Karmaşık Hidrokarbon Matrisler içinde İçeren Bileşiklerin Azot On-line Analizi
August 5th, 2016
Azot kimyasal aydınlatma kapsamlı iki boyutlu gaz kromatografisi birleştiren bir yöntem geliştirilmiş ve karmaşık bir hidrokarbon matrisi içinde azot içeren bileşiklerin on-line analiz uygulanmıştır.
Bu deneyin genel amacı, karmaşık bir hidrokarbon matrisinde nitrojen içeren bileşikleri tespit etmek ve miktarını belirlemektir. Bu yöntem, kimya mühendisliği ve petrokimya endüstrisi alanında, bir buhar krakerinin veya diğer petrokimya akışlarının atık su akışının tam bir analizi gibi soruları ele alır. Bu tekniğin temel avantajı, kapsamlı ve nicel olmasıdır.
Bu tekniğin sonuçları, reaktör atık su akışındaki nitrojen içeren bileşiklerin güvenilir, kantitatif analizini sağladığı için buhar izleme ürünlerinin algılama spektrumuna kadar uzanır. Bu yöntem, nitrojen içeren hidrokarbonların kimyası hakkında bilgi sağlar, ancak biyokütlenin hızlı felci gibi diğer işlemlere de uygulanabilir. Genel olarak, bu yönteme yeni olan araştırmacılar, yüksek sıcaklıkta örnekleme ile ilgili zorluklarla mücadele edeceklerdir.
Bu prosedüre başlamak için, analitik terazi kullanarak iki cam şişeyi tartın ve ölçülen değerleri not edin. İlk şişeye yaklaşık 25 miligram iç standart olan 2-Kloropiridin ekleyin. Bunu takiben, ilk flakon ile terazinin darasını alın ve yaklaşık 1.100 miligram şeyl yağı numunesi ekleyin.
Karışımı karıştırmak için şişeyi hafifçe sallayın. İkinci şişeyi teraziye yerleştirin ve terazinin darasını alın. Hazırlanan karışımın yaklaşık 25 miligramını ikinci şişeye aktarın ve ardından yaklaşık 450 miligram orijinal şeyl yağı numunesi ekleyin.
Çift aşamalı kriyojenik sıvı karbon dioksit modülatörü ile donatılmış iki boyutlu bir GC cihazı kullanarak iki boyutlu GC-NCD analizini gerçekleştirin. İlk olarak, birinci boyut polar olmayan PONA sütununu doğrudan ikinci boyut orta polar BPX50 sütununa bağlayın. Şeyl petrolündeki azot içeren bileşiklerin tespiti için optimize edilmiş iki boyutlu çalışma koşullarını, yazılımdaki parametreleri ayarlayarak uygulayın.
NCD için, dedektörün çift plazma kontrolöründe brülör sıcaklığını 925 santigrat derecede tutarken, hidrojen ve oksijen için akış hızlarını sırasıyla dakikada beş ve 11 mililitre olarak ayarlayın. Ardından, yazılım aracılığıyla analizi başlatarak otomatik örnekleyiciyi kullanarak numuneyi enjekte edin. Çevrimiçi analiz deneyi sırasında, programlanabilir mantıksal denetleyici veya PLC kullanarak akış hızını ayarlayarak bilgisayar kontrollü bir döner pompa kullanarak heptan ve su besleyin ve pistonlu pompanın hızını manuel olarak ayarlayarak reaktör konveksiyon bölümüne piridin ekleyin.
Fırının reaksiyon bölümünden önce, besleme stoğunu 500 santigrat derece sıcaklıkta tutulan iki ayrı ısıtılmış bölgede buharlaştırın ve karıştırın. Şimdi, 12,4 metre uzunluğunda ve 9 milimetre iç çaplı alaşımlı çelik reaktöre, PLC kullanarak ısıtılan beş bölgedeki sıcaklıkları ayarlayarak bir sıcaklık profili uygulayın. Ardından, sıcaklığı eksi 40 santigrat dereceye düşürmek için GC fırınının içine sıvı nitrojen ekleyin.
NDC için, brülör sıcaklığını 925 santigrat derecede tutarken, hidrojen ve oksijen için akış hızlarını sırasıyla dakikada 5 ve 11 mililitre olarak manuel olarak ayarlayın. Daha sonra, önce pnömatik altı portlu iki vanayı PLC'yi kullanarak temizleme konumuna çevirerek ve numune döngüsünü en az iki dakika boyunca yıkayarak pilot tesis atık suyunu 400 ila 500 santigrat derece arasında hat üzerinde numune alın. Bunu takiben, PLC'yi kullanarak pnömatik altı portlu iki valfi enjeksiyon konumuna çevirin.
