПММА) оптичному волокну 134 і через лінзи 135. Комплектуюча плита 101 у каналі 109 має два скляних вікна, які пропускають ЕМВ через аналітичну зону. ЕМВ, що пропускається через і/або віддзеркалюване від вмісту зони аналізу, проходить через другу лінзу 137 по другому волокну 8 UA 101620 C2 5 10 15 20 ПММА 138 і через третю лінзу 139 до оптичного датчика 132, що генерує електричні сигнали у відповідь на ЕМВ, що пропускається або віддзеркалюється. Фіг. 9 ілюструє плиту для проб, приєднану до базової частини портативного пристрою, показуючи взаємозв'язок між характерними частинами базової частини 2 і двома проміжними елементами 100 і 101 плити для проб. При застосуванні вищеописаного способу й пристрою було встановлено, що довжини хвиль у діапазоні від 400 до 700 нм є оптимальними для визначення концентрацій асфальтенів до 15 мас. %. Для концентрацій асфальтенів менше чим приблизно 7,5 мас. % довжини хвиль менше 600 нм дають більше високу точність через більше високий градієнт поглинання залежно від концентрацій. Однак, при високих концентраціях градієнт відхиляється від лінійного, і вимірювання при довжинах хвиль 600 нм і вище забезпечують більшу точність. Взаємозв'язок між концентрацією асфальтенів і поглинанням при двох різних довжинах хвиль 560 нм і 640 нм ілюструється на фіг. 10. У приладі оптичного аналізу 131 використовують три довжини хвиль світла 470 нм, 530 нм і 615 нм. Відповідно до вищевикладеного, менші довжини хвиль є більше точними для визначення концентрацій асфальтенів і більші довжини хвиль є більше точними при високих концентраціях асфальтенів. Таблиця 1 ілюструє точність отриманих вимірів. Вимірювання були засновані на готуванні трьох стандартних розчинів, у яких відома кількість твердого осаду асфальтенів, осадженого з одного джерела сирої нафти, розчинили у дихлорметані й розчини окремо подали у портативний аналітичний пристрій. Значення концентрацій розрахували виходячи з коефіцієнтів поглинання, раніше отриманих за допомогою спектроскопічних вимірів відповідного каліброваного набору розчинів асфальтен/розчини ДХМ, застосовуючи стандартний спектрометр UV/Visible. 25 Таблиця 1 Точність визначення асфальтенів Асфальтени Концентрація (мас. %) 0,12 1,27 12,0 30 35 40 45 50 Вимірювана концентрація асфальтенів (мас. %) Абсолютне відхилення. Відносне відхилення, % 0,11 1,41 11,1 0,01 0,2 0,9 0,08 0,16 0,08 Ці дані демонструють точні результати визначення вмісту асфальтенів за допомогою портативного аналітичного пристрою даного винаходу. На фіг. 11, 12 і 13 показаний пробовідбірник, що застосовується для відбору заданого об'єму проби текучого середовища й дозування її у зону осадження плити для проб. Фіг. 11 показує пробовідбірник у відкритому положенні й фіг. 12 - у закритому положенні. Пробовідбірник придатний для точного відбору й дозування малих об'ємів проби, зокрема 0,5 мл або менше, і проб 0,1 мл або менше. Дозатор особливо корисний для точного дозування вимірюваних об'ємів в'язких проб, таких як сирої нафти. Для варіанта здійснення винаходу, показаного на фіг. 9, були виготовлені пробовідбірники, які точно дозують об'єми сирої нафти 50 і 100 мкл. Пробовідбірник з меншим об'ємом застосовують, коли сира нафта містить велику кількість асфальтенів, які можуть заблокувати фільтр при аналізі занадто великої проби. Загалом, пробовідбірник містить перший і другий елементи, влаштовані таким чином, що вони можуть ковзати один щодо іншого. Елементи з'єднані один з одним з утворенням порожнини проби, що може відкриватися й закриватися у результаті ковзного руху двох елементів, що забезпечує збір, захоплення й викид проби текучого середовища. В одному варіанті здійснення винаходу