On-line analyse van stikstofhoudende verbindingen in Complex Hydrocarbon Matrix

Het algemene doel van dit experiment is het detecteren en kwantificeren van stikstofhoudende verbindingen in een complexe koolwaterstofmatrix. Deze methode biedt antwoorden op vragen binnen het vakgebied van de chemische technologie en de petrochemische industrie, zoals een volledige analyse van de effluentstroom van een steamcracker of andere petrochemische stromen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat deze uitgebreid en kwantitatief is.

De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot het detectiespectrum van producten bij stoomtracking, omdat het een betrouwbare, kwantitatieve analyse biedt van stikstofhoudende verbindingen in de effluentstroom van de reactor. Deze methode biedt inzicht in de chemie van stikstofhoudende koolwaterstoffen, maar kan ook worden toegepast op andere processen, zoals de snelle pyrolyse van biomassa. Over het algemeen zullen onderzoekers die nieuw zijn met deze methode kampen met uitdagingen met betrekking tot bemonstering bij hoge temperaturen.

Om deze procedure te starten, weegt u twee glazen vials met een analytische balans en noteert u de gemeten waarden. Voeg ongeveer 25 milligram van de interne standaard, 2-Chloropyridine, toe aan de eerste vial. Tare vervolgens de balans met de eerste vial en voeg ongeveer 1.100 milligram van een schalieolie-monster toe.

Schud het flesje voorzichtig om het mengsel te mengen. Plaats het tweede flesje op de balans en zet de balans op nul. Draag ongeveer 25 milligram van het bereide mengsel over naar het tweede flesje en voeg vervolgens ongeveer 450 milligram van het oorspronkelijke schalieoliemonster toe.

Voer de tweedimensionale GC-NCD-analyse uit met een tweedimensionaal GC-instrument dat is uitgerust met een tweetraps cryogene vloeibare koolstofdioxidemodulator. Verbind eerst de niet-polaire PONA-kolom van de eerste dimensie rechtstreeks met de mid-polaire BPX50-kolom van de tweede dimensie. Pas de tweedimensionale bedrijfsomstandigheden toe die zijn geoptimaliseerd voor de detectie van stikstofhoudende verbindingen in schalieolie door de parameters in de software in te stellen.

Stel voor de NCD de debieten in op respectievelijk 5 en 11 milliliters per minuut voor waterstof en zuurstof, terwijl de brandertemperatuur op 925 graden Celsius wordt gehouden via de dubbele plasmacontroller van de detector. Injecteer vervolgens het monster met de autosampler door de analyse via de software te starten. Voer tijdens het online analyse-experiment heptaan en water toe met behulp van een computergestuurde rotatiepomp door het debiet in te stellen via de programmeerbare logische controller, of PLC, en voeg pyridine toe aan het convectiegedeelte van de reactor door de snelheid van de plunjerpomp handmatig in te stellen.

Verdampt en meng de feedstock voorafgaand aan het reactiegedeelte van de oven in twee afzonderlijk verwarmde zones die op een temperatuur van 500 °C worden gehouden. Stel vervolgens een temperatuurprofiel in voor de reactor van gelegeerd staal met een lengte van 12,4 meter en een interne diameter van 9 mm door de temperaturen in de vijf verwarmde zones via de PLC in te stellen. Voeg daarna vloeibare stikstof toe aan de GC-oven om de temperatuur te verlagen naar -40 °C.

Stel voor de NDC de debieten handmatig in op respectievelijk 5 en 11 milliliters per minuut voor waterstof en zuurstof, terwijl de brandertemperatuur op 925 graden Celsius wordt gehouden. Neem vervolgens een monster van het effluent uit de pilotplant op de lijn tussen 400 en 500 graden Celsius door eerst via de PLC de pneumatische zespoorts tweewegklep naar de spoelpositie te draaien en de monsterlus gedurende ten minste twee minuten door te spoelen. Draai daarna de pneumatische zespoorts tweewegklep via de PLC naar de injectiepositie.

Voor de bereiding van de interne standaard wordt chloropyradine opgelost in n-hexaan en wordt het mengsel handmatig geroerd. Voeg de interne standaard continu toe door het bereide mengsel via een capillaire overdrachtslijn te pompen, die centraal in de productstroom vóór het bemonsteringssysteem is geplaatst. Het chromatogram dat is verkregen met behulp van de offline tweedimensionale GC-NCD voor de karakterisering van stikstofhoudende verbindingen in schalieolie wordt hier getoond.

Verschillende verbindingen werden geïdentificeerd en hun concentraties werden bepaald. Het geanalyseerde monster bevatte 4,21 gewichtsprocent stikstofhoudende verbindingen, die hoofdzakelijk tot de pyridineklasse behoorden. Online tweedimensionale GC tof MS-analyse van de reactoruitstroom tijdens pyrolyse van een pyridin-heptaanmengsel werd gebruikt voor het identificeren van de reactieproducten en het vaststellen van de retentietijden van de verbindingen voor de geselecteerde chromatografische omstandigheden.

Voor het bepalen van de samenstelling van de reactoruitstroom bij gebruik van stoom als verdunner werd tweedimensionale GC-FID-analyse toegepast. De verkregen productconcentraties zijn hier vermeld. De online tweedimensionale GC-NCD-methode werd getest onder condities die waren gekozen om ontleding van pyridine te voorkomen, en de pyridineconcentratie van 819 ppm (massa) werd gemeten op basis van de verkregen detectorrespons en de bekende concentratie van de interne standaard.

De relatieve meetfout was minder dan drie procent. De tweedimensionale FID- en GC-NCD-chromatogrammen van een experiment met stoomkraken van heptaan met pyridine worden hier getoond. Er werden verschillende stikstofhoudende verbindingen gedetecteerd en de stikstofconcentratie in de reactietoevoer werd bepaald op 124,5 gewichtsonderdelen per miljoen, wat overeenkomt met een stikstofrecuperatie van 98,5 procent.

Zodra deze techniek onder de knie is, kunnen er nauwkeurige resultaten worden gegenereerd, zelfs voor sporenconcentraties van stikstofhoudende componenten. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat er een hoeveelheid interne standaarden moet worden toegevoegd die een concentratie oplevert die vergelijkbaar is met de concentratie van de detecteerbare producten. Na de ontwikkeling heeft deze techniek de weg vrijgemaakt voor onderzoekers op het gebied van de chemische kinetiek van de pyrolyse van stikstofhoudende koolwaterstoffen.

En dit met een aanzienlijk hogere precisie. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe discriminatie van verbindingen met een hoog kookpunt tijdens onlinesampling kan worden voorkomen. De hoge scheidingskracht van tweedimensionale GC in combinatie met een zeer gevoelige en selectieve detector stelt ons in staat om ver boven de huidige stand van de techniek uit te stijgen, en levert resultaten op die kwantificeerbaar, nauwkeurig en reproduceerbaar zijn.

Vergeet niet dat het werken met stikstofhoudende verbindingen uiterst gevaarlijk kan zijn. Oplossingen en monsters dienen in een geventileerde ruimte te worden bereid.