APP下载

ICP-MS技术在石油化工中的应用

2016-02-05李现忠黄文氢

石油化工 2016年10期
关键词:试样

宋 阳,李现忠,黄文氢,张 颖

(中国石化 北京化工研究院,北京 100013)

ICP-MS技术在石油化工中的应用

宋 阳,李现忠,黄文氢,张 颖

(中国石化 北京化工研究院,北京 100013)

综述了ICP-MS在石油化工领域的应用,包括用于原油、燃料油、石脑油、渣油、石油沥青和石油焦中有害微量元素杂质含量的分析,原油油源区域的筛选和溢油鉴别,食品接触塑料包装材料中有毒有害元素含量的分析等。综述了GC-ICPMS在聚合单体、天然气和石油产品中的应用,详细介绍了GC-ICP-MS在测定乙烯聚合单体中痕量磷化氢和丙烯聚合单体中痕量砷化氢含量中的应用。

ICP-MS;GC-ICP-MS;油品;塑料包装材料;乙烯;丙烯;天然气

石化产业是国民经济的重要支柱。原油及其加工产品中含有的微量有毒元素(Pb,Hg,As,Cr,Se等)及其化合物的排放会造成大气、水、土壤等的严重污染,直接或间接危害人类健康。在原油加工过程中,微量有毒杂质还会对设备或工艺造成严重影响[1]。因此,对石化产品中对环境、工艺及人体有害的元素进行分析,对预防和发现可能存在的问题具有重要意义。

元素分析方法主要有离子色谱、X射线荧光光谱、原子吸收光谱、石墨炉原子吸收光谱、电感耦合等离子体光谱(ICP)及电感藕合等离子体质谱(ICP-MS)等。ICP-MS是一种将ICP与质谱(MS)相结合的分析技术,其中ICP提供离子源,MS对离子进行筛分和检测。该技术具有检出限低、动态线性范围极宽、谱线简单、干扰少、分析速度快、精密度高、结果重现性好以及可对同位素进行定性及定量分析等特点,可分析几乎所有元素,因此被广泛用于环境、地质、冶金、半导体、医学、石油、考古及核材料分析等领域。ICP-MS一直被公认为是最强有力的痕量超痕量元素分析技术[2]。随着MS、ICP及各种仪器联用技术的不断进步,ICP-MS性能不断完善,促进了元素分析技术的发展[3-6]。

本文综述了ICP-MS技术在石油化工领域的应用,涉及在油品、食品接触塑料包装材料、聚合单体、天然气及相关产品等领域的应用进展。

1 ICP-MS在油品分析中的应用

石油的主要成分为有机物质,部分化合物含有S,O,N等杂原子,此外还广泛存在着一些含量在10-6级甚至10-9级的微量金属元素。这些金属元素对石油加工工艺和产品质量有很大的影响,特别是炼油过程中催化剂污染、设备腐蚀等问题尤为突出。Fe,Ni,Cu,V等微量金属元素会引起催化裂化催化剂失活,Na和K等微量元素累积会造成结焦等。在油品微/痕量元素分析方面,ICP-MS具有较大优势。

1.1 石化产品前处理方法

ICP-MS要求试样以气体、气溶胶或蒸汽形式进入等离子体,测试前需对试样进行前处理。目前石化产品的前处理方法主要有稀释法[7-14]、湿法消解[15]、高压消解[16]和微波消解[17-24]等方法。稀释法是选择合适的有机溶剂(甲醇、乙醇或航空煤油)稀释有机液态试样,然后采用有机加氧方式直接进行分析测试。该方法无需复杂的试样消解处理,具有简单快速的优点。但由于对试样进行了稀释,会导致测试灵敏度降低,且无法消除复杂试样的基体干扰。湿法消解是将试样在常压下与酸(HNO3,HCl,HF,HClO4,H3BO3及各种组合酸等)反应形成水溶液,可采用加热促进反应进行。该方法无需设备投入,适应性强,但由于引入了酸介质及有容器污染,会造成空白值偏高。高压消解是将试样与酸(HNO3,HCl,HF,H3BO3及各种组合酸等,可使用H2O2,但不能使用HClO4)置于密封容器内加热,试样在高温高压下迅速分解。同湿法消解相比,高压消解的酸用量较少,可用于某些难分解元素,且易挥发元素的损失降低、实验空白值较低。但该方法不能处理某些有机试样,且压力不可控,有一定危险性。微波消解是将试样和酸(HNO3,HCl,HF,H3BO3及各种组合酸等,可使用H2O2,但不能使用HClO4)置于密闭消解罐内,通过微波加热使试样在高温高压下迅速分解。该法具有高压消解的优点,同时压力可控,可实现自动化控制,比高压消解更安全,是目前应用较多的试样前处理方法。

