Bestimmung von ROZ, Aromaten, Benzol und mehr mit NIRS

Zusammenfassung

Raffinerien nutzen den katalytischen Reformierungsprozess, um Reformat mit hoher Oktanzahl herzustellen. Dieses Reformat wird für Premium-Benzinmischungen oder petrochemische Rohstoffe verwendet. Die Bestimmung der wichtigsten Qualitätsparameter von Reformat – nämlich Research-Oktanzahl (ROZ, ASTM D2699), Aromatengehalt (ASTM D5769), Benzolgehalt, Olefingehalt und Dichte – erfordert zeitaufwändige und aufwändige konventionelle Methoden.

Im Gegensatz dazu können alle diese Parameter (und mehr) durch Nahinfrarotspektroskopie (NIR) gemessen werden. Der Metrohm DS2500 Liquid Analyzer arbeitet im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich (Vis-NIR) und liefert Ergebnisse innerhalb einer Minute ohne jegliche Probenvorbereitung.

Konfiguration

DS2500 Liquid Analyzer

2.929.0010

Robuste Nahinfrarotspektroskopie für die Qualitätskontrolle im Labor sowie im Produktionsumfeld.Der DS2500 Liquid Analyzer ist die bewährte, flexible Lösung für die Routineanalytik von Flüssigkeiten entlang der gesamten Produktionskette. Das robuste Design macht den DS2500 Liquid Analyzer unempfindlich gegen Staub, Feuchtigkeit, und Vibrationen und damit hervorragend geeignet für den Einsatz im rauen Produktionsumfeld.Der DS2500 Liquid Analyzer deckt den gesamten Spektralbereich von 400 bis 2500 nm ab, heizt Proben bis auf 80°C hoch und ist kompatibel mit verschiedenen Einwegvials und Quartzküvetten. Der somit auf Ihre individuellen Probenanforderungen anpassbare DS2500 Liquid Analyzer unterstützt Sie genaue und reproduzierbare Ergebnisse in weniger als einer Minute zu erhalten. Mit Hilfe der integrierten Probenhaltererkennung und der selbsterklärenden Vision Air Software wird ausserdem eine einfache und sichere Bedienung durch den Anwender gewährleistet. Im Falle grösserer Probenmengen kann die Produktivität durch den Einsatz einer Durchflusszelle in Kombination mit einem Metrohm Probenroboter erheblich gesteigert werden.

DS2500 Halter für 8 mm Einwegvials

6.7492.020

Intelligenter Halter für die Einwegvials aus Glas mit 8 mm Durchmesser

Vision Air 2.0 Complete

6.6072.208

Vision Air - Universelle Spektroskopie Software. Vision Air Complete ist eine moderne und einfach zu bedienende Softwarelösung für den Einsatz im regulierten Umfeld.Die Vorteile von Vision Air im Überblick: Individuelle Softwareanwendungen mit angepassten Nutzeroberflächen gewährleisten eine intuitive und einfache Bedienung; Einfache Erstellung und Wartung von Arbeitsvorschriften; SQL Datenbank für ein sicheres und einfaches Datenmanagement; Die Version Vision Air Complete (66072208) beinhaltet alle Anwendungen für die Qualitätssicherung mittels Vis-NIR Spektroskopie: Anwendung für das Instrumenten- und Datenmanagement; Anwendung für die Methodenentwicklung; Anwendung für die Routineanalyse; Weitere Vision Air Complete Lösungen: 66072207 (Vision Air Network Complete); 66072209 (Vision Air Pharma Complete); 66072210 (Vision Air Pharma Network Complete);

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Experimentelle Geräte

507 verschiedene Reformatproben wurden auf dem Metrohm DS2500 Liquid Analyzer gemessen (Abbildung 1). Alle Messungen wurden im Transmissionsmodus von 400–2500 nm unter Verwendung von 8-mm-Einwegvials durchgeführt. Die Temperaturregelung des Analysators wurde für alle Messungen auf 35 °C eingestellt, um eine konstante Leistung und Datenqualität zu gewährleisten. Die Datenerfassung und Vorhersagemodellentwicklung wurde mit dem Metrohm-Softwarepaket Vision Air Complete durchgeführt.

Metrohm DS2500 Flüssigkeitsanalysator zur Bestimmung der Research-Oktanzahl (ROZ), Aromaten, Benzol, Olefine und Dichte in Reformat.

Abbildung 1. Metrohm DS2500 Flüssigkeitsanalysator zur Bestimmung der Research-Oktanzahl (ROZ), Aromaten, Benzol, Olefine und Dichte in Reformat.

