Comparison of gas and kerosene oils chemical composition before and after hydrotreating using comprehensive two-dimensional gas chromatography
Vědecké články | 2022 | Journal of Chromatography Open | C³ALInstrumentace
Analýza složení středních destilátů, zejména plynových a petrolejových olejů před a po hydrotreatingu, je nezbytná pro optimalizaci provozních podmínek reaktorů, vývoj výkonnějších katalyzátorů a snižování emisí nízkotlakých dieselových paliv. Detailní rozbor organického i sírou obsahujícího složení pomáhá minimalizovat obsah karcinogenních polyaromatických uhlovodíků a recalcitrantních sírových sloučenin, čímž přispívá ke splnění přísnějších emisních a palivových norem.
Studie porovnává chemické složení dvou vzorků plynového oleje (GO 1, GO 2) a dvou vzorků petrolejového oleje (KO 3, KO 4) před a po hydrotreatingu v komerčních podmínkách. Hydrotreating probíhal s katalyzátory NiMo/Al2O3 nebo CoMo/Al2O3 při různém tlaku H2. Cílem bylo kvantifikovat změny v grupech uhlovodíků a specifických sírových sloučeninách a hodnotit účinnost reakce.
Vzorky byly analyzovány kombinací GC×GC-FID a GC×GC-SCD. GC×GC-FID umožnila kvantifikaci tříd uhlovodíků (n-parafiny, iso-parafiny, cykloalkany, aromáty) na kolonách Rxi-17SilMS a Rxi-1MS s modulační periodou 10 s. GC×GC-SCD na kolonách Rxi-5SilMS/Rxi-17SilMS s modulační periodou 12 s identifikovala a kvantifikovala jednotlivé sloučeniny síry. Celkový obsah síry byl ověřen XRF metodou (Sindie +CI analyzátor).
GC×GC-FID prokázala na GO 1 snížení aromátů o 11,5 % (největší hydrogenační aktivita NiMo při 6 MPa) a na GO 2 pokles o 3,6 %. Alkeny se plně redukovaly na parafíny a aromatické kruhy se saturací přesouvaly do cykloalkylových frakcí. GC×GC-SCD ukázala téměř 100 % desulfurizaci kerosenů (HKO 3, HKO 4) a velmi účinné odstranění thiophenů a benzothiophenů v plynových olejích. Přetrvávající zdroj problémových sloučenin tvořily alkylované dibenzothiophény, zejména 4,6-dimethyldibenzothiophene a další di- a tri-methylované izomery se substituenty v β-poloze, které stericky brání odsiřovacím drahám. Po hydrotreatingu HGO 1 zůstalo 16,5 mg S/kg (XRF 14,7 mg S/kg), HGO 2 dosáhlo 2,5 mg S/kg (XRF 2,0 mg S/kg).
Metodika GC×GC-FID/SCD nabízí vysoké rozlišení a selektivní detekci klíčových heteroatomových sloučenin. Umožňuje přesně sledovat účinnost hydrotreatingu, identifikovat recalcitrantní frakce a cíleně upravovat procesní parametry či složení katalyzátorů s ohledem na snižování tuhých aromátů a zbytkové síry.
Očekává se vývoj nových katalyzátorů s vyšší selektivitou na odstranitelné β-substituované dibenzothiophény, optimalizace modulačních technik GC×GC pro vyšší citlivost a nasazení 3D chromatografie. Výzkum se též zaměří na kombinace hydrotreatingu s adsorpčními technologiemi nebo ultrazvukovou aktivací pro ultranízkou úroveň síry.
GC×GC-FID a GC×GC-SCD prokázaly jako účinné nástroje pro detailní charakterizaci středních destilátů. Hydrotreating významně redukuje aromatické a sírové složky, avšak stericky bráněné alkylované dibenzothiophény zůstávají hlavní výzvou. Detailní znalost složení feedstocku a produktů umožňuje cílené zlepšení katalyzátorů a provozních podmínek pro dosažení přísnějších emisních limitů.
GCxGC
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceAgilent Technologies, LECO
Souhrn
Význam tématu
Analýza složení středních destilátů, zejména plynových a petrolejových olejů před a po hydrotreatingu, je nezbytná pro optimalizaci provozních podmínek reaktorů, vývoj výkonnějších katalyzátorů a snižování emisí nízkotlakých dieselových paliv. Detailní rozbor organického i sírou obsahujícího složení pomáhá minimalizovat obsah karcinogenních polyaromatických uhlovodíků a recalcitrantních sírových sloučenin, čímž přispívá ke splnění přísnějších emisních a palivových norem.