1.2 原油中微量元素的分析及应用

原油中的Na和K等微量金属元素主要以水溶性无机盐的形式存在。Ni,V,Fe,Cu,Zn,Pb,As,Hg等微量金属元素则以油溶性有机化合物或络合物的形式存在,其中Ni和V等金属元素主要以卟啉化合物的形式存在[25-26]。张卫凌等[7]利用油、有机溶剂与水按比例互溶的特性,用水标代替油标对油品中金属元素的检测进行了探索实验,解决了黏稠油品不能直接进样的问题,同时避免了繁琐的消解过程以及高昂的油标样及基油(航空煤油)的采购费用,该方法的加标回收率为92.8%~100.10%,相对标准偏差小于3%。

原油试样主要采用消解方式处理。陈发荣等[16]使用闷罐消解,利用ICP-MS测定了国内外18种原油试样中V和Ni等13种微量金属元素的含量,线性关系良好,相关系数大于等于0.999 5,相对标准偏差小于5.0%,加标回收率为95.2%~116.2%。

Pereira等[17]采用微波-紫外加热法对原油进行消解,然后利用ICP-MS测定低浓度稀土元素的含量。研究认为,微波-紫外加热法适合不同类型原油中La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Y的测定,并可用于重油及超重油的追溯。

在石油的开采、运输和储存等过程中,可能因各种原因造成海洋溢油事故,严重威胁环境安全。溢油鉴别是溢油事故调查处理的重要取证手段[27]。光谱分析和色谱分析通过利用“油指纹”的唯一性对油品进行鉴别,操作简便、快速,是目前采用的主要方法,但也存在鉴别精度差等不足[28-30]。de Souza等[8]将油样用二甲苯稀释后,直接采用DRC-ICP-MS(DRC为动态反应池)方法进行分析,使用O2作为一个额外的气体以防止有机物在锥体的炭沉积,使用CH4为反应气体,优化了56Fe,52Cr,24Mg的测定,该方法可用于指纹识别以判断试样来源。李景喜等[18]将试样微波消解后利用ICP-MS对原油中的Pb及同位素进行了测定,根据原油中Pb的含量及同位素特征,建立了一种原油油源区域筛选的溢油鉴别方法。

1.3 燃料油中微量元素的分析

石油炼制产品中需加入各种添加剂来改善油品的性能。过量的Cu和Fe化合物会降低车用汽油的安定性,非法添加的Pb,Mn,Fe等金属化合物燃烧后会造成严重的环境污染,影响人体健康。刘乔卉等[9]将试样稀释后,应用DRC技术测定了汽油中Cu,Pb,Fe,Mn,S,P的含量。该方法可同时测定多种微量或痕量元素的含量,精密度和准确性良好,能满足车用汽油产品标准的检测要求。刘宏伟等[10]采用有机加氧、碰撞反应池(CRC)技术和在线加标的方法测定了柴油中Na,Mg,Al,Si等20种微量元素的含量,检出限为2.7~69.6 ng/L,加标回收率为92.2%~109.0%,相对标准偏差为1.5%~4.3%。

汽油中的硅和磷燃烧后会严重污染环境,硅还会导致催化系统失效,磷含量过高则会损坏汽车的催化转换器。张萍等[11]采用带有机进样系统(ORS)技术的ICP-MS方法测定了汽油中的微量Si和P。Si和P的检出限分别为0.18 µg/L和0.34 µg/L,完全满足汽油试样中Si和P的分析要求。

船用燃料油中V,Al,Ca,Zn,Ni,Na,Fe,Si的大量存在会极大地降低油品的品质。刘慧琴等[19]将船用燃料油微波消解后利用ICP-MS测定了上述元素的含量。该方法在0~100 µg/L范围内线性良好,仪器检出限为0.005~12.890 µg/L,加标回收率为90.39%~107.48%,相对标准偏差小于2.0%。

