Controlling the Sulfur Content in Ultra Low Sulfur Diesel (ULSD) Fuels

Význam tématu

Kontrola obsahu síry v naftových palivech je klíčová pro snížení emisí SO2 a ochranu životního prostředí, kulturního dědictví i lidského zdraví. Vysoce toxické oxidy síry přispívají k acidifikaci srážek, korozivním vlivům na stavební materiály a zhoršení kvality ovzduší ve městských aglomeracích. Zároveň nízký obsah síry prodlužuje životnost katalyzátorů v rafinérních i automobilových filtrech.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřuje na reprodukovatelné stanovení koncentrace síry v dieselových palivech na úrovni jednotek ppm pomocí energeticky disperzní rentgenové fluorescenční spektroskopie. Cílem je navrhnout procesní kontrolní postup pro rafinérní laboratoře, který zajistí plnění legislativních požadavků na ultra nízkosirné palivo.

Použitá metodika a instrumentace

• Metoda Energeticky disperzní rentgenová fluorescenční spektroskopie s minimální přípravou vzorku
• Příprava vzorku Přímé odměření 10 ml nafty do specializované vzorkové misky s tenkou fólií
• Měření Analýza za atmosféry helia s celkovou dobou 5 až 7 minut včetně času pro puržování
• Kalibrace Pěti bodová kalibrační křivka 0 až 28 ppm využívající referenční standardy NIST a blank vzorek

Použitá instrumentace

• Spektrometr Shimadzu EDX 720 s nastavením 15 kV / 1000 µA
• Primární filtr Hliníkový filtr pro potlačení rušivých zářivých linií
• Detektor Si Li s beryliovým okénkem
• Příslušenství Heliační modul, vakuový kit, automatický vzorkovač a CCD kamera pro přesné polohování

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrace prokázala vysokou linearitu v rozsahu 0 až 14 ppm s kritickou přesností lepší než 0,25. Pro širší rozsahy koncentrací se osvědčilo rozdělení do dvou kalibračních křivek kvůli maticovým vlivům paliva. Při opakovaných statických a dynamických měřeních referenčního vzorku 7 ppm byl zjištěn průměr 6,88 ppm s relativní chybou 4,1 a směrodatnou odchylkou 0,72 ppm. Procesní řídicí diagram ukázal snadné vyhodnocení výsledků a jasnou identifikaci vzorků mimo stanovené meze.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá analýza 3 až 7 minut bez komplikované chemické přípravy
• Možnost přímého nasazení v rafinérních laboratořích pro kontrolu kvality v reálném čase
• Snížení provozních nákladů díky eliminaci časově náročné a rizikové přípravy vzorků
• Vysoká reprodukovatelnost výsledků a nízké provozní nároky na obsluhu

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metody na stanovení dalších nežádoucích prvků v palivech
• Integrace s automatizovanými výrobními linkami a real time monitoringem
• Nasazení pokročilých algoritmů a strojového učení pro prediktivní procesní kontrolu
• Vývoj přenosných přístrojů pro terénní měření a rychlou inspekci

Závěr

Spektrometr EDX 720 je účinný, rychlý a cenově dostupný screeningový nástroj pro stanovení ultra nízkých koncentrací síry v naftových palivech. Splňuje regulované limity, poskytuje vysoce reprodukovatelné výsledky a díky kompaktnímu provedení se snadno integruje do laboratorního provozu s minimální údržbou.

Reference

1. National Science and Technology Council National Acid Precipitation Assessment Program Report to Congress An Integrated Assessment Washington D C June 2005
2. Karunaratne Suhashini A R Wijetilleke Lakdasa Air Quality Management Considerations for Developing Countries The World Bank Washington D C 1995
3. An Baigang Zhang Xueyuan Corrosion and Runoff Behavior of Carbon Steel in Simulated Acid Rain J Mater Sci Technol 2004 20 2
4. National Resources Defense Council Subtracting Sulfur Reducing Diesel Sulfur Levels to Reduce Urban Pollution 2002
5. US Environmental Protection Agency Introduction of Cleaner Burning Diesel Fuel Enables Advanced Pollution Control for Cars Trucks and Buses Office of Transportation and Air Quality May 2006
6. Tobias Justin Charles Megacities Sustainability Transport and Economic Development MIT 2003
7. Boehman A L Song J Impact of Biodiesel Blending on Diesel Soot and the Regeneration of Particulate Filters Energy Fuels 2005 19 5
8. Kelly W R Vocke R D et al New Low Sulfur Diesel SRMs NIST Gaithersburg 2006
9. Sagia Richard Miskolczi Norbert Elemental Analysis of Engine Oils Using EDXRFS and ICP AES Petroleum Coal 2008 50 1
10. ASTM International Standard Test Method for Sulfur in Petroleum and Petroleum Products by EDXRF Designation D 4294 03 2003
11. ASTM International Standard Practice for Optimization Sample Handling Calibration and Validation of X ray Fluorescence Spectrometry Methods for Elemental Analysis of Petroleum Products and Lubricants Designation D 7343 07 2007