Name: on-line analysis of nitrogen containing compounds in complex hydrocarbon matrixes
Uploaded: 2016-08-05T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about On-line Analysis of Nitrogen Containing Compounds in Complex Hydrocarbon Matrixes at JoVE.com

Het SBO project &quot;Bioleum&quot; (IWT-SBO 130.039), ondersteund door het Instituut voor de Aanmoediging van Innovatie door Wetenschap en Technologie in Vlaanderen (IWT) en het &#39;Long Term Structural Methusalem financiering door de Vlaamse Regering&#39; worden erkend.

Let op: Raadpleeg de relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) van alle verbindingen voor gebruik. Passende veiligheidsmaatregelen praktijken worden aanbevolen. Oplossingen en monsters moeten worden bereid in de zuurkast, terwijl het gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen. Best practice impliceert het gebruik van een veiligheidsbril, bescherming laboratorium handschoenen, laboratoriumjas, volledige lengte broek en dichte schoenen. De reactor moet goed worden afgesloten als meerdere reactanten en reactieproducten acuut giftig en kan...

De beschreven experimentele procedures mogelijk een succesvolle uitgebreide off-line en on-line identificatie en kwantificatie van stikstofhoudende verbindingen in de onderzochte monsters. De scheiding van stikstof bevattende verbindingen schalieolie werd uitgevoerd onder toepassing van GC × GC-NCD, zie figuur 3. Aangezien de NCD niet kan worden gebruikt voor identificatie, de retentietijd waargenomen soorten moeten vooraf worden vastgesteld door het uitvoeren van analyses ...

