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

SBO projektet &quot;Bioleum&quot; (IWT-SBO 130.039) som stöds av Institutet för främjande av innovation genom vetenskap och teknik i Flandern (IWT) och &quot;långsiktig struktur Methusalem finansiering av den flamländska regeringens erkänns.

Varning: kontakta relevanta säkerhetsdatablad (SDB) för alla föreningar före användning. Lämpliga säkerhetsåtgärder rekommenderas. Lösningar och prover bör beredas i dragskåp, när du använder personlig skyddsutrustning. Bästa praxis innebär användning av skyddsglasögon, skyddslaboratorie handskar, skyddsrock, full längd byxor och sluten tå skor. Reaktorn bör förpackas väl som flera reaktanter och reaktionsprodukter kan vara akut giftigt och cancerframkallande. 1. Offline GC × GC-NCD Analys ...

De beskrivna experimentella förfaranden möjliggjorde en framgångsrik omfattande off-line och on-line identifiering och kvantifiering av kväveinnehållande föreningar i de studerade proven. Separationen av kvävehaltiga föreningar i skifferolja åstadkoms med hjälp av GC × GC-NCD, som visas i figur 3. Eftersom NCD inte kan användas för identifiering, retentionstiderna för de observerade arterna måste fastställas i förväg genom att utföra analyser på GC × GC ...