ковзний рух досягається прикріпленням одного з елементів до ручки, як видно з фіг. 13, яка показує частину місцевого розрізу ручки й з'єднання з ковзним елементом. У варіанті здійснення винаходу, показаному на фіг. 13, пробовідбірник 12 включає корпус 200, що містить у собі порожній стрижень (не показаний). Порожній стрижень прикріплений до ручки розпірками 203, які проходять через канали 204 у корпусі, що забезпечують поздовжній рух стрижня щодо корпуса при русі ручки. Канали адаптовані до фіксації ручки на місці, що відповідним чином досягається забезпеченням поперечних випрямлень 205 до каналів, так що 9 UA 101620 C2 5 10 15 20 25 30 розташування за однією лінією з розпірками забезпечує обертовий рух стрижня 201 для фіксування пробовідбірника у відкритому або закритому положенні. Корпус включає голівку 206, з'єднану з іншою частиною корпуса горловиною 207, яка вужче чим стрижень і голівка. Коли пробовідбірник перебуває у закритому положенні, порожній стрижень 201 витягається донизу через корпус 200, покриваючи вузьку частину горловини 207 і контактуючи з голівкою 206 з утворенням порожнини проби 208. У відкритому положенні стрижень не з'єднується з голівкою, і в одному варіанті здійснення винаходу повністю забирається у корпус. На практиці пробовідбірник відкривають і поміщають в аналізовану пробу текучого середовища. Потім пробовідбірник закривають, натискаючи на ручку донизу і захоплюючи пробу текучого середовища у порожнині проби. Потім пробовідбірник видаляють з проби текучого середовища, витирають досуха й переносять у плиту для проб, де його вставляють у відповідний впуск 102 для пробовідбірника. Пробу витягають з порожнини, витягаючи ручку нагору, відкриваючи порожнину проби й дозуючи пробу текучого середовища. Відстань голівки від корпуса й розміри з'єднуючої їх горловини, як правило, вибирають таким чином, щоб горловина могла служити міцною опорою для голівки й одночасно забезпечувати знаходження необхідного об'єму проби текучого середовища всередині порожнини проби. Подовжений пристрій, тобто довга вузька порожнина проби на відміну від короткої й широкої порожнини проби, поліпшує точність і відтворюваність об'ємів проби текучого середовища, які можуть захоплюватися й дозуватися. Стрижень можна витягувати щонайменше до частини голівки корпуса. Голівка може необов'язково забезпечуватися ущільненням 209, що перешкоджає витокам між стрижнем і голівкою. Крім того, стрижень необов'язково може містити одне або більше ущільнень для запобігання витоку проби з джерела проби текучого середовища або з порожнини у простір між стрижнем і корпусом. Корпус може також мати ущільнення 210, так щоб вміст плити для проб не витікав через впуск проби плити для проб у ході аналізу. Відтворюваність об'ємів проб сирої нафти, зібраних і дозованих пробовідбірником, як показано на фіг. 11-13, представлена у таблицях 2 і 3. Таблиця 2 показує відтворюваність пробовідбірника приблизно на 100 мкл, таблиця 3 - пробовідбірника приблизно на 50 мкл. Пробовідбірник зважили порожнім (i), після заповнення нафтою (ii), надлишок нафти видалили й, нарешті, (iii) після введення нафти у плиту для відбору проб промили н-гептаном і протерли. Цю операцію виконували декілька разів для кожної проби сирої нафти. Результати показують, що невеликі об'єми в'язкої рідини, такої як сира нафта, можна дозувати зі застосуванням пробовідбірника, що забезпечує відтворюваність і точність. 35 Таблиця 2 Показники відтворюваності пробовідбірника приблизно на 100 мкл Вміст В'язкість сирої Щільність сирої Середній (мас. %) нафти при нафти при 15 °C дозований асфальтенів у 40 °C (сс) (г/л) об'єм (мкл) сирій нафті 0,02 6,45 0.8765 100,57