Cíle a přehled studie
Studie porovnává chemické složení dvou vzorků plynového oleje (GO 1, GO 2) a dvou vzorků petrolejového oleje (KO 3, KO 4) před a po hydrotreatingu v komerčních podmínkách. Hydrotreating probíhal s katalyzátory NiMo/Al2O3 nebo CoMo/Al2O3 při různém tlaku H2. Cílem bylo kvantifikovat změny v grupech uhlovodíků a specifických sírových sloučeninách a hodnotit účinnost reakce.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorky byly analyzovány kombinací GC×GC-FID a GC×GC-SCD. GC×GC-FID umožnila kvantifikaci tříd uhlovodíků (n-parafiny, iso-parafiny, cykloalkany, aromáty) na kolonách Rxi-17SilMS a Rxi-1MS s modulační periodou 10 s. GC×GC-SCD na kolonách Rxi-5SilMS/Rxi-17SilMS s modulační periodou 12 s identifikovala a kvantifikovala jednotlivé sloučeniny síry. Celkový obsah síry byl ověřen XRF metodou (Sindie +CI analyzátor).
Hlavní výsledky a diskuse
GC×GC-FID prokázala na GO 1 snížení aromátů o 11,5 % (největší hydrogenační aktivita NiMo při 6 MPa) a na GO 2 pokles o 3,6 %. Alkeny se plně redukovaly na parafíny a aromatické kruhy se saturací přesouvaly do cykloalkylových frakcí. GC×GC-SCD ukázala téměř 100 % desulfurizaci kerosenů (HKO 3, HKO 4) a velmi účinné odstranění thiophenů a benzothiophenů v plynových olejích. Přetrvávající zdroj problémových sloučenin tvořily alkylované dibenzothiophény, zejména 4,6-dimethyldibenzothiophene a další di- a tri-methylované izomery se substituenty v β-poloze, které stericky brání odsiřovacím drahám. Po hydrotreatingu HGO 1 zůstalo 16,5 mg S/kg (XRF 14,7 mg S/kg), HGO 2 dosáhlo 2,5 mg S/kg (XRF 2,0 mg S/kg).
Přínosy a praktické využití metody
Metodika GC×GC-FID/SCD nabízí vysoké rozlišení a selektivní detekci klíčových heteroatomových sloučenin. Umožňuje přesně sledovat účinnost hydrotreatingu, identifikovat recalcitrantní frakce a cíleně upravovat procesní parametry či složení katalyzátorů s ohledem na snižování tuhých aromátů a zbytkové síry.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se vývoj nových katalyzátorů s vyšší selektivitou na odstranitelné β-substituované dibenzothiophény, optimalizace modulačních technik GC×GC pro vyšší citlivost a nasazení 3D chromatografie. Výzkum se též zaměří na kombinace hydrotreatingu s adsorpčními technologiemi nebo ultrazvukovou aktivací pro ultranízkou úroveň síry.
Závěr
GC×GC-FID a GC×GC-SCD prokázaly jako účinné nástroje pro detailní charakterizaci středních destilátů. Hydrotreating významně redukuje aromatické a sírové složky, avšak stericky bráněné alkylované dibenzothiophény zůstávají hlavní výzvou. Detailní znalost složení feedstocku a produktů umožňuje cílené zlepšení katalyzátorů a provozních podmínek pro dosažení přísnějších emisních limitů.
Reference
- Speight JG. Production, properties and environmental impact of hydrocarbon fuel conversion. Adv Clean Hydrocarb Fuel Process Sci Technol. 2011:54–82.
- Wang FC-Y. Comprehensive three-dimensional gas chromatography mass spectrometry separation of diesel. J Chromatogr A. 2017;1489:126–133.
- Ávila BMF, Pereira VB, Gomes AO, Azevedo DA. Speciation of organic sulfur compounds using comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry: a powerful tool for petroleum refining. Fuel. 2014;126:188–193.
- ČSN 590+A1 Motorová paliva – Motorové nafty – Technické požadavky a metody zkoušení. 2018.
- ASTM D975-21. Standard specification for diesel fuel oils. ASTM International; 2018.