Reserver light sweet crude oljor gradvis minskar, och därmed är alternativa fossila resurser som övervägs att användas i energi- och petrokemisk industri. Dessutom är förnybara energikällor som biooljor produceras av snabb pyrolys av biomassa blir en mer attraktiv resurser biobaserade bränslen och kemikalier. Ändå är tung råolja ett logiskt första val på grund av de stora bevisade reserver i Kanada och Venezuela 1-3. De senare att erkännas som de största råoljereserverna i världen och deras sammansättning liknar sammansättningen av naturlig bitumen. I likhet med biooljor, tunga råoljor skiljer sig från lätta råoljor av hög viskositet vid reservoartemperaturer, hög densitet (låg densitet API), och betydande innehåll av kväve, syre och svavelhaltiga föreningar 4,5. En annan lovande alternativ är skifferolja, som härrör från oljeskiffer. Oljeskiffer är en finkornig sedimentär bergart conlande kerogen, en blandning av organiska kemiska föreningar med en molmassa så hög som 1000 Da 6. Kerogen kan innehålla organiskt syre, kväve och svavel i matrisen kolväte; beroende på ursprung, ålder och extraktionsbetingelser. Globala karakteriseringsmetoder har visat att koncentrationen av heteroatomer (S, O och N) i skifferolja och tunga råoljor är typiskt väsentligt högre än specifikationerna för de produkter som används i till exempel den petrokemiska industrin 6. Det är väl dokumenterat att kväveinnehållande föreningar som finns i tung konventionell råolja och skifferolja har en negativ effekt på katalysatoraktiviteten i hydrokrackning, katalytisk krackning och reformeringsprocesser 7. På liknande sätt har det rapporterats att närvaro av kväveinnehållande föreningar är ett säkerhetsproblem, eftersom de främjar gummibildning i kylan-låda med en ångkrackare 8. Dessa bearbetning och säkerhet chalningar är en stark drivkraft för att förbättra de nuvarande metoderna för off-line och on-line karakterisering av kväveinnehållande föreningar i komplexa matriser kolvätegrupper. Tvådimensionell gaskromatografi (GC × GC) kopplad med ett kväve kemiluminiscens detektor (NCD) är en överlägsen karakterisering teknik jämfört med en-dimensionell gaskromatografi (GC) för analys av konventionella dieselmotorer eller kondenserade kol prover 7. Nyligen har en metod utvecklats och tillämpats på offline karakterisering av kvävehalten i skifferolja 6, identifiering av extraherade kväveföreningar som finns i mellandestillat 9, och fastställandet av den detaljerade sammansättningen av plastavfall pyrolysolja 10. Det är således klart att GC × GC-analys är en kraftfull offline bearbetningsteknik för att analysera komplexa blandningar 11-17. Men on-line ansökan är mer utmanande på grund av behovet av en pålitlig ennd icke-diskriminerande urvalsmetod. En av de första utvecklade metoder för omfattande on-line karakterisering visades genom att analysera ångkrackning reaktor utsläpp med hjälp av en TOF-MS och en FID 18. Optimering av GC inställningar och en lämplig kolumn kombination aktiverat analys av prover som består av kolväten som sträcker sig från metan till polyaromatiska kolväten (PAH) 18. Detta arbete tar denna metod till en ny nivå genom att utvidga den till identifiering och kvantifiering av kväveföreningar som finns i de komplexa kolväteblandningar. En sådan metod är bland andra behövs för att förbättra grundläggande förståelse för den roll som dessa föreningar spelar i flera processer och applikationer. Till författarnas bästa kunskap, är information om kinetiken för omvandlingsprocesser av kväveinnehållande föreningar knappa 19, delvis på grund av bristen på en lämplig metod för att identifiera och kvantifiera kväveinnehållande förenings i reaktorutflödet. Upprättande av metoden för offline och online-analyser är således en förutsättning innan man kan även försöka råvara rekonstruktion 20-27 och kinetisk modellering. Ett av de områden som skulle dra nytta av korrekt identifiering och kvantifiering av kväveinnehållande föreningar är ångkrackning eller pyrolys. Bio och tunga fossila feeds för ångkrackning eller pyrolys reaktorer innehåller tusentals kolväten och föreningar som innehåller heteroatomer. Dessutom, på grund av komplexiteten av fodret och den radikala naturen hos förekommande kemi, kan tio tusentals reaktioner inträffar bland de tusentals fria radikalspecies 28, vilket gör reaktorutflödet ännu mer komplex än utgångsmaterialet. I kolväteblandningar kväve är huvudsakligen närvarande i aromatiska strukturer, till exempel, såsom pyridin eller pyrrol; därför mest experimentella ansträngningar har ägnats åt nedbrytningen av dessa structderna. Vätecyanid och etyn rapporterades som viktigaste produkterna för termisk nedbrytning av pyridin studeras i ett temperaturområde av 1,148-1,323 K. Andra produkter som aromater och icke flyktiga tjära detekterades även i mindre mängder 29. Termisk nedbrytning av pyrrol undersöktes i ett bredare temperaturintervall på 1,050-1,450 K med användning av stötvåg experiment. De viktigaste produkterna var 3-butennitril, cis- och trans-2-butennitril, vätecyanid, acetonitril, 2-propennitril, propannitril och propiolonitrile 30. Dessutom termiska nedbrytnings stötvågsrör experiment utfördes för pyridin vid förhöjda temperaturer resulterar i jämförbar produkt spektra 31,32. Produktutbyten i dessa studier har bestämts genom att applicera GC utrustad med en FID, en kvävefosfor-detektor (NPD) 31, en ​​masspektrometer (MS) 32 och en Fourier transform infraröd (FTIR) spektrometer 32 </sup&gt;. En liknande metod genomföra FID och NPD applicerades för att analysera skifferolja pyrolysprodukter i en reaktor med kontinuerligt flöde 8. Med hjälp av en kylfälla vid 273,15 K och GC-MS, et al. Winkler 33 visade att under pyridin pyrolys heteroatominnehållande aromatiska föreningar bildas. Et al. Zhang 34 och et al. Debono 35 tillämpat metoden av Winkler et al. För att studera pyrolys av organiskt avfall. Kväverika Reaktionsprodukterna analyserades on-line, med hjälp av en GC kopplad till en termisk konduktivitetsdetektor (TCD) 34. De uppsamlade tjäror analyserades offline med hjälp av GC-MS 34,35. Samtidig pyrolys av toluen och pyridin visade en skillnad i sotbildning tendens jämfört med pyridin pyrolys, vilket indikerar den komplexa naturen hos de fria radikalreaktioner 31,36. En av de mest omfattande analytiska metoderna har utvecklats av NAthan och medarbetare 37. De använde FTIR, kärnmagnetisk resonans (NMR) och GC-MS för analys av sönderdelningsprodukter av pyridin och diazin och elektron paramagnetisk resonans (EPR) spektroskopi för att spåra fria radikalspecies. FTIR-analys kan vara en mycket effektiv metod för att identifiera ett stort antal produkter, även PAH 38-40, kvantifiering är ändå extremt utmanande. Kalibrering kräver en full uppsättning av infraröda spektra vid olika koncentrationer för respektive djurslag vid en viss temperatur och tryck 41. Senaste arbete Hong et al. Visade möjligheterna att använda molekylstråle masspektrometri (MBMS) och avstämbar synkrotron vakuum ultraviolett photoionization för bestämning av produkter och halvfabrikat under pyrrol och pyridin sönderfall 42,43. Denna experimentella metod möjliggör selektiv identifiering av isomera mellan och nära tröskeldetektering av radikaler utan inflicting fragmentering av de analyserade arterna 44. Men det är också betydande osäkerheten på de uppmätta koncentrationerna med hjälp av MBMS analys. I detta arbete är första offline omfattande karakterisering resultat av komplexet skifferolja rapporterats. Därefter begränsningar vid användning av en on-line GC × GC-TOF-MS / FID för analys av kväveföreningar i en komplex matris kolväte diskuteras. Slutligen är den nyutvecklade metoden för on-line-kvantifiering av kväveinnehållande föreningar genom GC × GC-NCD påvisas. Den kvalitativa analysen av produkter utfördes med användning av TOF-MS, medan FID och NCD användes för kvantifiering. Tillämpningen av NCD är en väsentlig förbättring jämfört med att använda FID på grund av dess högre selektivitet, lägre detektionsgräns och ekvimolär 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

