Analisi on-line dei composti contenenti azoto in matrici idrocarburi complessi

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di rilevare e quantificare i composti contenenti azoto in una matrice idrocarburica complessa. Questo metodo affronta questioni nel campo dell'ingegneria chimica e dell'industria petrolchimica, come un'analisi completa del flusso di effluenti di un steam cracker o di altri flussi petrolchimici. Il vantaggio principale di questa tecnica è che è completa e quantitativa.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono allo spettro di rilevamento dei prodotti per il tracciamento del vapore, in quanto fornisce un'analisi quantitativa affidabile dei composti contenenti azoto nel flusso di effluenti del reattore. Questo metodo fornisce informazioni sulla chimica degli idrocarburi contenenti azoto, ma può essere applicato anche ad altri processi, come la paralisi rapida della biomassa. In generale, i ricercatori nuovi a questo metodo dovranno affrontare le sfide legate al campionamento ad alta temperatura.

Per iniziare questa procedura, pesare due fiale di vetro utilizzando una bilancia analitica e annotare i valori misurati. Aggiungere circa 25 milligrammi dello standard interno, 2-cloropiridina, al primo flaconcino. Successivamente, tarare la bilancia con la prima fiala e aggiungere circa 1.100 milligrammi di un campione di olio di scisto.

Agitare delicatamente la fiala per mescolare la miscela. Posizionare la seconda fiala sulla bilancia e tarare la bilancia. Trasferire circa 25 milligrammi della miscela preparata nella seconda fiala, quindi aggiungere circa 450 milligrammi del campione originale di olio di scisto.

Eseguire l'analisi GC-NCD bidimensionale utilizzando uno strumento GC bidimensionale dotato di un modulatore criogenico di anidride carbonica liquida a doppio stadio. Innanzitutto, collegare la colonna PONA non polare di prima dimensione direttamente alla colonna BPX50 mid-polar di seconda dimensione. Applicare le condizioni operative bidimensionali ottimizzate per la rilevazione di composti contenenti azoto nel petrolio di scisto impostando i parametri nel software.

Per l'NCD, impostare le portate a cinque e 11 millilitri al minuto rispettivamente per l'idrogeno e l'ossigeno, mantenendo la temperatura del bruciatore a 925 gradi Celsius sul doppio controller al plasma del rivelatore. Successivamente, iniettare il campione utilizzando il campionatore automatico avviando l'analisi tramite il software. Durante l'esperimento di analisi online, alimentare eptano e acqua utilizzando una pompa rotativa controllata da computer impostando la portata utilizzando il controller logico programmabile, o PLC, e introdurre la piridina nella sezione di convezione del reattore impostando manualmente la velocità della pompa a pistone.

Prima della sezione di reazione del forno, evaporare e miscelare la materia prima in due zone riscaldate separatamente mantenute alla temperatura di 500 gradi Celsius. Ora, imponiamo un profilo di temperatura al reattore in acciaio legato lungo 12,4 metri e con diametro interno di 9 millimetri impostando le temperature nelle cinque zone riscaldate utilizzando il PLC. Quindi aggiungere l'azoto liquido all'interno del forno GC per abbassare la temperatura a meno 40 gradi Celsius.

Per l'NDC, impostare manualmente le portate a 5 e 11 millilitri al minuto rispettivamente per l'idrogeno e l'ossigeno, mantenendo la temperatura del bruciatore a 925 gradi Celsius. Successivamente, campionare l'effluente dell'impianto pilota in linea tra 400 e 500 gradi Celsius ruotando prima la valvola pneumatica a sei vie a due vie in posizione di spurgo utilizzando il PLC e lavando il circuito del campione per almeno due minuti. Successivamente, ruotare la valvola pneumatica a sei vie in posizione di iniezione utilizzando il PLC.

Per la preparazione standard interna, sciogliere due cloropiradina in n esano e mescolare manualmente la miscela. Aggiungere continuamente lo standard interno pompando la miscela preparata attraverso una linea di trasferimento capillare posizionata centralmente nel flusso di prodotto prima del sistema di campionamento. Il cromatocgramma ottenuto utilizzando il GC-NCD bidimensionale offline per la caratterizzazione di composti contenenti azoto nel petrolio di scisto è mostrato qui.

Sono stati identificati diversi composti e ne sono state determinate le concentrazioni. Il campione analizzato conteneva il 4,21% in peso di composti contenenti azoto, appartenenti principalmente alla classe delle piridini. L'analisi glicematica bidimensionale del reattore durante la pirolisi di una miscela di piridina eptano è stata utilizzata per identificare i prodotti di reazione e stabilire i tempi di ritenzione dei composti per le condizioni cromatografiche selezionate.

L'analisi GC FID bidimensionale è stata utilizzata per determinare la composizione del reattore utilizzando il vapore come diluente. Le concentrazioni di prodotto ottenute sono elencate qui. Il metodo GC-NCD bidimensionale in linea è stato testato in condizioni selezionate per evitare la decomposizione della piridina e la concentrazione di piridina di 819 parti per milione di peso è stata misurata utilizzando la risposta del rivelatore ottenuta e la concentrazione standard interna nota.

L'errore relativo della misurazione è stato inferiore al tre percento. Qui sono mostrati i cromatogrammi bidimensionali FID e GC NCD di un esperimento di cracking a vapore di eptano con piridina. Sono stati rilevati diversi composti contenenti azoto e la concentrazione di azoto e la reazione sono state determinate in 124,5 parti per milione di peso, che corrisponde a un recupero di azoto del 98,5%.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può generare risultati accurati anche per tracce di concentrazioni di componenti contenenti azoto. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordarsi di aggiungere una quantità di standard interni che darà una concentrazione simile alla concentrazione dei prodotti rilevabili. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della cinetica chimica della paralisi degli idrocarburi contenenti azoto.

E questo con una precisione sostanzialmente superiore. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come prevenire la discriminazione dei composti ad alto punto di ebollizione durante il campionamento in linea. L'elevato potere di separazione di un GC bidimensionale combinato con un rivelatore molto sensibile e selettivo ci permette di andare ben oltre lo stato dell'arte, e fornisce risultati quantificabili, accurati e riproducibili.

Non dimenticare che lavorare con composti contenenti azoto può essere estremamente pericoloso. Le soluzioni e i campioni devono essere preparati in un'area ventilata.