柴油中微量的无机元素危害较大。活性硫化物会造成设备腐蚀,硫化物燃烧生成的SOx是主要的空气污染物之一,而且还会腐蚀汽缸和排气管。武朝晖等[20]使用专门设计的HNO3-HCl-H2O2密封消解溶样体系消解试样,借助高分辨ICP-MS对毫克级柴(煤)油中的S含量进行了测定,水溶液的检出限为0.019 µg/mL,加标回收率达97%~103%,在取样量为0.010 0~0.100 0 g 时的分析范围为0.000 06%~1%。

1.4 石脑油中微量元素的分析

石脑油是许多炼厂的主要产品之一,同时也是一种重要的化工原料。石脑油中的Pb,Hg,As等痕量有毒元素的含量是产品质量控制的重要指标。行业标准[31]中一般采用硼氢化钾-硝酸银分光光度法测定砷含量,原子吸收光谱法[32-33]测定铅含量。由于试样中的微量元素通常以易挥发的有机化合物形式存在,采用消解方法处理试样时易造成元素损失。陈登云等[12]利用有机进样系统,以In作为内标,采用标准加入法工作曲线转外标法工作曲线的方法直接进样,分析了石脑油中Pb,Hg,As的含量,克服了水性标准溶液无法溶于憎水性有机溶剂的问题。

石脑油中的Si含量一般要求控制在10 mg/kg左右,Si含量过高会导致加氢精制催化剂中毒。闻环等[21]利用微波消解法处理试样,应用ICP-MS对石脑油中的Si含量进行了分析。该方法的检出限为0.007 µg/mL,相对标准偏差小于等于3.56%,试样加标回收率为92.7%~106.3%。该方法简便、快速,准确度高,适用于批量轻质石油试样中Si的检测需求。

1.5 润滑油中微量元素的分析

润滑油是保证仪器设备正常工作的重要材料,润滑油中添加元素(Mg,Mo,Ca,Zn,Ba,S,P 等)的含量是评价油品质量和使用性能的重要指标之一。Ni,Ti,Cr,Fe,Sn,Al,Mn,Si,Pb,Cu,Ag等元素的含量是监控润滑油使用性能和预测各种润滑机械故障的重要参数。

Bettmer等[14]利用直接注射同位素稀释电感耦合等离子体质谱(FI-ICP-IDMS)对润滑油中的重金属进行了测定。将试样用含同位素的溶剂稀释后直接引入ICP-MS测定,该方法的加标回收率为93%~106%,相对标准偏差小于3%,是一种测定石油产品及相关有机液体微量元素含量的可靠方法。

笪靖等[15]将试样消解后,采用ICP-MS测定了船用润滑油中Mo,Ni,V,Ti,Ba,Cd,Cu,Pb,Mn的含量,标准曲线相关系数达0.999 9以上,加标回收率为93%~106%,相对标准偏差小于1%。郑存江等[34]利用ICP-MS对使用过的润滑油中Al,Ba,Cu,Cr,Cd,Fe,Mg,Mn,Mo,Ni,Pb,Sn,Tb,Ti,V,Zn等金属元素的含量进行了测定。通过使用合适的同位素校正干扰和基体效应,该方法的检出限为5~100 ng/g。

1.6 渣油、石油沥青和石油焦中微量元素的分析

渣油是原油蒸馏后所得的残余油,常用于制取石油焦、残渣润滑油和石油沥青等产品,还是裂解制乙烯的重要原料。该类试样多采用微波消解方法处理。

聂西度等[22]采用微波消解-ORS-ICP-MS测定了渣油中Na,Mg,Al,Ca,Ti等22种微量元素的含量。应用ORS技术有效消除了多原子离子对待测元素的干扰;选用Sc,Y,In,Bi等元素作内标混合液校正基体效应和信号漂移。实验结果表明,该方法对22种待测元素的检出限为0.001~0.076 µg/ L,相对标准偏差均小于2.66%。方法简便、快速、准确,可用于渣油的质量控制。Wondimu等[23]利用ICP-MS测定了渣油中Ag,Al,As,Ba,Bi,Ca,Cd,Co,Cr,Cu,Fe,Hg,Mg,Mo,Ni,Pb,Sb,Sn,Sr,Ti,Tl,V,U,Zn的含量。对试样量、消解液组成、微波功率、加热时间和消解次数对分析结果的影响进行了详尽的研究,针对不同元素确定了比较合适的消解条件。

