Shimadzu Journal Vol. 08 - Hydrocarbon Processing Industry

Význam tématu

V oblasti zpracování ropy a petrochemie je přesné stanovení stopových prvků, síry a složení uhlovodíkových frakcí klíčové pro dodržení legislativních limitů, ochranu katalyzátorů a optimalizaci paliv. Současně moderní požadavky na snížení spotřeby paliva a emisí podporují vývoj nových metod pro analýzu aromátů, olefinů i viskoelasticity olejových filmů na molekulární úrovni.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem je shrnout čtyři pokročilé analytické přístupy využívané v HPI: metodu GC-SCD pro selektivní detekci součástí síry, náhradu FIA analýzy aromátů pomocí HPLC-RID a GC-VUV, analýzu celkového obsahu síry v palivech metodou EDXRF a aplikaci FM-AFM pro zkoumání adhezních vrstev aditiv v mazivech.

Použitá metodika a instrumentace

• GC-SCD: Shimadzu Nexis GC-2030 s detektorem SCD-2030 pro chemiluminiscenční detekci síry
• HPLC-RID: Shimadzu Nexera/Prominence i-Series s refraktometrickým detektorem (ASTM D6379, D6591)
• GC-VUV: analýza aromátů a olefinů s vakuově-ultrafialovým detektorem (ASTM D8071, D8267)
• EDXRF: Shimadzu EDX-7000 s modifikací atmosféry (He-purge) a X-ray filtry pro analýzu síry dle ASTM D4294 a ISO 8754
• FM-AFM: Shimadzu SPM-8100FM pro frekvenční modulaci AFM pozorování vrstev aditiv v mazivech

Hlavní výsledky a diskuse

• GC-SCD: výborná selektivita proti uhlovodíkům, RSD retenčních časů <0,05 %, area RSD <4 %, ekvimolární odezva, recovery 0,8–1,1, LOD ≈2,5 ppm S
• HPLC-RID: nahrazuje dlouhou manuální FIA metodu zkrácením doby na 10–15 min, vyšší přesnost a možnost automatizace
• GC-VUV: přesné rozlišení koelučních složek, velmi citlivé spektrální dekonvoluce bez potřeby baseline rozlišení
• EDXRF: splněna kritéria opakovatelnosti a reprodukovatelnosti dle ASTM D4294 a ISO 8754 ve všech rozsazích 0,03 %–4 % S, LLD 2,49 ppm, aplikace na bunkrové palivo: 2,92 % S
• FM-AFM: mikroskopická identifikace a zobrazení vrstev aditiv na površích železného oxidu, vliv koncentrace esteru C18AP a karboxylových kyselin na uspořádání molekul

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost rutinního on-line i off-line monitoringu složení paliv a maziv
• Vysoká citlivost a selektivita pro bezpečnou a rychlou kontrolu kvality
• Redukce spotřeby chemikálií, časová úspora a minimalizace pracovních chyb
• Podpora dodržení přísných legislativních a průmyslových norem

Budoucí trendy a možnosti využití

• Širší zavádění alternativ k tradičním FIA-metodám a rozšíření GC-VUV, SFC
• Integrace s inteligentními systémy pro vyhodnocení dat a prediktivní údržbu
• Rozvoj nano-analýz pro hlubší pochopení interakcí na rozhraních pevnina-kapalina
• Miniaturizace přístrojů pro bodové měření a vzdálený dohled kvality paliv

Závěr

Prezentované metody představují robustní, přesná a citlivá analytická řešení pro klíčové úlohy v oblasti zpracování uhlovodíků a vývoje maziv. Jejich implementace přispěje k optimalizaci provozu, úspoře energie a snížení ekologické zátěže.

Reference

1. Yan X., Sep. Sci. 29(12):1931–1945 (2006)
2. Van Grieken R., Markowicz A., Handbook of X-Ray Spectrometry, CRC Press (2001)
3. ASTM D6379-19, Determination of Aromatic… HPLC-RID, ASTM Int., Conshohocken (2019)
4. ASTM D6591-19, Determination of Aromatic… HPLC-RID, ASTM Int., Conshohocken (2019)
5. ASTM D4294-16e1, Sulfur in Petroleum… EDXRF, ASTM Int., Conshohocken (2016)
6. ISO 8754:2003, Petroleum products – Energy-Dispersive X-Ray Fluorescence, ISO, Geneva (2003)
7. Corbett J.J. et al., Environ Sci Technol 41:8512–8518 (2007)
8. Bell M.L., Davis D.D., Environ Health Perspect 109(3):389–394 (2001)
9. Nakamura A. et al., Nature 554:249–254 (2018)
10. IEA-AMF Fuel Information Database (2020)