Он-лайн Анализ азотсодержащих соединений в сложных углеводородных матрицах
5 августа 2016 г.
Способ объединения комплексную двумерная газовой хроматографии с обнаружением хемилюминесценции азота был разработан и применен к оперативного анализа азотосодержащих соединений в сложной углеводородной матрице.
Общая цель этого эксперимента заключается в обнаружении и количественном определении азотсодержащих соединений в сложной углеводородной матрице. Этот метод решает вопросы в области химического машиностроения и нефтехимической промышленности, такие как полный анализ потока сточных вод установки парового крекинга или других нефтехимических потоков. Главное преимущество данной методики в том, что она является комплексной и количественной.
Применение этого метода распространяется на спектр обнаружения продуктов слежения за паром, поскольку он обеспечивает надежный количественный анализ азотсодержащих соединений в потоке сточных вод реактора. Этот метод дает представление о химии азотсодержащих углеводородов, но он также может быть применен к другим процессам, таким как быстрый паралич биомассы. Как правило, исследователи, не знакомые с этим методом, будут бороться с проблемами, связанными с отбором проб при высоких температурах.
Чтобы начать эту процедуру, взвесьте два стеклянных флакона с помощью аналитических весов и запишите измеренные значения. Добавьте примерно 25 миллиграммов внутреннего стандарта, 2-хлорпиридина, в первый флакон. После этого нанесите на баланс первый флакон и добавьте примерно 1 100 миллиграммов образца сланцевого масла.
Аккуратно встряхните флакон, чтобы перемешать смесь. Поставьте второй флакон на весы и затарьте остаток. Перелейте примерно 25 миллиграммов приготовленной смеси во второй флакон, а затем добавьте примерно 450 миллиграммов исходного образца сланцевого масла.
Выполните двумерный анализ ГХ-НЦД с помощью двумерного прибора ГХ, оснащенного двухступенчатым криогенным модулятором жидкого углекислого газа. Во-первых, подключите неполярную колонку PONA первого размера непосредственно к колонке BPX50 средней поляризации второго размера. Примените двумерные рабочие условия, оптимизированные для обнаружения азотсодержащих соединений в сланцевой нефти, задав параметры в программном обеспечении.
Для NCD установите скорость потока на уровне 5 и 11 миллилитров в минуту для водорода и кислорода соответственно, сохраняя при этом температуру горелки на уровне 925 градусов Цельсия на двойном плазменном контроллере детектора. Затем введите образец с помощью автоматического пробоотборника, начав анализ с помощью программного обеспечения. Во время онлайн-эксперимента по анализу подается гептан и вода с помощью роторного насоса, управляемого компьютером, путем установки расхода с помощью программируемого логического контроллера или ПЛК, и вводится пиридин в конвекционную секцию реактора, вручную устанавливая скорость поршневого насоса.
Перед реакционной секцией печи выпаривается и смешивается исходное сырье в двух отдельно нагреваемых зонах, которые поддерживаются при температуре 500 градусов Цельсия. Теперь наложите температурный профиль на реактор из легированной стали длиной 12,4 метра и внутренним диаметром 9 мм, установив температуру в пяти зонах нагрева с помощью ПЛК. Затем добавьте жидкий азот внутрь духовки GC, чтобы снизить температуру до минус 40 градусов по Цельсию.
Для NDC вручную установите скорость потока на уровне 5 и 11 миллилитров в минуту для водорода и кислорода соответственно, сохраняя при этом температуру горелки на уровне 925 градусов по Цельсию. Затем возьмите пробу сточных вод пилотной установки на линии при температуре от 400 до 500 градусов Цельсия, сначала повернув пневматический шестиходовой двухходовой клапан в положение продувки с помощью ПЛК и промыв контур отбора проб в течение не менее двух минут. После этого поверните пневматический шестиходовой двухходовой клапан в положение впрыска с помощью ПЛК.
Для внутреннего стандартного приготовления растворите два хлорпирадина в гексане и вручную перемешайте смесь. Добавляйте внутренний стандарт непрерывно, прокачивая подготовленную смесь через капиллярную линию переноса, которая расположена в центре потока продукта перед пробоотборной системой. Представлена хроматокграмма, полученная с помощью автономной двумерной ГХ-НКД для определения характеристик азотсодержащих соединений в сланцевой нефти.
