[发明专利]用于重质试样的试样粘度和流量控制及其x-射线分析应用

说明书

相关专利申请的交叉参照

本申请要求2011年8月15日提交的美国临时专利申请系统No.61/523,605的优先权，该专利申请在这里全部引入以作参考。

技术领域

本发明总体上涉及一种用来进行试样流的x-射线分析的装置和方法。尤其地，本发明涉及一种把重质试样流输送至x-射线分析系统的x-射线分析聚焦区域中的粘度和流量控制技术。

背景技术

试样的x-射线分析是许多工业如医学、药物和石油领域内感兴趣的发展领域。x-射线荧光、x-射线折射、x-射线光谱学、x-射线成像和其他x-射线分析技术的使用，已导致在几乎所有科学领域中的知识深刻增大。

x-射线荧光（XRF）是这样一种分析技术，其中借助该分析技术，物质被暴露于x-射线光束，从而确定例如是否存在某些成分。在XRF中，暴露于x-射线的物质中的至少一些元素组成可以吸收x-射线光子，并且产生特征性的辅助荧光。这些辅助x-射线是物质中的元素组成的特性。在合适的探测和分析时，这些辅助x-射线可以被用来表示一个或者多个元素组成的特征。XRF技术在许多化学和材料科学领域中具有广泛应用，其中包括工业、医学、半导体片评估、石油和法医。

如同在石油工业中所需要的一些测量的例子，污染物在石油原料中的微含量是在石油精炼中的一个众人皆知的问题。硫是原油流中的常见成分，并且被要求从最终制品中排除它，因为它影响环境，这根据清洗空气法案由US EPA进行规制。硫对环境有害，并且除去它的费用较高。因此，在精炼过程的早期监控硫含量是重要的。主要出于非监管性、过程控制的原因，精炼工业认为氯和钒污染物是“坏东西”。氯化物对精炼工业也造成了其中的一个最大问题。根据The National Association of Corrosion Engineers(“NACE”)在2005的论文：“最近，增多的精炼厂数量已经经历和造成了原油蒸馏装置塔顶和/或石脑油加氢处理装置中的极端腐蚀和污垢。根本的原因被追踪到氯化物含量达到严重峰值”。

美国专利No.6,934,359和7,072,439公开了用于液态试样分析的单色波长色散x-射线荧光（MWD XRF）技术和系统，这两个专利在这里全部引入以作参考并且被转让给了X－Ray Optical Systems,Inc.、即本发明的受让人。而且，名称为“MOVABLE TRANSPARENT BARRIER FOR X－RAY ANALYSIS OF A PRESSURIZED SAMPLE”的、共同转让的美国专利No.7,277,527（它也在这里全部引入以作参考）解决了这些系统在移动试样流中所固有的一个特殊问题，如在下面将进一步讨论。

作为这些污染物的测量系统的一个特殊例子，上面所引用的专利公开了用于确定石油燃料中的元素含量的技术，并且商业化的分析仪（SINDIE）现在已普遍用于例如石油精炼、管线和终端设备中的硫测量。

XRF流体实验可以离线地进行，即使用台式的、实验室类型的仪器来分析试样。从它的源（例如，对于燃料而言是从精炼厂或者输送管线）除去该材料，然后使该材料简单地沉积在试样室内，或者使该材料沉积到开有窗口的试样室中，然后使其沉积到一个室中。离线的台式仪器不必满足任何不寻常的操作/压力/环境/尺寸大小/重量/空间/安全方面的约束，而只需要为人工放置的试样提供必要的测量精确度。而且，离线仪器在多次测量之间可以方便地得到维护。

与离线分析形成对比，在线分析在制造过程的各种点上提供了对试样成分的“实时”监控。例如，所有燃料制品符合硫含量的规则，--在管线内的燃料精炼和输送期间需要在线监控某些变量。但是，精炼厂和管线中的燃料的在线分析需要考虑许多操作问题，而这些问题通常在离线实验环境中不存在。需要完全自动化的燃料试样处理系统，该处理系统几乎没有或者没有人工干涉或者维护。此外，由于流体在管线中常常处于压力作用下，因此任何试样处理系统一定得考虑压差。这是尤其重要的，因为XRF的x-射线“引擎”（在下面进一步讨论）的某些部分在真空中操作。此外，仪器的电子器件需要防爆壳体内的包装，－－与试样处理系统相分离。

在原油和重质燃料应用的在线分析仪中，试样流具有不同的粘度，会对以稳定压力和流动速度将试样输送到分析仪中这一要求提出挑战。氯测量提出了另一个挑战，因为氯主要存在于水相，其在原油中不能均匀地混合。