周学忠等[24]采用ICP-MS对中国石化长岭炼油化工有限公司的3批石油焦试样中的Li,Na,Mg,Al,K,Ca,Ti等金属元素的含量进行了测定。通过CRC系统消除了MS的干扰,通过加入45Sc,72Ge,89Y,115In,209Bi混合内标溶液减少基体效应,检出限达到11.2~216.7 ng/L,相对标准偏差(n=11)为1.5%~4.1%,加标回收率为91%~110%。

总之,选择恰当的试样前处理方法和分析技术手段,结合仪器灵敏度高、检出限低等优点,ICP-MS完全满足各种油品中微/痕量元素的分析。

2 ICP-MS在食品接触塑料包装材料中重金属迁移及含量分析中的应用

2.1 普通塑料包装材料

重金属一般是指密度大于4.5 g/cm3的金属,常说的重金属污染是指对人体毒害最大的5 种重金属,包括Hg、Pb、Cd、Cr以及类金属As[35-36]。食品接触材料一般认为是在可预见的正常使用情况下,可能与食品接触或可能将其成分迁移至食品中的材料和制品,通常指食品包装材料和容器[35]。塑料包装材料由于价格低廉、加工方便、材质轻、化学性能稳定、透光及防护性能好,越来越多地应用于食品包装行业。在塑料制作过程中,为了使塑料具有更好的物理化学性质和特定的用途,会添加多种含有重金属的添加剂[37-38],这些重金属在一定条件下会向食品中迁移[38-42],迁移量会随温度的升高而增加[42],因而食品接触材料中重金属含量直接关系到人体健康,是食品安全性的重要反映。对于食品接触材料中重金属迁移的测定是将材料在一定条件下浸泡在食品模拟物中进行的,食品模拟物主要有蒸馏水、3%(w)乙酸、10%(φ)乙醇和精炼橄榄油或己烷等。目前,在这一领域已进行了大量的工作,具体总结见表1。在测定材料重金属迁移量的过程中,如何消除食品模拟物中大量的C形成的分子离子对测定元素的干扰成为提高元素灵敏度、降低检出限的关键。李建文等[40]采用DRC消除C分子离子的干扰。林立等[41]则通过将有机食品模拟物进行蒸馏汽化,将有机组分从试样中除去以消除C的干扰。罗婵等[43]则是将有机食品模拟物进行消解以消除C的干扰。

表1 塑料食品接触材料中重金属的迁移Table 1 Heavy metal immigration in plastic food contact materials

对于食品接触材料中重金属含量的测定,首先需要将材料进行预处理,将固体的塑料材料转化为可以被ICP-MS测量的液体形态。采用合适的消解液和消解条件,微波消解可将塑料材料进行彻底的消解,目前的研究[44-47]基本上是采用微波消解对试样进行前处理。塑料食品接触材料中重金属含量的测定见表2。选用合适的内标进行定量分析可有效降低基体效应的影响。石玉平等[45]以Ga作为Cr和As的内标元素、以Cs作为Cd的内标元素、以Tl作为Pb和Hg的内标元素,建立了聚乙烯(PE)、聚丙烯、聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等常用塑料包装材料中微量As,Pb,Cd,Cr,Hg的分析方法。经消解处理后,试样中还含有一定量的C,Ar和C形成的40Ar12C+分子离子会对52Cr+的测量产生干扰,在PE购物袋、ABS等聚合材料中μg/g级Cr的测定中,Resano等[46]以NH3作为反应气体,采用四级杆动态反应池技术消除了40Ar12C+分子离子对52Cr+的干扰,获得了很低的检出限。

电感耦合等离子体飞行时间质谱(ICP-TOFMS)具有优异的瞬时信号测量性能,Skrzydlewska等[47]采用ICP-TOF-MS建立了LDPE/Al/PET/LDPE(LDPE为低密度聚乙烯)和BOPP/BOPP(BOPP为双向拉伸聚丙烯)层压材料中Cr,As,Cd,Sb,Pb的定量分析方法,检出限为0.010(123Sb)~0.117(75As) ng/g。在LDPE/Al/PET/LDPE中检测到了0.33 mg/kg的Cr、1.81 mg/kg的Sb和0.53 mg/kg的Pb,在BOPP/BOPP中只检测到了0.31 mg/kg的Cr和 1.06 mg/kg的Pb。