De reserves van licht zoete ruwe olie geleidelijk afneemt, en dus worden alternatieve fossiele bronnen overwogen voor gebruik in de energie en petrochemische industrie. Bovendien, hernieuwbare energiebronnen zoals bio-olie, verkregen door snelle pyrolyse van biomassa worden een steeds aantrekkelijker middelen van bio-brandstoffen en chemicaliën. Niettemin zware ruwe olie is een logische eerste keuze vanwege de grote bewezen reserves in Canada en Venezuela 1-3. Deze laatste worden beschouwd als de grootste ruwe oliereserves in de wereld en hun samenstelling is vergelijkbaar met de samenstelling van natuurlijk bitumen. Vergelijkbaar met bio-olie, zware ruwe oliën afwijken van lichte ruwe olie door de hoge viscositeit bij temperaturen reservoir met hoge dichtheid (lage API-dichtheid), en significante inhoud van stikstof, zuurstof en zwavel bevattende verbindingen 4,5. Een ander veelbelovend alternatief is schalie-olie, afkomstig van schalie-olie. Olieschalie is een fijnkorrelig sedimentair gesteente conbevattende kerogeen, een mengsel van organische chemische verbindingen met een molecuulgewicht zo hoog als 1000 Da 6. Kerosine kunnen organische zuurstof, stikstof en zwavel in de koolwaterstof matrix bevatten; afhankelijk van de oorsprong, de leeftijd en de extractieomstandigheden. Global karakteriseringsmethoden gebleken dat de concentratie van heteroatomen (S, N en O) in leiolie en zware ruwe oliën kenmerkend aanzienlijk hoger dan het voor de in bijvoorbeeld de petrochemische industrie 6 productenspecificaties. Het is goed gedocumenteerd dat stikstof bevattende verbindingen aanwezig in gebruikelijke zware ruwe olie en leisteenolie een negatief effect op de katalysatoractiviteit bij hydrokraken, katalytisch kraken en reformeerwerkwijzen 7. Ook is vermeld dat de aanwezigheid van stikstof bevattende verbindingen zijn geen gevaar omdat ze bevorderen gomvorming in de koude box of een steamcracker 8. Deze verwerking en veiligheid chaldagingen zijn een sterke drijfveer om de huidige methoden voor het off-line en on-line karakterisering van stikstofhoudende verbindingen in complexe koolwaterstof matrices te verbeteren. Tweedimensionale gaschromatografie (GC × GC) gekoppeld aan een stikstof chemoluminescentie detector (NCD) is een betere karakterisering techniek vergeleken eendimensionale gaschromatografie (GC) voor het analyseren van conventionele diesels of vloeibaar gemaakte steenkool monsters 7. Onlangs is een methode ontwikkeld en toegepast op de offline karakterisering van stikstofgehalte in schalieolie 6, de identificatie van geëxtraheerde stikstofverbindingen aanwezig in middeldestillaten 9 en het vaststellen van de gedetailleerde samenstelling van kunststofafval pyrolyse olie 10. Het is dus duidelijk dat GC × GC-analyse is een krachtige offline verwerkingstechniek voor het analyseren van complexe mengsels 11-17. Echter, on-line applicatie is moeilijker vanwege de behoefte aan een betrouwbare eennd niet-discriminerende steekproefmethode. Eén van de eerste ontwikkelde methoden voor uitgebreide on-line karakteriseren werd aangetoond door analyse stoomkraken reactor effluent met een TOF-MS en een FID 18. De optimalisering van de GC-instellingen en een geschikte combinatie kolom geactiveerd analyse van monsters bestaande uit koolwaterstoffen, variërend van methaan tot polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK&#39;s) 18. De huidige werk neemt deze methode om een ​​nieuw niveau door deze uit te breiden tot de identificatie en kwantificatie van stikstofverbindingen in het complex aanwezig koolwaterstofmengsels. Een dergelijke werkwijze is onder andere nodig om fundamenteel begrip van de rol die deze stoffen spelen bij verscheidene processen en toepassingen te verbeteren. Naar beste weten van de auteurs, informatie betreffende kinetiek van omzettingsprocessen van stikstofhoudende verbindingen schaars 19, mede door de ontoereikende methode voor het identificeren en kwantificeren van stikstof bevattende verbindings in het reactoreffluent. Tot vaststelling van de methode voor offline en on-line analyse is dus een eerste vereiste voordat men zelfs kan proberen grondstof reconstructie 20-27 en kinetische modellering. Een van de gebieden die zouden profiteren van de nauwkeurige identificatie en kwantificering van stikstofhoudende verbindingen stoomkraken of pyrolyse. Bio en zware fossiele feeds voor stoomkraken of pyrolyse reactors bevatten duizenden van koolwaterstoffen en verbindingen die heteroatomen bevatten. Bovendien, vanwege de complexiteit van de voeding en de radicale aard van de optredende chemische, tienduizenden reacties kunnen optreden tussen de duizenden vrije radicalen 28, waarbij het ​​reactoreffluent nog complexer dan het uitgangsmateriaal maakt. In koolwaterstofmengsels is voornamelijk aanwezig in aromatische structuren, bijvoorbeeld pyridine of pyrrool stikstof; vandaar meeste experimentele inspanningen gewijd aan de ontleding van deze structgelen. Waterstofcyanide en ethyn werden als belangrijkste producten voor de thermische ontleding van pyridine onderzocht bij een temperatuurgebied van 1,148-1,323 K. Andere producten zoals aromaten en vluchtige teer werden ook gedetecteerd in ondergeschikte hoeveelheden 29. De thermische ontleding van pyrrool werd onderzocht in een breder temperatuurgebied van 1,050-1,450 K gebruik schokgolf experimenten. De belangrijkste producten waren 3-buteennitril, cis- en trans-2-buteennitril, waterstofcyanide, acetonitril, 2-acrylonitril, propaannitril, en propiolonitrile 30. Bovendien thermische ontleding shocktubes experimenten werden uitgevoerd pyridine bij verhoogde temperaturen waardoor vergelijkbaar product spectra 31,32. Productopbrengsten in deze studies werden bepaald door GC uitgerust met een FID, een stikstof-fosfor detector (NPD) 31, een massaspectrometer (MS) 32 en een Fourier transformatie infrarood (FTIR) spectrometer 32 </sup&gt;. Een