Dahili standart hazırlık için, iki kloropiradini n heksan içinde çözün ve karışımı manuel olarak karıştırın. Hazırlanan karışımı, numune alma sisteminden önce ürün akışında merkezi olarak konumlandırılmış bir kılcal transfer hattından pompalayarak dahili standardı sürekli olarak ekleyin. Şeyl yağındaki nitrojen içeren bileşiklerin karakterizasyonu için çevrimdışı iki boyutlu GC-NCD kullanılarak elde edilen kromatogram burada gösterilmektedir.
Birkaç bileşik tanımlandı ve konsantrasyonları belirlendi. Analiz edilen numune, esas olarak piridin sınıfına ait olan nitrojen içeren bileşiklerin ağırlıkça yüzde 4.21'ini içeriyordu. Bir piridin heptan karışımının pirolizi sırasında reaktör suyunun çevrimiçi iki boyutlu GC tof MS analizi, reaksiyon ürünlerini tanımlamak ve seçilen kromatografik koşullar için bileşik tutma sürelerini belirlemek için kullanıldı.
Seyreltici olarak buhar kullanılırken reaktör zengin bileşimini belirlemek için iki boyutlu GC FID analizi kullanıldı. Elde edilen ürün konsantrasyonları burada listelenmiştir. Çevrimiçi iki boyutlu GC-NCD yöntemi, piridinin ayrışmasını önlemek için seçilen koşullarda test edildi ve elde edilen dedektör yanıtı ve bilinen dahili standart konsantrasyon kullanılarak milyon ağırlık başına 819 parça piridin konsantrasyonu ölçüldü.
Ölçümün nispi hatası yüzde üçten azdı. Piridin ile bir heptan buhar parçalama deneyinin iki boyutlu FID ve GC NCD kromatogramları burada gösterilmektedir. Birkaç nitrojen içeren bileşik tespit edildi ve nitrojen konsantrasyonu ve reaksiyon zenginliği, yüzde 98.5'lik bir nitrojen geri kazanımına karşılık gelen milyon ağırlık başına 124.5 parça olarak belirlendi.
Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik, nitrojen içeren bileşenlerin eser konsantrasyonları için bile doğru sonuçlar üretebilir. Bu prosedürü denerken, tespit edilebilir ürünlerin konsantrasyonuna benzer bir konsantrasyon sağlayacak dahili standartların bir miktarını eklemeyi unutmamak önemlidir. Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, azot içeren hidrokarbonların felcinin kimyasal kinetiği alanındaki araştırmacıların yolunu açtı.
Ve bu önemli ölçüde daha yüksek bir hassasiyetle. Bu videoyu izledikten sonra, çevrimiçi örnekleme sırasında yüksek kaynama noktalı bileşiklerin ayrımını nasıl önleyeceğinizi iyi anlamış olmalısınız. Çok hassas ve seçici bir dedektörle birleştirilen iki boyutlu bir GC'nin yüksek ayırma gücü, en son teknolojinin çok ötesine geçmemizi sağlar ve ölçülebilir, doğru ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlar.
Azot içeren bileşiklerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın. Çözeltiler ve numuneler havalandırılan bir alanda hazırlanmalıdır.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Genel Bakış
Bu makale, karmaşık hidrokarbon matrislerinde azot içeren bileşiklerin analizi için kapsamlı iki boyutlu gaz kromatografisini azot kimilüminesans tespiti ile birleştiren bir yöntem sunar. Bu teknik, özellikle kimya mühendisliği ve petrokimya endüstrisinde uygulamalar için önemlidir.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kimya Mühendisliği
- Petrokimya Analizi
- Çevre Kimyası
Arka Plan
- Azot içeren bileşiklerin tespiti çeşitli endüstriyel süreçlerde kritik öneme sahiptir.
- Buhar kırıcılardan çıkan atık akışlarının çevresel uyum için kapsamlı analiz gerektirir.
- Mevcut yöntemler kapsamlı kantitatif yeteneklerden yoksun olabilir.
- Yüksek sıcaklıkta örnekleme araştırmacılar için zorluklar sunar.
Çalışmanın Amacı
- Azot içeren bileşikleri tespit etmek ve nicellemek için güvenilir bir yöntem geliştirmek.
