Análise on-line de compostos contendo azoto em matrizes de hidrocarbonetos complexos

O objetivo geral deste experimento é detectar e quantificar compostos contendo nitrogênio em uma matriz complexa de hidrocarbonetos. Este método aborda questões no campo da engenharia química e da indústria petroquímica, como uma análise completa do fluxo de efluentes de um craqueador a vapor ou outros fluxos petroquímicos. A principal vantagem dessa técnica é que ela é abrangente e quantitativa.

As implicações dessa técnica se estendem ao espectro de detecção de produtos de rastreamento de vapor porque fornece análise quantitativa confiável de compostos contendo nitrogênio no fluxo de efluentes do reator. Este método fornece informações sobre a química dos hidrocarbonetos contendo nitrogênio, mas também pode ser aplicado a outros processos, como a paralisia rápida da biomassa. Geralmente, os pesquisadores novos nesse método terão dificuldades com desafios relacionados à amostragem de alta temperatura.

Para iniciar este procedimento, pesar dois frascos de vidro usando uma balança analítica e anotar os valores medidos. Adicione aproximadamente 25 miligramas do padrão interno, 2-cloropiridina, ao primeiro frasco. Em seguida, tarar a balança com o primeiro frasco e adicionar aproximadamente 1.100 miligramas de uma amostra de óleo de xisto.

Agite suavemente o frasco para misturar a mistura. Coloque o segundo frasco para injetáveis na balança e tara a balança. Transfira aproximadamente 25 miligramas da mistura preparada para o segundo frasco e, em seguida, adicione aproximadamente 450 miligramas da amostra original de óleo de xisto.

Realize a análise bidimensional de GC-NCD usando um instrumento de GC bidimensional equipado com um modulador de dióxido de carbono líquido criogênico de dois estágios. Primeiro, conecte a coluna PONA não polar da primeira dimensão diretamente à coluna BPX50 polar média da segunda dimensão. Aplique as condições operacionais bidimensionais otimizadas para detecção de compostos contendo nitrogênio no óleo de xisto, definindo os parâmetros no software.

Para o NCD, defina as taxas de fluxo em cinco e 11 mililitros por minuto para hidrogênio e oxigênio, respectivamente, mantendo a temperatura do queimador em 925 graus Celsius no controlador de plasma duplo do detector. Em seguida, injete a amostra usando o amostrador automático, iniciando a análise por meio do software. Durante o experimento de análise on-line, alimente heptano e água usando uma bomba rotativa controlada por computador, definindo a vazão usando o controlador lógico programável ou PLC e introduza piridina na seção de convecção do reator definindo manualmente a velocidade da bomba de pistão.

Antes da seção de reação do forno, evapore e misture o material de alimentação em duas zonas aquecidas separadamente, mantidas à temperatura de 500 graus Celsius. Agora, imponha um perfil de temperatura ao reator de aço ligado de 12,4 metros de comprimento e 9 milímetros de diâmetro interno, definindo as temperaturas nas cinco zonas aquecidas usando o PLC. Em seguida, adicione nitrogênio líquido dentro do forno GC para diminuir a temperatura para menos 40 graus Celsius.

Para o NDC, defina manualmente as taxas de fluxo em 5 e 11 mililitros por minuto para hidrogênio e oxigênio, respectivamente, mantendo a temperatura do queimador em 925 graus Celsius. Em seguida, faça uma amostra do efluente da planta piloto on-line entre 400 e 500 graus Celsius, girando primeiro a válvula pneumática de seis vias para a posição de purga usando o PLC e lavando o circuito de amostra por pelo menos dois minutos. Em seguida, gire a válvula pneumática de seis vias para a posição de injeção usando o PLC.

Para a preparação do padrão interno, dissolver duas cloropiradinas em n hexano e agitar manualmente a mistura. Adicione o padrão interno continuamente bombeando a mistura preparada através de uma linha de transferência capilar que é posicionada centralmente no fluxo do produto antes do sistema de amostragem. O cromatocgrama obtido usando o GC-NCD bidimensional offline para caracterização de compostos contendo nitrogênio em óleo de xisto é mostrado aqui.

Vários compostos foram identificados e suas concentrações foram determinadas. A amostra analisada continha 4,21 por cento em peso de compostos contendo nitrogênio, principalmente pertencentes à classe das piridinas. A análise bidimensional GC tof MS on-line do afluente do reator durante a pirólise de uma mistura de heptano piridina foi utilizada para identificar os produtos da reação e estabelecer os tempos de retenção do composto para as condições cromatográficas selecionadas.

A análise bidimensional de GC FID foi usada para determinar a composição do afluente do reator enquanto usava vapor como diluente. As concentrações do produto obtidas estão listadas aqui. O método GC-NCD bidimensional on-line foi testado em condições selecionadas para evitar a decomposição da piridina e a concentração de piridina de 819 partes por milhão de peso foi medida usando a resposta do detector obtida e a concentração padrão interno conhecida.

O erro relativo da medição foi inferior a três por cento. Os cromatogramas bidimensionais FID e GC NCD de um experimento de craqueamento a vapor de heptano com piridina são mostrados aqui. Vários compostos contendo nitrogênio foram detectados e a concentração de nitrogênio e o afluente da reação foram determinados em 124,5 partes por milhão de peso, o que corresponde a uma recuperação de nitrogênio de 98,5%.

Uma vez dominada, essa técnica pode gerar resultados precisos mesmo para concentrações residuais de componentes contendo nitrogênio. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de adicionar uma quantidade de padrões internos que darão uma concentração semelhante à concentração de produtos detectáveis. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores na área de cinética química da paralisia de hidrocarbonetos contendo nitrogênio.

E isso com uma precisão substancialmente maior. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como evitar a discriminação de compostos de alto ponto de ebulição durante a amostragem on-line. O alto poder de separação de um GC bidimensional combinado com um detector muito sensível e seletivo nos permite ir muito além do estado da arte e fornece resultados quantificáveis, precisos e reprodutíveis.

Não se esqueça de que trabalhar com compostos contendo nitrogênio pode ser extremamente perigoso. As soluções e amostras devem ser preparadas em uma área ventilada.