soortgelijke methodologie uitvoering van de FID en de NPD werd op de schalieolie pyrolyseproducten in een continue reactor 8 analyseren. Met een koude val bij 273,15 K en GC-MS, Winkler et al. 33 bleek dat in pyridine pyrolyse heteroatoom bevattende aromatische verbindingen worden gevormd. Zhang et al. 34 en Debono et al. 35 de werkwijze toegepast van Winkler et al. Voor het bestuderen van pyrolyse van organisch afval. De stikstofrijke reactieproducten werden on-line geanalyseerd met behulp van een GC gekoppeld met een thermische geleidbaarheidsdetector (TCD) 34. De verzamelde teer werden offline geanalyseerd met behulp van GC-MS 34,35. Gelijktijdige pyrolyse tolueen en pyridine vertoonden een verschil in roetvorming neiging opzichte pyridine pyrolyse, waarin de complexiteit van de vrije radicalen reacties 31,36. Een van de meest uitgebreide analysemethodes ontwikkeld door NAthan en collega&#39;s 37. Ze gebruikten FTIR, nucleaire magnetische resonantie (NMR) en GC-MS analyse ontledingsproducten pyridine en diazine en elektron paramagnetische resonantie (EPR) spectroscopie voor het opsporen vrije radicalen. FTIR analyse kan een zeer effectieve benadering voor de identificatie van een groot aantal producten, zelfs PAK 38-40, toch kwantificering zeer uitdagend. Kalibratie vereist een volledige set van infrarood spectra bij verschillende concentraties voor elke diersoort waarvoor bij een bepaalde temperatuur en druk 41. Recent werk van Hong et al. Aangetoond dat de mogelijkheden van het gebruik van moleculaire-beam massaspectrometrie (MBMS) en instelbare synchrotron vacuüm ultraviolet foto-ionisatie voor het bepalen van producten en tussenproducten tijdens pyrrool en pyridine afbraak 42,43. Deze experimentele methode maakt selectieve identificatie van isomere tussenproducten en bijna-drempel detectie van radicalen zonder inflicting fragmentatie van de geanalyseerde species 44. De onzekerheid van de gemeten door gebruikmaking MBMS analyse aanzienlijk. In dit werk, worden eerst de offline uitgebreide karakteriseringsresultaten van het complex schalieolie gerapporteerd. Vervolgens worden de beperkingen van het gebruik van een on-line GC × GC-TOF-MS / FID voor de analyse van stikstofverbindingen in een complexe koolwaterstof matrix besproken. Tenslotte wordt de nieuw ontwikkelde methode voor de on-line kwantificering van stikstofhoudende verbindingen met GC × GC-NCD aangetoond. De kwalitatieve analyse van producten werd uitgevoerd met TOF-MS, terwijl FID en NCD werden gebruikt voor kwantificering. De toepassing van de NCD is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van het gebruik van de FID vanwege een hogere selectiviteit, lagere detectielimiet en equimolaire respons.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Chloropyridine, 99%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C69802</td>
			<td>Highly toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shale oil</td>
			<td>Origin Colorado, US</td>
			<td>Piceance Basin in 
			Colorado, USA</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyridine, 99.8%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>270970</td>
			<td>Highly toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon Dioxide, industrial grade refrigerated liquid</td>
			<td>PRAXAIR</td>
			<td>CDINDLB0D</td>
			<td>Wear safety gloves and glasses</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Helium, 99.99%</td>
			<td>PRAXAIR</td>
			<td>6.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen, 99.95%</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td>695A-49</td>
			<td>Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td>905A-49+</td>
			<td>Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td>365A-49X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td>765A-49</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexane, 95+%</td>
			<td>Chemlab</td>
			<td>CL00.0803.9025</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heptane, 99+%</td>
			<td>Chemlab</td>
			<td>CL00.0805.9025</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen, industrial grade refrigerated liquid</td>
			<td>PRAXAIR</td>
			<td>P0271L50S2A001</td>
			<td>Wear safety gloves and glasses</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autosampler</td>
			<td>Thermo Scientific, Interscience</td>
			<td>AI/AS 3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High temperature 6 port/2 position valve</td>
			<td>Valco Instruments Company Incorporated</td>
			<td>SSACGUWT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas chromatograph</td>
			<td>Thermo Scientific, Interscience</td>
			<td>Trace GC ultra</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rafinery Gas Analyzer</td>
			<td>Thermo Scientific, Interscience</td>
			<td>KAV00309</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>rtx-1-PONA column</td>
			<td>Restek Pure Chromatography</td>
			<td>10195-146</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BPX-50 column</td>
			<td>SGE Analytical science</td>
			<td>54741</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TOF-MS</td>
			<td>Thermo Scientific, Interscience</td>
			<td>Tempus Plus 1.4 SR1 Finnigan</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NCD</td>
			<td>Agilent Technologgies</td>
			<td>NCD 255</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chrom-card</td>
			<td>Thermo Scientific, Interscience</td>
			<td>HyperChrom 2.4.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xcalibur software</td>
			<td>Thermo Scientific, Interscience</td>
			<td>1.4 SR1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chrom-card software</td>
			<td>Thermo Scientific, Interscience</td>
			<td>HyperChrom 2.7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GC image software</td>
			<td>Zoex Corporation</td>
			<td>GC image 2.3</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

