Aus Erdöl oder Erdgas gewonnene Chemikalien, sogenannte „Petrochemikalien“, sind ein wesentlicher Bestandteil der heutigen chemischen Industrie. Das Gebiet der Petrochemie erfreute sich Anfang der 1940er Jahre während des Zweiten Weltkriegs immer größerer Beliebtheit. Zu dieser Zeit gab es eine wachsende Nachfrage nach synthetischen Produkten, die eine große treibende Kraft für die Entwicklung petrochemischer Produkte war.
Ziel der Ölraffinierung ist die Bereitstellung einer definierten Produktpalette nach vereinbarten Spezifikationen. Einfache Raffinerien verwenden eine Destillationskolonne (Abbildung 1), um Rohöl anhand seiner chemischen Eigenschaften in verschiedene Fraktionen aufzuteilen, wobei die relativen Mengen direkt vom verwendeten Rohöl abhängen. Daher ist es notwendig, eine Reihe von Rohölen zu erhalten, die mit einem geeigneten Ausgangsmaterial vermischt werden können, um die erforderliche Menge und Qualität der Endprodukte herzustellen.
Die Grundprodukte der fraktionierten Destillation sind in Abbildung 1 dargestellt.
Die Nahinfrarotspektroskopie (NIR) ist eine Technik, die sich besonders für die Qualitätskontrolle dieser Endprodukte eignet, sie ist effizient und kostengünstig für Hersteller. Darüber hinaus wird NIRS von der ASTM als alternative Methode zu anderen Techniken anerkannt und akzeptiert. Spezielle ASTM-Methoden für die Methodenentwicklung, Methodenvalidierung und Ergebnisvalidierung werden später in diesem Artikel vorgestellt.
Lesen Sie weiter, um einen kurzen Überblick über die NIR-Spektroskopie zu erhalten, gefolgt von Anwendungsbeispielen für die Petrochemie- und Raffinerieindustrie, um zu erfahren, wie petrochemische Hersteller und Raffinerien gleichermaßen von NIRS profitieren können.
Die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie ist ein bekannter Prozess. Das in spektroskopischen Methoden verwendete Licht wird typischerweise nicht durch die angewandte Energie beschrieben, sondern in vielen Fällen durch die Wellenlänge oder in Wellenzahlen.
Ein NIR-Spektrometer wie der Metrohm NIRS DS2500 Petro-Analysator misst diese Licht-Materie-Wechselwirkung, um Spektren zu erzeugen, wie sie in Abbildung 2 angezeigt werden. NIRS reagiert besonders empfindlich auf das Vorhandensein bestimmter funktioneller Gruppen wie z -CH, -NH, -OH, Und -SH. Daher ist die NIR-Spektroskopie eine ideale Methode um verschiedene QC-Parameter zu quantifizieren, z.B. Wassergehalt (Feuchtigkeit), Cetanzahl-Index, ROZ/MON (Forschung und Motoroktanzahl), Flammpunkt und Kaltfilter-Verstopfungspunkt (CFPP). Darüber hinaus ist die Wechselwirkung auch von der Matrix der Probe selbst abhängig, was auch die Erfassung physikalischer und rheologischer Parameter wie Dichte und Viskosität ermöglicht.
Alle diese Informationen sind in einem einzigen Spektrum enthalten, wodurch sich diese Methode zur schnelle Multiparameteranalyse eignet. Flüssige Proben wie Öle werden in einem geeigneten Behälter oder Fläschchen gesichert (Abbildung 3) und dann so auf dem intelligenten Fläschchenhalter platziert.
Der Messmodus wird als „Transmission“ bezeichnet und ist im Allgemeinen ein geeignetes Verfahren zur Analyse von Flüssigkeiten. Zur Transmissionsmessung (Abbildung 4) wandert das NIR-Licht durch die Probe, wobei es absorbiert wird. Nicht absorbiertes NIR-Licht gelangt zum Detektor. In weniger als 60 Sekunden ist die Messung abgeschlossen und die Ergebnisse werden angezeigt.
