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 данного эксперимента заключается в обнаружении и количественном определении азотсодержащих соединений в сложной углеводородной матрице. Этот метод позволяет решать вопросы в области химического машиностроения и нефтехимической промышленности, такие как полный анализ потока эффлюента парового крекера или других нефтехимических потоков. Основным преимуществом данного метода является его комплексный и количественный характер.
Значение данной методики распространяется на спектр обнаружения продуктов отслеживания пара, поскольку она обеспечивает надежный количественный анализ азотсодержащих соединений в потоке эффлюента реактора. Этот метод позволяет изучить химию азотсодержащих углеводородов, но его также можно применять к другим процессам, таким как быстрый пиролиз биомассы. Как правило, исследователи, впервые использующие данный метод, сталкиваются с трудностями, связанными с отбором проб при высоких температурах.
Для начала данной процедуры взвесьте два стеклянных флакона на аналитических весах и запишите полученные значения. Добавьте примерно 25 milligrams внутреннего стандарта, 2-Chloropyridine, в первый флакон. После этого обнулите весы с первым флаконом и добавьте примерно 1, 100 milligrams образца сланцевой нефти.
Осторожно встряхните флакон, чтобы перемешать смесь. Поместите второй флакон на весы и обнулите их. Перенесите примерно 25 milligrams подготовленной смеси во второй флакон, а затем добавьте примерно 450 milligrams исходного образца сланцевой нефти.
Выполните двумерный ГХ-АДД анализ с использованием двумерного газового хроматографа, оснащенного двухстадийным криогенным модулятором на жидком диоксиде углерода. Сначала соедините неполярную колонку PONA первого измерения непосредственно с колонкой BPX50 средней полярности второго измерения. Установите в программном обеспечении параметры двумерного режима работы, оптимизированные для детектирования азотсодержащих соединений в сланцевой нефти.
Для NCD установите скорость потока водорода и кислорода на уровне 5 и 11 мл/мин соответственно, поддерживая температуру горелки на отметке 925 °C с помощью двухканального контроллера плазмы детектора. Затем введите образец с помощью автосамплера, запустив анализ через программное обеспечение. В ходе эксперимента по онлайн-анализу подавайте гептан и воду с помощью компьютерного роторного насоса, установив скорость потока через программируемый логический контроллер (ПЛК), и вводите пиридин в конвекционную секцию реактора, вручную настраивая скорость поршневого насоса.
Перед реакционной секцией печи испарите и перемешайте исходное сырье в двух раздельно нагреваемых зонах, поддерживаемых при температуре 500 °C. Затем задайте температурный профиль для реактора из легированной стали длиной 12,4 м и внутренним диаметром 9 мм, установив температуры в пяти зонах нагрева с помощью ПЛК. После этого подайте жидкий азот внутрь термостата ГХ для снижения температуры до -40 °C.
Для NDC вручную установите скорость потока водорода на 5 мл/мин, а кислорода — на 11 мл/мин, поддерживая температуру горелки на уровне 925 °C. Затем проведите отбор пробы эффлюента пилотной установки в потоке при температуре от 400 до 500 °C, сначала переведя пневматический шестипортовый двухходовой клапан в положение продувки с помощью ПЛК и промывая контур отбора проб в течение не менее двух минут. После этого с помощью ПЛК переведите пневматический шестипортовый двухходовой клапан в положение ввода пробы.
Для приготовления внутреннего стандарта растворите два хлорпиридина в н-гексане и перемешайте смесь вручную. Добавляйте внутренний стандарт непрерывно, перекачивая приготовленную смесь через капиллярную линию переноса, которая расположена по центру потока продукта перед системой отбора проб. Здесь представлена хроматограмма, полученная с помощью двухмерной ГХ-ДДЦ в автономном режиме для определения характеристик азотсодержащих соединений в сланцевой нефти.
Был идентифицирован ряд соединений и определены их концентрации. Анализируемый образец содержал 4,21 мас. % азотсодержащих соединений, преимущественно относящихся к классу пиридинов. Для идентификации продуктов реакции и установления времен удерживания соединений при выбранных хроматографических условиях использовался онлайн двухмерный анализ эффлюента реактора в режиме ГХ-TOF-МС в процессе пиролиза смеси пиридина и гептана.
Для определения состава потока на выходе из реактора при использовании пара в качестве разбавителя применялся двухмерный анализ ГХ-ПИД. Полученные концентрации продуктов приведены здесь. Метод онлайн двухмерной ГХ-ДСП был протестирован при условиях, выбранных для предотвращения разложения пиридина; концентрация пиридина, составившая 819 ppm по массе, была определена на основании полученного отклика детектора и известной концентрации внутреннего стандарта.
Относительная погрешность измерения составила менее трех процентов. Здесь представлены двумерные хроматограммы ПИД и ГХ-ДПД эксперимента по паровому крекингу гептана с пиридином. Было обнаружено несколько азотсодержащих соединений; концентрация азота в реакционной смеси составила 124,5 ppm по массе, что соответствует выходу азота 98,5 процента.
После освоения эта методика позволяет получать точные результаты даже при следовых концентрациях азотсодержащих компонентов. При выполнении данной процедуры важно помнить, что количество внутренних стандартов должно быть таким, чтобы итоговая концентрация была близка к концентрации определяемых продуктов. После своей разработки этот метод открыл исследователям путь к изучению химической кинетики парализа азотсодержащих углеводородов.
И всё это с существенно более высокой точностью. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как предотвратить дискриминацию высококипящих соединений при онлайн-отборе проб. Высокая разделительная способность двухмерной ГХ в сочетании с очень чувствительным и селективным детектором позволяют нам выйти далеко за пределы современного уровня технологий, обеспечивая количественные, точные и воспроизводимые результаты.
Не забывайте, что работа с азотсодержащими соединениями может быть крайне опасной. Растворы и образцы следует готовить в вентилируемом 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.