- Vozka P, Orazgaliyeva D, Šimáček P, Blažek J, Kilaz G. Activity comparison of Ni-Mo/Al2O3 and Ni-Mo/TiO2 catalysts in hydroprocessing of middle petroleum distillates and their blend with rapeseed oil. Fuel Process Technol. 2017;167:684–694.
- Liu Z, Phillips JB. Comprehensive two-dimensional gas chromatography using an on-column thermal modulator interface. J Chromatogr Sci. 1991;29(6):227–231.
- Lorentz C, Laurenti D, Zotin JL, Geantet C. Comprehensive GC×GC chromatography for the characterization of sulfur compound in fuels: a review. Catal Today. 2017;292:26–37.
- Mommers J, Ritzen E, Dutriez T, van der Wal S. A procedure for comprehensive two-dimensional gas chromatography retention time locked dual detection. J Chromatogr A. 2016;1461:153–160.
- Genuit W, Chaabani H. Comprehensive two-dimensional gas chromatography-field ionization time-of-flight mass spectrometry for detailed hydrocarbon middle distillate analysis. Int J Mass Spectrom. 2017;413:27–32.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Production of transportation fuels via hydrotreating of scrap tires pyrolysis oil
2022|Agilent Technologies|Vědecké články
Chemical Engineering Journal 460 (2023) 141764 Contents lists available at ScienceDirect Chemical Engineering Journal journal homepage: www.elsevier.com/locate/cej Production of transportation fuels via hydrotreating of scrap tires pyrolysis oil Petr Straka a, Miloš Auersvald a, Dan Vrtiška a, Hugo Kittel a,…
Klíčová slova
hydrotreating, hydrotreatingstpo, stpohydrotreated, hydrotreatedtires, tiresoil, oilpyrolysis, pyrolysisnaphtha, naphthasulfur, sulfurfuel, fuelcontent, contentscrap, scrapolefins, olefinsfuels, fuelsaromatics, aromaticshydrogen
A comparative study of aromatic content in pyrolysis oils from waste plastics and tires: Assessing common refinery methods
2024|LECO|Vědecké články
Fuel 369 (2024) 131714 Contents lists available at ScienceDirect Fuel journal homepage: www.elsevier.com/locate/fuel Full Length Article A comparative study of aromatic content in pyrolysis oils from waste plastics and tires: Assessing common refinery methods Miloš Auersvald a, Michal Šiman a,…
Klíčová slova
aromatic, aromaticpyrolysis, pyrolysishydrotreated, hydrotreatedoils, oilskerosene, kerosenecontent, contentaromatics, aromaticsoil, oiltires, tireshydrotreatment, hydrotreatmentwaste, wastedeter, deterdiaromatic, diaromaticmonoaromatic, monoaromaticaviation
An Improved Flame Photometric Detector for the Analysis of Dibenzothiophenes in Diesel, Distillates, and Feedstocks Using the Agilent 7890B Series GC
2013|Agilent Technologies|Aplikace
An Improved Flame Photometric Detector for the Analysis of Dibenzothiophenes in Diesel, Distillates, and Feedstocks Using the Agilent 7890B Series GC Application Note Hydrocarbon processing industry Author Abstract Roger L Firor An Agilent 7890B Series GC equipped with a new…
Klíčová slova
fpd, fpdfeedstocks, feedstockssulfur, sulfurdibenzothiophenes, dibenzothiophenesmmi, mmicut, cutdeans, deanscoelution, coelutiondiesel, dieselphotometric, photometricdistribution, distributionquenching, quenchingdamaging, damagingmin, minfid
Shimadzu Journal Vol. 08 - Hydrocarbon Processing Industry
2021|Shimadzu|Ostatní
Hydrocarbon Processing Industry Vol ISSUE2 SJ21_0082 ISSN 2188-0484 Note from the Director Shuzo Maruyama General Manager, Analytical & Measurement Instruments Division As COVID‑19 maintains its grip on the world, director of the Chemistry Research Division, National Shimadzu Corporation would like…
Klíčová slova
sulfur, sulfurfuels, fuelssulphur, sulphurhydrocarbon, hydrocarbonfuel, fueldiesel, dieseloil, oilshimadzu, shimadzuindustry, industryrepeatability, repeatabilitynimtt, nimttgas, gasanalysis, analysisbase, baseinsight