Es gibt zwei große Vorteile der NIR-Spektroskopie im Vergleich zu anderen Analysetechniken: Einfachheit bezüglich der Probenmessung und Geschwindigkeit :
Lesen Sie unsere Blogbeiträge, um mehr über NIRS als sekundäre Technik zu erfahren.
Teil 1: Was ist NIR-Spektroskopie?
Teil 2: NIR vs. IR: Was ist der Unterschied?
Teil 3: Wie Sie die NIR-Spektroskopie in Ihren Arbeitsablauf im Labor integrieren
Teil 4: Vorkalibrierungen der NIR-Spektroskopie: Sofortige Ergebnisse
kann in drei verschiedene Segmente aufgeteilt werden:
Upstream beschreibt den Prozess der Umwandlung von Rohöl in Zwischenprodukte. Raffinerien sind in der Regel sehr große Komplexe mit mehreren explosionsgefährdeten Bereichen. Daher zögern die Betreiber, Proben aus den verschiedenen Prozessen ins Labor zu transportieren. Selbst der Prozess der Beschaffung von Proben zur Analyse in externen QC-Labors ist mühsam und kann einen erheblichen Papierkram zur Folge haben und zertifizierte Transportdienste erfordern. In den meisten Fällen werden aus offensichtlichen Gründen Inline-Messungen bevorzugt. Diese Arten von Messungen werden typischerweise von Prozess-NIRS-Analysatoren durchgeführt.
Lesen Sie mehr über den Unterschied zwischen Atline-, Online- und Inline-Analysen in unserem Blogeintrag.
Wir sind Pioniere: Metrohm Process Analytics
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Midstream, hier gezeigt in Abbildung 5, bietet dem Metrohm DS2500 Petro-Analysator viele weitere Möglichkeiten zur Unterstützung der Qualitätskontrolle.
Die Kraftstoffqualität wird sowohl beim Empfang als auch bei der Lieferung ständig überprüft. Darüber hinaus testen viele Terminals auch die Kraftstoffqualität, bevor die LKWs entladen werden. Die Gesamtzeit für die Aufnahme und Entladung von Kraftstoff in einen Lagertank beträgt etwa 30 Minuten, daher ist eine schnelle Analysetechnik wie NIRS sehr vorteilhaft.
Downstream: In den nachgelagerten Bereichen von Tanklagern und Tankstellen verlangen die Aufsichtsbehörden die Messung derselben Qualitätsparameter wie bei der Herstellung von Benzin und Diesel, und auch dies kann mit NIRS durchgeführt werden. Es ist von großem Vorteil, wenn die Analyse vor Ort mit frischen Proben durchgeführt werden kann, ohne dass diese in ein Prüflabor transportiert werden müssen.
Mobile NIRS-Kraftstoffprüfung mit dem Metrohm NIRS XDS RapidLiquid-Analysator (XDS-RLA) wurde in einer Reihe von Ländern erfolgreich implementiert, wo die Vorteile darin bestehen, sofortige Ergebnisse vor Ort zu liefern (für Benzin- und Dieselprüfungen). Die auf dem XDS-RLA entwickelten Kalibrierungen sind problemlos auf das DS2500 Petro-Analysator übertragbar . Für den Petro-Analysator DS2500 sind keine geschulten Analysten erforderlich und die Kalibrierungen erfordern keine ständige Wartung, was ihn zu einer idealen Möglichkeit macht, verschiedene Kraftstoffe an Tankstellen zu überwachen.
Erfahren Sie mehr über die Möglichkeiten der petrochemischen Analyse mit Metrohm DS2500 Analysatoren in unserer kostenlosen Broschüre.
