Sulfur Detection at ppb Levels in Light Hydrocarbon Streams

Význam tématu

Detekce stopových množství sloučenin síry v plynných surovinách rafinerií je klíčová pro průmysl výroby polyolefinů. I koncentrace pod 100 ppb mohou adulterovat Ziegler-Natta a metallocenové katalyzátory, což výrazně snižuje výtěžnost polypropylenu a polyetylenu. Spolehlivý monitoring H₂S, COS a merkaptanů je proto nezbytný pro kvalitu a efektivitu výrobních procesů.

Cíle studie

Hlavním cílem bylo ověřit výkonnost nové Agilent J&W Select for Low Sulfur PLOT kolony s proprietární superprůpustnou fází při separaci a kvantifikaci aktivních forem síry (H₂S, COS, methylmerkaptan) v propylénových a etylénových matricích na úrovních jednotek až desítek ppb.

Použitá metodika a instrumentace

Analytické měření probíhalo pomocí plynové chromatografie spojené s detekcí plameno-fotometrickým detektorem (PFPD) a v některých případech chemiluminiscenčním detektorem síry (SCD). Klíčové parametry:

• Kolona: Agilent J&W Select for Low Sulfur, PLOT, Super Permeable Phase, 60 m × 0,32 mm ID
• Oven: izotermie 65 °C (6,5 min) → 185 °C, tok He 2,0 mL/min
• Injektor: split 1:50, objem 50 µL (GC-PFPD), případně 250 µL split 1:60 (GC-SCD)
• Detektory: PFPD optimalizovaný pro síru, SCD (200 °C základna, 800 °C hořák), AED v omezené citlivosti

Hlavní výsledky a diskuse

• Rekovizice H₂S blížící se 100 % i na úrovni 20–200 ppb.
• Vynikající separace COS od propylénu bez koeluce a následného quenching efektu.
• Lineární odezva pro H₂S, COS a methylmerkaptan s R² ≥ 0,997 při koncentracích do 60 ppb.
• Opakovatelnost (RSD) pod 2 % pro všechny sledované sloučeniny při 60 pg na kolonu.
• Detekční limity H₂S kolem 0,3 ppb (S/N ≈ 60) v propylénové matrici.

Přínosy a praktické využití metody

Jednorozměrná separace na jedné koloně zjednodušuje analýzu, eliminuje absorpční ztráty aktivních sloučenin a minimalizuje potřebu složité kalibrace. Metoda je vhodná pro rutinní QA/QC laboratoře rafinerií i petrochemických provozů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření použití na etylénové a směsné plynové matrice s vyššími provozními teplotami.
• Online monitoring procesů a integrace se systémy procesní automatizace.
• Kompatibilita s hmotnostní detekcí pro současnou identifikaci širšího spektra sírových organických sloučenin.
• Vývoj fází odolnějších vůči agresivním matricím a dále snížení detekčních limitů.

Závěr

Agilent J&W Select for Low Sulfur PLOT kolona přináší kombinaci vysoké citlivosti a selektivity při analýze stopových sloučenin síry v lehkých uhlovodíkových proudech. Metoda nabízí spolehlivé kvantifikace na úrovních jednotek ppb, vynikající lineární odezvu i opakovatelnost, což ji předurčuje pro náročné aplikace v petrochemii.

Reference

• Johan Kuipers, Agilent Technologies, Channel Training Specialist, 2010.
• Helena Jacobse, Agilent Technologies, The Netherlands.
• Frans Biermans, Agilent Technologies, The Netherlands.
• Laura Chambers, OI Analytical.