Övergången till tunga råoljor och användning av alternativa fossila resurser såsom skifferolja är en utmaning för den petrokemiska industrin. Sammansättningen av tunga råoljor och skifferoljor varierar väsentligen beroende på ursprung av blandningen. I synnerhet de innehåller en ökad mängd av kväveinnehållande föreningar jämfört med de konventionellt använda söta råoljor. Som kväveföreningar har ett inflytande på driften av termiska processer som sker i koksheter och ånga kex, och eftersom vissa arter betraktas som miljöfarlig, en detaljerad analys av de reaktioner som involverar kväveinnehållande föreningar under pyrolys förhållanden ger värdefull information. Därför har en ny metod har utvecklats och validerats med en råvara som innehåller en hög kvävehalt, dvs en skifferolja. Först fodret kännetecknas offline genom omfattande tvådimensionell gaskromatografi (GC × GC) i kombination med en nitrogen kemiluminescens detektor (NCD). I ett andra steg var analysmetoden on-line utvecklas och testas på en ångkrackning pilotanläggning genom att mata pyridin löst i heptan. Den förra är en representativ förening för en av de vanligast förekommande klasserna av föreningar som föreligger i skifferolja. Sammansättningen av reaktoreffluenten bestämdes genom en egenutvecklad automatiserat provtagningssystem, följt av omedelbar injektion av provet på en GC × GC i kombination med en time-of-flight masspektrometer (TOF-MS), flamjonisationsdetektor (FID ) och NCD. En ny metod för kvantitativ analys av kväveinnehållande föreningar med användning av NCD och 2-klorpyridin som en inre standard har utvecklats och visats.

Den erhållna kromatogrammet med hjälp av offline GC × GC-NCD för karakterisering av kväveinnehållande föreningar i en oljeprov skiffer ges i figur 3 Följande klasser identifierades. Pyridiner, aniliner, kinoliner, indoler, akridiner och karbazoler. Dessutom var möjlig detaljerad kvantifiering av de enskilda föreningarna. Den samlade data användes för att bestämma de enskilda föreningskoncentrationer, och de erhållna värdena anges i tabell 5.</stro...

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 metod som kombinerar omfattande tvådimensionell gaskromatografi med kväve kemiluminiscens detektion har utvecklats och tillämpats på on-line analys av kväveinnehållande föreningar i en komplex matris kolväte.

On-line analys av kväveinnehållande föreningar i Komplext kolväteämne 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

Analys av flyktiga och Oxidation Känsliga Föreningar med kall Inlet System och Electron Impact masspektrometri

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 elektropolymerisation av en vinylinnehållande poly-pyridyl Complex på glaskol och fluordopad tennoxidelektroder

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

Superkritisk Kväve Behandling för rening av reaktiva porösa material

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 Direct, Early Stage Guanidinylation protokoll för syntes av komplexa aminoguanidin innehåller naturliga produkter

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

Realtid andedräkt analys med hjälp av sekundära Nanoelectrospray jonisering kopplat till hög upplösning masspektrometri

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

Beredning av ihåliga polystyren partiklar och mikrokapslar av radikalpolymerisation av Janus droppar bestående av kolväte och fluorkarbon oljor

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

Analys av komplexa molekyler och deras reaktioner på ytor med hjälp av klusterinducerad desorption/Jonisering Masspektrometri

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

Kväveförening Karakterisering i bränslen av flerdimensionell gaskromatografi

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 och karakterisering av Polyelektrolyt 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

Linjeformsanalys av dynamiska NMR-spektra för karakterisering av koordinationssfäromläggningar vid ett kiralt Rheniumpolyhydridkomplex

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