Tabelle 1. Übersicht über die Hardware- und Softwareausstattung.

Gerät	Artikelnummer
DS2500 Liquid Analyzer	2.929.0010
DS2500 Halter für 8 mm Einwegvials	6.7492.020
Vision Air 2.0 Complete	6.6072.208

Ergebnis

Die gemessenen Vis-NIR-Spektren (Abbildung 2) wurden verwendet, um ein Vorhersagemodell zur Quantifizierung aller fünf Parameter zu erstellen. Die Qualität der Vorhersagemodelle wurde anhand von Korrelationsdiagrammen bewertet, die eine hohe Korrelation aufweisen (R² > 0,98) zwischen der Vis-NIR-Vorhersage und den Referenzmethoden für alle Parameter. Die jeweiligen Gütezahlen (FOM) zeigen die erwartete Präzision und bestätigen die Machbarkeit in der Routineanalyse (Abbildungen 3–7).

Abbildung 2. Auswahl von Vis-NIR-Spektren von Reformatproben, die auf einem Metrohm DS2500 Liquid Analyzer mit 8-mm-Vials analysiert wurden.

Ergebnis ROZ-Wert

Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des ROZ-Werts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde gemäß ASTM D2699 bewertet.

Abbildung 3. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des ROZ-Werts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde gemäß ASTM D2699 bewertet.

Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.996
Standardfehler der Kalibrierung	0.34
Standardfehler der Kreuzvalidierung	0.36

Ergebnis Aromatengehalt

Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des Aromatengehalts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde mittels Gaschromatographie (GC) ausgewertet.

Abbildung 4. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des Aromatengehalts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde mittels Gaschromatographie (GC) ausgewertet.

Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.999
Standardfehler der Kalibrierung	0,88 Vol.-%
Standardfehler der Kreuzvalidierung	0,91 Vol.-%

Ergebnis Benzolgehalt

Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des Benzolgehalts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde mittels Gaschromatographie (GC) ausgewertet.

Abbildung 5. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des Benzolgehalts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde mittels Gaschromatographie (GC) ausgewertet.

Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.984
Standardfehler der Kalibrierung	0,066 Vol.-%
Standardfehler der Kreuzvalidierung	0,088 Vol.-%

Ergebnis Olefinanteil

Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des Olefingehalts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde mittels Gaschromatographie (GC) ausgewertet.

Abbildung 6. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des Olefingehalts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde mittels Gaschromatographie (GC) ausgewertet.

Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.982
Standardfehler der Kalibrierung	0,71 Vol.-%
Standardfehler der Kreuzvalidierung	0,87 Vol.-%

Ergebnis Dichtewert

Abbildung 7. Korrelationsdiagramm und die jeweiligen Gütezahlen für die Vorhersage des Benzolgehalts mit einem DS2500-Flüssigkeitsanalysator. Der Laborwert wurde mit einem Dichtemessgerät ermittelt.

Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.993
Standardfehler der Kalibrierung	0,0029 kg/L
Standardfehler der Kreuzvalidierung	0,0034 kg/L

Fazit

Diese Application Note demonstriert die Eignung des Metrohm DS2500 Liquid Analyzer für die Bestimmung von ROZ, Aromatengehalt, Benzolgehalt, Olefingehalt und Dichte in Reformatproben. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ermöglicht die Vis-NIR-Spektroskopie eine schnelle Bestimmung (Tabelle 2) ohne Probenvorbereitung. Durch Zeiteinsparungen sowie die Reduzierung des Chemikalienverbrauchs und der Abfallmenge werden erhebliche Gewinne erzielt.

Tabelle 2. Übersicht über die Zeit bis zum Ergebnis der Parameter ROZ, Aromatengehalt, Benzolgehalt und Olefingehalt nach Standardmethoden.

Parameter	Methode	Zeit zum Ergebnis
ROZ	CFR-Motortest	∼30 Minuten pro Probe
Aromatischer Inhalt	Gaschromatographie	∼45 Minuten pro Probe
Benzolgehalt	Gaschromatographie	∼45 Minuten pro Probe
Olefingehalt	Gaschromatographie	∼45 Minuten pro Probe

Kontakt

Metrohm Schweiz AG

Industriestrasse 13
4800 Zofingen

Bestimmung von ROZ, Aromaten, Benzol, Olefinen und Dichte in Reformat mittels NIRS

Multiparameter-Analyse mit Ergebnissen innerhalb einer Minute