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

Den SBO prosjektet &quot;Bioleum&quot; (IWT-SBO 130039) støttet av Institutt for fremme av innovasjon gjennom vitenskap og teknologi i Flandern (IWT) og &quot;Long Term Structural Methusalem finansiering av den flamske regjeringen &#39;er anerkjent.

Forsiktig: Sjå relevante sikkerhetsdatablad (MSDS) for alle forbindelser før bruk. Passende sikkerhetsrutiner anbefales. Løsninger og prøver bør være forberedt på avtrekkshette, mens du bruker personlig verneutstyr. Beste praksis innebærer bruk av vernebriller, vernelaboratoriehansker, frakk, full lengde bukser og lukket-toe sko. Reaktoren bør være skikkelig forseglet som flere reaktanter og reaksjonsprodukter kan være akutt giftige og kreftfremkallende. 1. Offline GC × GC-NCD Analysis <ol><li> <st...

De beskrevne eksperimentelle fremgangsmåter muliggjort en vellykket omfattende off-line og on-line identifikasjon og kvantifisering av nitrogenholdige forbindelser i de undersøkte prøvene. Separasjonen av nitrogenholdige forbindelser i skiferolje ble utført ved å bruke GC x GC-NCD, som vist i figur 3. Siden NCD ikke kan benyttes for identifisering, retensjonstiden til de observerte art må etableres på forhånd ved å utføre analyser på GC GC x koplet til TOF-MS, på...