Было идентифицировано несколько соединений и определены их концентрации. Анализируемый образец содержал 4,21 вес.% азотсодержащих соединений, в основном относящихся к классу пиридинов. Для идентификации продуктов реакции и установления времен удержания соединения соединения для выбранных хроматографических условий был использован поточный двумерный анализ газосостояния реактора во время пиролиза пиридиново-гептановой смеси.
Двухмерный анализ ГХ FID был использован для определения состава притока реактора при использовании пара в качестве разбавителя. Полученные концентрации продукта перечислены здесь. Метод on-line двухмерного GC-NCD был протестирован в условиях, выбранных для предотвращения разложения пиридина, и концентрация пиридина 819 частей на миллион массы была измерена с использованием полученного отклика детектора и известной внутренней стандартной концентрации.
Относительная погрешность измерения составила менее трех процентов. Здесь представлены двумерные хроматограммы FID и GC NCD эксперимента по паровому крекингу гептана с пиридином. Было обнаружено несколько азотсодержащих соединений, а концентрация азота и интенсивность реакции были определены на уровне 124,5 частей на миллион веса, что соответствует извлечению азота в 98,5 процента.
После освоения этого метода можно получить точные результаты даже для следовых концентраций азотсодержащих компонентов. При попытке выполнить эту процедуру важно не забывать добавлять количество внутренних стандартов, которое даст концентрацию, аналогичную концентрации обнаруживаемых продуктов. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области химической кинетики паралича азотсодержащих углеводородов.
И это с существенно более высокой точностью. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как предотвратить дискриминацию соединений с высокой температурой кипения во время отбора проб на линии. Высокая разделительная способность двумерного газового хроматографа в сочетании с очень чувствительным и селективным детектором позволяют нам выйти далеко за рамки современного уровня техники и получить результаты, которые поддаются количественной оценке, являются точными и воспроизводимыми.
Не забывайте, что работа с азотсодержащими соединениями может быть крайне опасной. Растворы и образцы следует готовить в проветриваемом помещении.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен метод, сочетающий всеобъемлющую двумерную газовую хроматографию с азотным хемилюминесцентным детектированием для анализа азотсодержащих соединений в сложных углеводородных матрицах. Этот метод особенно актуален для применения в химическом машиностроении и нефтехимической промышленности.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Химическая технология
- Нефтехимический анализ
- Экологическая химия
Теоретические сведения
- Обнаружение азотсодержащих соединений имеет решающее значение в различных промышленных процессах.
- Потоки сточных вод из паровых крекеров требуют тщательного анализа для обеспечения соответствия экологическим нормам.
- Существующим методам может не хватать комплексных возможностей количественного анализа.
- Пробоотбор при высоких температурах создает определенные трудности для исследователей.
Цель исследования
- Разработать надежный метод обнаружения и количественного определения азотосодержащих соединений.
- Углубить понимание химических процессов, протекающих в азотосодержащих углеводородах.
- Получить данные, применимые к другим процессам, включая конверсию биомассы.
Используемые методы
- Комплексная двумерная газовая хроматография.
- Азотная хемилюминесцентная детекция.
- Онлайн-анализ сложных углеводородных матриц.
- Количественная оценка потоков сточных вод.
Основные результаты
- Данный метод позволяет проводить комплексный анализ азотсодержащих соединений.
- Он обеспечивает получение надежных количественных данных для нефтехимических потоков.
- Полученные результаты могут быть использованы для обнаружения продуктов парового крекинга.
- Были выявлены проблемы, связанные с отбором проб при высоких температурах.
Выводы
- Разработанный метод значительно улучшает анализ азотсодержащих соединений в углеводородных матрицах.
- Он имеет широкое применение в нефтехимической промышленности и экологическом мониторинге.
- Будущие исследования могут быть сосредоточены на преодолении трудностей, связанных с отбором проб.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Данный метод позволяет проводить комплексный и количественный анализ азотсодержащих соединений в сложных углеводородных матрицах, что отвечает критической необходимости в оптимизации нефтехимических процессов и соблюдении экологических норм. Обеспечивая надежное обнаружение компонентов, которые влияют на ход термических процессов и представляют экологическую опасность, этот метод способствует снижению механистических рисков при паровом крекинге и связанных с ним технологических операциях. Данный подход повышает точность прогнозирования при оценке сырья и понимании путей протекания реакций для принятия решений по дальнейшей переработке.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишеней
- Научная ценность: Позволяет исследовать поведение азотсодержащих соединений в углеводородных системах, что способствует проверке гипотез о механизмах реакций и путях деградации.