on-line analysis of nitrogen containing compounds in complex hydrocarbon matrixes

De verschuiving naar zware ruwe oliën en het gebruik van alternatieve fossiele grondstoffen zoals schalieolie zijn een uitdaging voor de petrochemische industrie. De samenstelling van zware ruwe oliën en schalieolie varieert aanzienlijk afhankelijk van de herkomst van het mengsel. Met name bevatten ze een verhoogde hoeveelheid stikstofhoudende verbindingen in vergelijking met de conventioneel gebruikte zoete ruwe olie. Als stikstofverbindingen invloed hebben op de werking van de thermische processen in coker units en stoomkrakers en zoals sommige soorten worden beschouwd als milieugevaarlijke een gedetailleerde analyse van de reacties met stikstofhoudende verbindingen onder pyrolyseomstandigheden waardevolle informatie. Daarom is een nieuwe methode ontwikkeld en gevalideerd met een voeding met een hoog stikstofgehalte, dat wil zeggen, een schalieolie. Eerst werd de toevoer offline gekenmerkt door uitgebreide tweedimensionale gaschromatografie (GC × GC) gekoppeld met een nitrOgen chemoluminescentie detector (NCD). In een tweede stap werd de on-line analyse methode ontwikkeld en op een stoomkraakproces proefinstallatie tests waarbij pyridine opgelost in heptaan. De eerste is een representatieve verbinding volgens één van de meest overvloedige klasse van verbindingen die in schalieolie. De samenstelling van de reactoreffluent werd bepaald via een zelf ontwikkeld geautomatiseerd bemonsteringssysteem gevolgd door directe injectie van het monster op een GC × GC gekoppeld aan een time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS), vlamionisatiedetector (FID ) en NCD. Een nieuwe methode voor de kwantitatieve analyse van stikstofhoudende verbindingen gebruikt NCD en 2-chloorpyridine als interne standaard ontwikkeld en gedemonstreerd.

Het chromatogram verkregen met de offline GC × GC-NCD ter karakterisering van stikstofhoudende verbindingen in een schalieolie monster wordt in figuur 3 de volgende klassen werden onderscheiden:. Pyridinen, anilinen, chinolinen, indolen, acridinen en carbazolen. Bovendien gedetailleerde kwantificatie van de afzonderlijke verbindingen mogelijk was. De verzamelde gegevens werden gebruikt om de individuele verbinding concentraties te bepalen, en de verkregen waarden zijn w...