Reservene av lette søte råoljer er gradvis avtagende, og dermed er alternative ressurser for fossilt som vurderes å bli brukt i energi og petrokjemisk industri. I tillegg er fornybar energi som bio-oljer fremstilt ved rask pyrolyse av biomasse blir et mer attraktivt ressurser av biobasert brensel og kjemikalier. Likevel er tung råolje et logisk førstevalg på grunn av de store påviste reserver i Canada og Venezuela 1-3. Sistnevnte blir anerkjent som den største råoljereservene i verden og deres sammensetning er lik sammensetningen av naturlig bitumen. I likhet med bio-oljer, tunge råoljer avvike fra lette råoljer av deres høye viskositet ved reservoartemperaturer, høy densitet (lav API-vekt), og betydelige innhold av nitrogen, oksygen og svovelinneholdende forbindelser 4,5. En annen lovende alternativ er skiferolje, avledet fra oljeskifer. Oljeskifer er en finkornet sedimentær bergart conholde kerogen, en blanding av organiske kjemiske forbindelser med en molekylvekt så høy som 1000 Da seks. Kerogen kan inneholde organiske oksygen, nitrogen og svovel i hydrokarbon matrise; avhengig av opprinnelse, alder, og utvinning forhold. Globale karakteriseringsmetoder har vist at konsentrasjonen av heteroatomer (S, O og N) i skiferolje og tunge råoljer typisk er vesentlig høyere enn de spesifikasjoner som er fastsatt for de produkter som brukes i for eksempel den petrokjemiske industri 6. Det er godt dokumentert at nitrogenholdige forbindelser som er tilstede i tunge konvensjonell råolje og skiferolje har en negativ virkning på katalysatoraktiviteten i hydrocracking, katalytisk krakking og reformeringsprosesser 7. Tilsvarende har det blitt rapportert at nærvær av nitrogenholdige forbindelser er en sikkerhets bekymring fordi de fremmer gummirestdannelse i kaldboksen av en damp cracker 8. Disse prosessering og sikkerhet utfordringer er en sterk driver for å forbedre dagens metoder for off-line og on-line karakterisering av nitrogenholdige forbindelser i komplekse hydrokarbon matriser. To-dimensjonal gasskromatografi (GC x GC) koblet med en nitrogen kjemiluminescens detektor (NCD) er en overordnet karakterisering teknikk sammenlignet med en-dimensjonal gasskromatografi (GC) for å analysere konvensjonelle dieselmotorer eller flytende kullprøver 7. Nylig en metode er blitt utviklet og anvendt på den frakoblede karakterisering av nitrogeninnholdet i oljeskifer 6, identifikasjon av ekstraherte nitrogenforbindelser som er tilstede i middeldestillater 9, og bestemmelse av den detaljerte sammensetning av plastavfall pyrolyseolje 10. Det er således klart at GC x GC-analyse er en kraftig aktiv behandling teknikk for å analysere komplekse blandinger 11-17. Imidlertid on-line søknad er mer utfordrende på grunn av behovet for en pålitelig ennd ikke-diskriminerende prøvetaking metodikk. En av de første utviklede metoder for omfattende on-line karakterisering ble demonstrert ved å analysere dampcracking reaktoravløp ved hjelp av en TOF-MS og en FID-18. Optimaliseringen av GC innstillinger og en passende kolonne kombinasjon aktivert analyse av prøver som består av hydrokarboner som strekker seg fra metan til polyaromatiske hydrokarboner (PAH) 18. Foreliggende arbeid tar denne fremgangsmåte til et nytt nivå ved å utvide den til identifisering og kvantifisering av nitrogenforbindelser som er tilstede i den komplekse hydrokarbonblandinger. En slik fremgangsmåte er blant annet for å forbedre grunnleggende forståelse av rollen disse forbindelser spiller i en rekke prosesser og applikasjoner. Til forfatternes beste kunnskap, er opplysninger om kinetikk konverteringsprosesser nitrogenholdige forbindelser knappe 19, delvis på grunn av mangel på en adekvat metode for å identifisere og kvantifisere nitrogenholdig forbindelses i reaktoravløpet. Etablering av metodikk for offline og online analyser er dermed en forutsetning før en kan selv forsøke råstoff gjenoppbygging 20-27 og kinetisk modellering. En av de felter som vil dra nytte av den nøyaktig identifikasjon og kvantifisering av nitrogenholdige forbindelser er dampcracking eller pyrolyse. Bio og tung fossil feeds for dampkrakking eller pyrolysereaktorer inneholde tusenvis av hydrokarboner og forbindelser som inneholder hetero. Videre, på grunn av kompleksiteten av foret og den radikale arten av den forekommende kjemi, kan ti tusener av reaksjoner forekomme blant de mange tusen frie radikaler arter 28, noe som gjør at reaktoravløpet enda mer kompleks enn utgangsmaterialet. I hydrokarbonblandinger nitrogen er hovedsakelig til stede i aromatiske strukturer, for eksempel, som pyridin eller pyrrol; dermed mest eksperimentelle forsøk har vært dedikert til nedbryting av disse structures. Hydrogencyanid og etyn ble rapportert som hovedprodukter for termisk dekomponering av pyridin undersøkt i et temperaturområde på 1,148-1,323 K. Andre produkter som aromater og ikke-flyktige tjærer ble også påvist i små mengder 29. Den termiske spaltning av pyrrol ble undersøkt i et bredere temperaturområde på 1,050-1,450 K ved hjelp av sjokkbølge eksperimenter. De viktigste produkter var 3-butenenitrile, cis- og trans-2-butenenitrile, hydrogencyanid, aceto-nitril, 2-propennitril, propannitril, og propiolonitrile 30. I tillegg ble det utført termiske nedbrytings sjokk tube eksperimenter for pyridin ved høye temperaturer som fører til tilsvarende produkt spektra 31,32. Produkt gir i disse studiene har blitt bestemt ved å bruke GC utstyrt med en FID, en nitrogen-fosfor detektor (OD) 31, et massespektrometer (MS) 32 og en Fourier transform infrarød (FTIR) spektrometer 32 </sup&gt;. En lignende metodikk gjennomføring av FID og OD ble brukt for å analysere skiferolje pyrolyseprodukter i en kontinuerlig strømningsreaktor 8. Ved hjelp av en kuldefelle ved 273,15 K og GC-MS, Winkler et al. 33 viser at i løpet av pyridin pyrolysen dannes heteroatom-inneholdende aromatiske forbindelser. Zhang et al. 34 og Debono et al. 35 anvendt metoden til Winkler et al., For å studere den pyrolyse av organisk avfall. Den nitrogenrike Reaksjonsproduktene ble analysert on-line ved hjelp av en GC koplet til en termisk konduktivitetsdetektor (TCD) 34. De innsamlede tjære ble analysert pålogget bruker GC-MS 34,35. Samtidig pyrolyse av toluen og pyridin viste en forskjell i sotdannelse tendens sammenlignet med pyridin pyrolyse, noe som viser den komplekse natur av fri-radikal-reaksjoner 31,36. En av de mest omfattende analytiske metoder ble utviklet av Nathan og medarbeidere 37. De brukte FTIR, kjernemagnetisk resonans (NMR) og GC-MS for å analysere nedbrytningsprodukter av pyridin og diazin og elektron-paramagnetisk resonans (EPR) spektroskopi for å spore frie radikale arter. FTIR analyse kan være en svært effektiv metode for identifisering av et stort spekter av produkter, selv PAH 38-40, likevel kvantifisering er ekstremt utfordrende. Kalibrering krever et komplett sett med infrarøde spektra ved ulike konsentrasjoner for hver enkelt dyreart som ved en bestemt temperatur og trykk 41. Nyere arbeider av Hong et al. Demonstrerte mulighetene for å bruke molekylær-beam massespektrometri (MBMS) og fleksibel synkrotron vakuum ultrafiolette photoionization for bestemmelse av produkter og mellomprodukter under pyrrol og pyridin nedbrytning 42,43. Dette eksperimentell metode muliggjør selektiv identifikasjon av isomere mellomprodukter og nesten terskel deteksjon av radikaler uten inflicting fragmentering av de vurderte artene 44. Men usikkerheten på de målte konsentrasjoner ved hjelp MBMS analyse er også betydelig. I dette arbeidet er første frakoblede omfattende karakterisering resultatene av den komplekse skiferolje rapportert. Deretter blir de begrensningene ved bruk av en on-line GC x GC-TOF-MS / FID for analyse av nitrogenforbindelser i en kompleks hydrokarbon matrise diskutert. Endelig er det nylig utviklet metode for on-line kvantifisering av nitrogenholdige forbindelser ved GC x GC-NCD demonstrert. Den kvalitative analyser av produktene ble utført ved anvendelse av TOF-MS, mens FID og NCD ble anvendt for kvantifisering. Anvendelsen av NCD er en betydelig forbedring sammenlignet ved hjelp av FID grunn av dens høyere selektivitet, lavere påvisningsgrense og ekvimolare 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