DS2500-Analysator – Effizienzsteigerung im QC-Labor mit Nahinfrarotspektroskopie (NIRS)
ASTM D8321: Standardpraxis für die Entwicklung und Validierung multivariater Analysen zur Vorhersage der Eigenschaften von Erdölprodukten, flüssigen Brennstoffen und Schmierstoffen auf der Grundlage spektroskopischer Messungen
"Diese Praxis umfasst einen Leitfaden für die multivariate Kalibrierung von Infrarot (IR)-Spektrophotometern und Raman-Spektrometern, die bei der Bestimmung der physikalischen, chemischen und leistungsbezogenen Eigenschaften von Erdölprodukten, flüssigen Brennstoffen, einschließlich Biokraftstoffen, und Schmierstoffen eingesetzt werden. Dieses Verfahren gilt für Analysen im nahen Infrarotbereich (NIR) (etwa 780 nm bis 2500 nm) bis zum mittleren Infrarotbereich (MIR) (etwa 4000 cm-1 bis 40 cm-1). "
ASTM D6122: Standardpraxis für die Validierung der Leistung von multivariaten Online-, At-Line-, Feld- und Labor-Infrarotspektrophotometer- und Raman-Spektrometer-basierten Analysesystemen
"Diese Praxis umfasst Anforderungen an die Validierung von Messungen, die von Labor-, Feld- oder Prozess-Infrarotanalysatoren (Nah- oder Mittelinfrarot-Analysatoren oder beides) und Raman-Analysatoren durchgeführt werden, die bei der Berechnung von physikalischen, chemischen oder Qualitätsparametern (d. h. Eigenschaften) von flüssigen Erdölprodukten und Kraftstoffen verwendet werden."
ASTM D8340: Standardpraxis zur leistungsbasierten Qualifizierung spektroskopischer Analysesysteme
"Diese Praxis umfasst Anforderungen für die leistungsbezogene Qualifizierung von schwingungsspektroskopischen Analysensystemen, die zur Vorhersage des Prüfergebnisses eines Materials verwendet werden sollen, das durch ein Primärprüfverfahren (PTM) erzeugt würde, wenn dasselbe Material durch das PTM geprüft wird."
Petrochemikalien werden standardisierten Prüfverfahren unterzogen, um ihre chemischen, physikalischen und tribologischen Eigenschaften zu bestimmen. Laborprüfungen sind ein unverzichtbarer Bestandteil sowohl der Forschung und Entwicklung als auch der Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Petrochemikalien. Die folgenden Prüfparameter sind in der petrochemischen und Raffinerie-Industrie typischerweise wichtig (Tabelle 1).
| Parameter | Konventionelle Methode | ASTM-Methode | Relevante NIRS Application Notes |
| Spezifisches Gewicht (API) | Schwerkraftmesser | ASTM D298 |
|
| Siedepunkt | Destillation | ASTM D2887 | |
| Kaltfilter-Verstopfungspunkt (CFPP) | Standardisiertes Filtergerät | ASTM D6371 | |
| Pourpoint | Pourpoint-Analysator | ASTM D97 | |
| Wolkenpunkt | Cloud Point-Analysator | ASTM D2500 | |
| Flammpunkt | Flammpunkttester | ASTM D93 | |
| Viskosität | Viskosimeter | ASTM D445 | |
| Farbe | Kolorimeter | ASTM D1500 | |
| Dichte | Dichtemesser | ASTM D792 | |
| Fettsäuremethylester (FAME) | FTIR | ASTM D7806 | |
| Reid-Dampfdruck | RVP-Analysator | ASTM D323 | |
| PIANO (Paraffine, Isoparaffine, Aromaten, Naphthene, Olefine) | Gaschromatograph | ASTM D6729 | |
Oktanzahl (RON/MON) |
CFR-Motor |
ASTM D2699 ASTM D2700 |
|
| Cetan-Zahl | CFR-Motor | ASTM D613 | |
| Dienwert / MAV-Index | Titration | UOP 327-17 |
Dieser Artikel ist ein Gesamtübersicht des Einsatzes der NIR-Spektroskopie als ideales QC-Tool für die Petrochemie-/Raffinerieindustrie. Weitere Teile widmen sich den wichtigsten Anwendungen und enthalten wesentlich detailliertere Informationen. Verpassen Sie nicht unsere weiteren Blogs zu den Themen:
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