- Практическая ценность: Обеспечивает стандартизированное, воспроизводимое количественное определение с использованием внутренней калибровки по 2-хлорпиридину, что снижает вариативность при анализе потока эффлюента.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет получать детальные хроматографические профили с помощью GC×GC-TOF-MS/FID/NCD, что облегчает идентификацию продуктов реакции и определение времени удерживания для мониторинга целевых соединений.
- Практическая ценность: обеспечивает количественные данные о концентрации азота с относительной погрешностью <3%, что позволяет проводить надежную оценку соединений и контроль процессов в экспериментах по пиролизу.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Обеспечивает преемственность от этапа открытия до валидации путем характеристики трансформаций соединений азота в условиях пиролиза, что служит основой для оценки рисков термически активируемых процессов.
- Практическая ценность: Позволяет воспроизводить аналитические условия как в условиях пилотной установки, так и в лабораторных условиях, обеспечивая кросс-функциональную согласованность при получении данных.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в рабочие процессы поиска новых соединений, обеспечивая количественный анализ эффлюента, который позволяет оптимизировать реакцию и подобрать исходное сырье, особенно для азотсодержащих углеводородных систем в условиях термического стресса.
- Открытия в биологии: способствует снижению механистических рисков путем количественного определения образования и деградации азотсодержащих соединений, что позволяет уточнить пути реакций в сложных матрицах.
- Скрининг: обеспечивает количественные результаты, готовые для анализа, с помощью NCD и внутренней стандартизации, что позволяет надежно сравнивать концентрации соединений при различных экспериментальных условиях.
- Аналитика: предоставляет данные с нескольких детекторов (TOF-MS, FID, NCD), которые дают взаимодополняющие сведения об идентификации и количественном определении для всесторонней характеристики эффлюента.
- Трансляционные исследования: связывает исследования пиролиза лабораторного масштаба с валидацией на пилотных установках, поддерживая решения по масштабированию термических процессов.
- Корпоративное повторное использование: создает многократно используемую аналитическую платформу для мониторинга азотных соединений, применимую к различным углеводородным сырьевым материалам и реакционным системам.
Операционное и организационное воздействие
- Научная ценность: Снижает механистическую неопределенность в химии азотсодержащих углеводородов за счет селективного и чувствительного детектирования следовых количеств азотсодержащих соединений.
- Операционная ценность: Обеспечивает воспроизводимость за счет стандартизированного отбора проб, использования внутреннего стандарта и оптимизированных условий GC×GC, что позволяет проводить надежные лонгитюдные исследования.
- Стратегическая ценность: Улучшает принятие решений о целесообразности дальнейшей разработки процессов (go/no-go), предоставляя точные данные о степени извлечения азота (например, продемонстрированный выход 98.5%) и количественную оценку экологически значимых соединений.
- Влияние на портфель проектов: Позволяет осуществлять приоритизацию сырья и условий реакции с учетом рисков на основе количественного профиля азотистых соединений и связанных с ними эксплуатационных опасностей.
Особенности реализации
- Опыт эксплуатации и технического обслуживания систем комплексной двухмерной газовой хроматографии, включая криогенную модуляцию и двухколонную конфигурацию.
- Доступ к приборам GC×GC, оснащенным детекторами NCD, TOF-MS и FID, а также автоматизированным системам отбора проб, способным осуществлять экстракцию эффлюента при высоких температурах.
- Стандартизация приготовления внутренних стандартов (например, 2-chloropyridine в n-hexane) и протоколов непрерывного ввода для точного количественного определения.
- Учет особенностей адаптации для различных углеводородных матриц, требующий оптимизации температурных профилей и точек отбора проб для предотвращения термической деструкции или дискриминации высококипящих соединений.
- Практические ограничения включают сложности, связанные с отбором проб при высоких температурах, и необходимость использования вентилируемых зон подготовки из-за опасностей, связанных с азотсодержащими соединениями.
