ASTM D8322: Elemental Analysis of Crude Oil and Residual Fuels using MP-AES

Význam tématu

Stopové prvky jako železo, vanad, nikl a další mohou během rafinace ropy poškozovat katalyzátory a snižovat kvalitu paliv. Jejich monitorování je klíčové pro optimalizaci procesů při výrobě pohonných hmot a minimalizaci emisí.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo ověřit nový standard ASTM D8322-20 pro stanovení prvků Fe, V, Ni, Ca, Na, K, Al, Si, Zn a S v surové ropě a residuálních palivech pomocí mikrovlnné plazmové atomové emisní spektroskopie (MP-AES). Metoda nahrazuje několik dosavadních postupů jediným „dilute and shoot“ protokolem a zjednodušuje přípravu vzorků.

Použitá instrumentace

Pro analýzu byly použity tři přístroje Agilent 4210 MP-AES v kombinaci s:

• dusíkovým generátorem Agilent 4107 nebo rozvodem N₂
• organics kitem včetně EGCM modulu, OneNeb Series 2 nebulizéru a cyklonické směšovací komory
• automatickým vzorkovačem Agilent SPS 4
• softwarem MP Expert s přednastavenými aplikačními apllety

Metodika

Vzorky ropy a paliv se ředily olejem v o-xylenovém prostředí na 10 % (hm.). Kalibrace probíhala pomocí certifikovaných víceprvkových standardů v rozsahu 0,1–70 mg/kg (S 0,04–2 g/kg). Vnitřní standard ytrium (20 mg/kg) korigoval stabilitu odezvy. Použito automatické odečítání pozadí a opakované měření trojnásobným vzorkováním.

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrační křivky pro všechny prvky byly lineární v rozsahu metody.
• Kontinuální ověřovací vzorky vykázaly stabilitu v rámci ±20 % během čtyř dnů provozu bez nutnosti přenastavení.
• Obnovení hodnot v referenčních materiálech (NIST SRM a třetí strany) bylo v ±10 % od osvědčených hodnot (Ca v palivech do ±20 %).
• Spike recovery testy potvrzují přesnost metody v reálných vzorcích v toleranci ±20 %.
• Koncentrace prvků v analyzovaných vzorcích se pohybovaly například od 1 do 364 mg/kg pro V, další prvky vykazovaly obdobnou variabilitu v závislosti na typu vzorku.

Přínosy a praktické využití

Metoda ASTM D8322-20 zkracuje a zjednodušuje přípravu vzorků, eliminuje nebezpečí spojená s použitím hořlavých plynů, snižuje náklady na spotřební materiál a plyn a umožňuje rychlé rutinní měření jak v průmyslových laboratořích, tak v terénu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Mikrovlnná plazmová AES se bude dále rozšiřovat o online monitorování rafinérských procesů, integraci s chemometrickými nástroji pro prediktivní údržbu a automatizaci datového toku do systému průmyslového Internetu věcí (IIoT).

Závěr

Nově zavedená metoda ASTM D8322-20 pro MP-AES je rychlá, bezpečná a poskytuje spolehlivé výsledky pro široké spektrum prvků v ropě a palivech. Díky své robustnosti a nízkým provozním nákladům je ideální pro rutinní kontrolní analýzy.

Reference

• 1. S. Rand a A. Verstuyft, eds., Significance of Tests for Petroleum Products: 9th ed., Chapter 23, ASTM International, 2018.
• 2. ASTM D8322-20, Standard Test Method for Determination of Elements in Residual Fuels and Crude Oils by MP-AES, ASTM International, 2020.
• 3. Agilent Technologies, Measuring Elements in Residual Fuels and Crude Oil per Method ASTM D8322 Using an Agilent 4210 MP-AES, publ. 5994-2460EN.
• 4. ASTM D5708-15(2020)e1, Standard Test Methods for Determination of Ni, V, Fe in Crude Oils by ICP-OES, ASTM International, 2020.
• 5. ASTM D5863-00a(2016), Standard Test Methods for Determination of Ni, V, Fe, Na in Crude Oils by FAAS, ASTM International, 2016.
• 6. Agilent Technologies, MP Expert Software User Guide, publ. 5990-8975EN.