Skiftet til tunge råoljer og bruk av alternative fossile ressurser som skiferolje er en utfordring for den petrokjemiske industrien. Sammensetningen av tunge råoljer og skiferoljer varierer betydelig avhengig av opprinnelsen av blandingen. Spesielt inneholder de en øket mengde av nitrogenholdige forbindelser sammenlignet med de konvensjonelt anvendte søte råoljer. Som nitrogenforbindelser har en innflytelse på driften av termiske prosesser som forekommer i koksheter og dampkrakkere, og som noen arter blir betraktet som miljøfarlig, gir en detaljert analyse av de reaksjoner som omfatter nitrogenholdige forbindelser i henhold til pyrolysebetingelser verdifull informasjon. Derfor er en ny fremgangsmåte blitt utviklet og validert med et råmateriale som inneholder et høyt nitrogeninnhold, det vil si, en skiferolje. Først ble mate karakterisert ved frakoblet omfattende to-dimensjonal gasskromatografi (GC x GC) koblet med en Nitogen chemiluminescence detektor (NCD). I et andre trinn i den elektroniske analysemetode ble utviklet og testet på en dampkrakking pilotanlegg ved å mate pyridin løst opp i heptan. Den førstnevnte er en representativ forbindelse for en av de mest tallrike klasser av forbindelser som er tilstede i skiferolje. Sammensetningen av reaktoravløpet ble bestemt via en egenutviklet automatisk prøvetakingssystem, etterfulgt av øyeblikkelig injeksjon av prøven på en GC x GC kombinert med et time-of-flight massespektrometer (TOF-MS), flamme-ioniseringsdetektor (FID ) og NCD. En ny fremgangsmåte for kvantitativ analyse av nitrogenholdige forbindelser ved hjelp av NCD og 2-klorpyridin som en indre standard har blitt utviklet og demonstrert.

Kromatogrammet oppnådd ved anvendelse av den vanlige GC x GC-NCD for karakterisering av nitrogenholdige forbindelser i en skiferoljeprøve er gitt i Figur 3. De følgende klasser ble identifisert:. Pyridiner, kinoliner, aniliner, indoler, akridiner, og carbazoles. Videre detaljert kvantifisering av de individuelle forbindelser var mulig. Den innhentet data ble brukt for å bestemme de enkelte forbindelseskonsentrasjonene, og de ​​oppnådde verdier er angitt i <stron...

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

En fremgangsmåte som kombinerer omfattende to-dimensjonal gasskromatografi med nitrogen kjemiluminescens deteksjon er blitt utviklet og anvendt for on-line analyse av nitrogenholdige forbindelser i en kompleks hydrokarbon matrise.

Online Analyse av nitrogenholdige forbindelser i Kompleks hydrokarbon Matriser

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 av flyktige og oksidasjon Sensitive Forbindelser hjelp av en kald Inlet System og Electron Impact massespektrometri

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

Reduktiv elektropolymerisasjon av en Vinyl holdig Poly-pvridvl Complex på Glassy Carbon og Fluor-dopet Tin Oxide Elektroder

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

Kritisk Nitrogen Processing for rensing av reaktiv porøse materialer

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

En direkte, Early Stage Guanidinylation protokoll for syntese av komplekse aminoguanidin holdig 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

Sanntid pusten analyse ved hjelp av sekundære Nanoelectrospray Ionization koblet til høy oppløsning massespektrometri

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

Utarbeidelse av hul polystyren partikler og Microcapsules ved radikale polymerisering av Janus dråper bestående av hydrokarboner og Fluorocarbon oljer

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 av komplekse molekyler og deres reaksjoner på overflater ved hjelp av cluster-indusert desorpsjon / ionisering massespektrometri

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

Nitrogen sammensatt karakterisering i drivstoff av flerdimensjonal gass kromatografi

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

Montering og karakterisering av polyelektrolyttkompleks 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

Linjeformanalyse av dynamiske NMR-spektra for karakterisering av koordinasjonssfæreomorganiseringer ved et kiralt rheniumpolyhydridkompleks

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