- Azot içeren hidrokarbonlarda bulunan kimyaya dair anlamayı geliştirmek.
- Biyokütle dönüşümü dahil diğer süreçler için uygulanabilir bilgiler sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Kapsamlı iki boyutlu gaz kromatografisi.
- Azot kimilüminesans tespiti.
- Karmaşık hidrokarbon matrislerinin çevrimiçi analizi.
- Atık akışlarının kantitatif değerlendirilmesi.
Ana Sonuçlar
- Yöntem, azot içeren bileşiklerin kapsamlı analizini sağlar.
- Petrokimyasal akışlar için güvenilir kantitatif veriler sağlar.
- Elde edilen bilgiler buhar izleme ürünlerinin tespitinde bilgi sağlayabilir.
- Yüksek sıcaklıkta örnekleme ile ilgili zorluklar belirlenmiştir.
Sonuçlar
- Geliştirilen yöntem, hidrokarbon matrislerinde azot bileşiklerinin analizini önemli ölçüde geliştirir.
- Petrokimya endüstrisi ve çevresel izleme için geniş kapsamlı etkileri vardır.
- Gelecekteki araştırmalar örnekleme zorluklarının üstesinden gelmeye odaklanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
This method enables comprehensive and quantitative analysis of nitrogen-containing compounds in complex hydrocarbon matrices, addressing a critical need in petrochemical process optimization and environmental compliance. By providing reliable detection of species that influence thermal process operations and pose environmental hazards, it supports mechanistic de-risking in steam cracking and related unit operations. The technique enhances predictive confidence in feedstock evaluation and reaction pathway understanding for downstream processing decisions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of nitrogen-containing compound behavior in hydrocarbon systems, supporting hypothesis testing around reaction mechanisms and degradation pathways.
- Operational Value: Provides standardized, reproducible quantification using internal calibration with 2-chloropyridine, reducing variability in effluent stream analysis.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates comprehensive chromatographic profiles via GC×GC-TOF-MS/FID/NCD, facilitating identification of reaction products and establishment of retention times for targeted compound monitoring.
- Operational Value: Delivers quantitative nitrogen concentration data with <3% relative error, enabling reliable compound evaluation and process control in pyrolysis experiments.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports continuity from discovery through validation by characterizing nitrogen compound transformations under pyrolysis conditions, informing risk assessment for thermally driven processes.
- Operational Value: Enables replication of analytical conditions across pilot plant and laboratory settings, fostering cross-functional consistency in data generation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery workflows by providing quantitative effluent analysis that informs reaction optimization and feedstock selection, particularly for nitrogen-containing hydrocarbon systems under thermal stress.
- Discovery Biology: Supports mechanistic de-risking by quantifying nitrogen-containing compound formation and degradation, clarifying reaction pathways in complex matrices.
- Screening: Delivers assay-ready quantitative outputs via NCD with internal standardization, enabling reliable comparison of compound concentrations across experimental conditions.
- Analytics: Provides multi-detector readouts (TOF-MS, FID, NCD) that deliver complementary identification and quantification data for comprehensive effluent characterization.
- Translational Research: Connects laboratory-scale pyrolysis studies to pilot plant validation, supporting scale-up decisions for thermally driven processes.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable analytical platform for nitrogen compound monitoring applicable to diverse hydrocarbon feedstocks and reaction systems.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in nitrogen hydrocarbon chemistry through selective, sensitive detection of trace nitrogen-containing species.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized sampling, internal standardization, and optimized GC×GC conditions, supporting reliable longitudinal studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in process development by providing accurate nitrogen recovery data (e.g., 98.5% recovery demonstrated) and quantifying environmentally relevant species.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of feedstocks and reaction conditions based on quantified nitrogen compound profiles and associated operational hazards.
Implementation Considerations
- Expertise in comprehensive two-dimensional gas chromatography operation and maintenance, including cryogenic modulation and dual-column configuration.
- Access to GC×GC instrumentation equipped with NCD, TOF-MS, and FID detectors, along with automated sampling systems capable of high-temperature effluent extraction.
- Standardization of internal standard preparation (e.g., 2-chloropyridine in n-hexane) and continuous infusion protocols for accurate quantification.
- Adaptation considerations for varying hydrocarbon matrices, requiring optimization of temperature profiles and sampling points to prevent thermal degradation or discrimination of high-boiling compounds.
- Practical limitations include challenges related to high-temperature sampling and the need for ventilated preparation areas due to hazards associated with nitrogen-containing compounds.