Watch this Scientific Journal Video about On-line Analysis of Nitrogen Containing Compounds in Complex Hydrocarbon Matrixes at JoVE.com

On-line Analysis of Nitrogen Containing Compounds in Complex Hydrocarbon Matrixes

Werkwijze combineren uitgebreide tweedimensionale gaschromatografie met stikstof chemiluminescentiedetectie is ontwikkeld en toegepast op on-line analyse van stikstofhoudende verbindingen in een complexe koolwaterstof matrix.

On-line analyse van stikstofhoudende verbindingen in Complex Hydrocarbon Matrix

The shift to heavy crude oils and the use of alternative fossil resources such as shale oil are a challenge for the petrochemical industry. The ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Analysis of Volatile and Oxidation Sensitive Compounds Using a Cold Inlet System and Electron Impact Mass Spectrometry

Analyse van vluchtige en oxidatie gevoelige verbindingen met behulp van een Cold Inlaat Systeem en Electron Impact Massaspectrometrie

This video presents a protocol for the mass spectrometrical analysis of volatile and oxidation sensitive compounds using electron impact ionization. The ...

Reductive Electropolymerization of a Vinyl-containing Poly-pyridyl Complex on Glassy Carbon and Fluorine-doped Tin Oxide Electrodes

Reductieve elektropolymerisatie van een vinyl bevattende poly-pyridyl Complex op glazige koolstof en fluor gedoteerde tinoxide elektroden

Controllable electrode surface modification is important in a number of fields, especially those with solar fuels applications. Electropolymerization is ...

Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

Superkritische stikstof Verwerking voor de zuivering van reactieve poreuze materialen

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. ...

A Direct, Early Stage Guanidinylation Protocol for the Synthesis of Complex Aminoguanidine-containing Natural Products

Een Direct, Early Stage Guanidinylation protocol voor de synthese van complexe-Aminoguanidine bevattende Natural Products

The guanidine functional group, displayed most prominently in the amino acid arginine, one of the fundamental building blocks of life, is an important ...

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Real-time adem analyse met behulp van secundaire Nanoelectrospray ionisatie gekoppeld aan massaspectrometrie voor hoge resolutie

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Preparation of Hollow Polystyrene Particles and Microcapsules by Radical Polymerization of Janus Droplets Consisting of Hydrocarbon and Fluorocarbon Oils

Voorbereiding van holle polystyreen deeltjes en Microcapsules door radicaal polymerisatie van Janus druppels uit koolwaterstof en fluorkoolstof oliën

In this article, we have demonstrated a method for producing hollow particles and microcapsules using oil droplets consisting of hydrocarbon oil (styrene) ...

Analysis of Complex Molecules and Their Reactions on Surfaces by Means of Cluster-Induced Desorption/Ionization Mass Spectrometry

Analyse van complexe moleculen en hun reacties op oppervlakken door middel van cluster-geïnduceerde desorptie /Ionisatie massaspectrometrie

Desorption/Ionization Induced by Neutral SO2 Clusters (DINeC) is employed as a very soft and efficient desorption/ionization technique for mass ...

Nitrogen Compound Characterization in Fuels by Multidimensional Gas Chromatography

Stikstof compound karakterisering in brandstoffen door multidimensionale gaschromatografie

Certain nitrogen-containing compounds can contribute to fuel instability during storage. Hence, detection and characterization of these compounds is ...

Assembly and Characterization of Polyelectrolyte Complex Micelles

Montage en karakterisering van Polyelectrolyte Complex Micelles

Polyelectrolyte complex micelles (PCMs), core-shell nanoparticles formed by self-assembly of charged polymers in aqueous solution, provide a powerful ...

Line Shape Analysis of Dynamic NMR Spectra for Characterizing Coordination Sphere Rearrangements at a Chiral Rhenium Polyhydride Complex

Lijnvormanalyse van dynamische NMR-spectra voor het karakteriseren van coördinatiesfeerherschikkingen bij een chiraal reniumpolyhydridecomplex

Dynamic solution nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is the typical method of characterizing the dynamic rearrangements of atoms within the ...