表2 塑料食品接触材料中重金属含量的测定Table 2 Analysis of heavy metal composition in plastic food contact materials

2.2 纳米塑料包装材料中纳米粒子元素及粒子的迁移

近年来,纳米材料由于其卓越的性能而受到了极大的关注[48],纳米塑料是将1~100 nm的无机纳米粒子均匀地分散到塑料树脂中形成的复合材料,具有独特的力学性能,如高强度、高阻隔性、强耐热性和优良的加工性等,在可塑性、阻隔性、稳定性、抗菌性、保鲜性等性能上有大幅度提高[48-50]。同时,纳米物质的生物安全性也逐渐引起人们的广泛关注,纳米颗粒可以通过迁移到食物中进入人体[51-53],而纳米物质会比较容易通过生物膜上的孔隙进入细胞内与生物大分子反应,使其结构改变,导致一些酶和激素的失活,对人体健康产生威胁[48-54]。

ICP-MS可以很方便地测定纳米材料中纳米元素的迁移,Song等[55]以3%(w)乙酸和95%(w)乙醇为食品模拟物,建立了测定纳米Ag-PE包装膜向食品中迁移的量的方法。该方法的回收率为87%~109%,相对标准偏差为0.7%~7.8%。在70℃下Ag向乙酸的迁移比例高达5.60%,向乙醇的迁移比例为0.22%。Lin等[56]以3%(w)乙酸水溶液和50%(w)乙醇水溶液为食品模拟物,以Sc为内标,采用ICP-MS测定了纳米TiO2-PE食品包装膜在不同温度和迁移时间下向模拟物的迁移量。Ti的迁移量随时间的延长和温度的升高而增加。在25,70,100 ℃下,TiO2-PE中Ti的迁移量分别为(0.5±0.1),(0.6±0.03),(2.1±0.1) μg/kg。

单颗粒ICP-MS(Sp ICP-MS)在传统ICP-MS检测元素种类和浓度的基础上,还可同时进行纳米颗粒的尺寸、粒径分布和颗粒浓度的检测。Echegoyen等[57]采用Sp ICP-MS进行检测,发现纳米黏土-PE中的Al以溶液和纳米颗粒两种形式向模拟物中迁移。Ramos等[51]采用Sp ICP-MS进行检测,发现在70 ℃下包装盒中纳米Ag颗粒向食品模拟物的迁移量占总Ag迁移量的69%。

3 GC-ICP-MS的应用

GC-ICP-MS将高选择性的GC分离技术与高灵敏的ICP-MS检测技术结合一起,具有高灵敏度和高的元素选择性。测定特种气体和高纯气体中痕量和超痕量杂质的需求推动了GC-ICP-MS技术的发展[58]。此外,ICP-MS不能提供物质的分子信息,当与GC联用后,可对元素形态进行分析[59-60]。由于GC-ICP-MS对有机化合物具有很好的耐受性,且几乎没有基体干扰[58-61],可以直接分析复杂基体试样,比如分析天然气和凝析液中mg/L级的As和Hg、燃料油中的有机铅、页岩中的金属卟啉、凝析液中的有机汞和有机砷以及石油中的有机砷。

3.1 聚合级丙烯和乙烯

从TiCl4/MgCl2体系Ziegler-Natta烯烃聚合催化剂的活性中心结构看,Ti的正八面体氯空位是活性中心。砷化氢、磷化氢中As和P的电负性极强,均可通过未共用电子对与Ti 八面体的空位成键,使活性中心失活[62],因此砷化氢和磷化氢均为典型的TiCl4/MgCl2体系烯烃聚合催化剂的毒物。

3.1.1 丙烯中痕量砷化氢含量的分析

宋阳等[63]采用直接进样法,考察了GC载气种类、流速和分流比,ICP-MS积分时间、载气流速和氮气增敏气对砷化氢分析灵敏度的影响,建立了GC-ICP-MS 法测定丙烯中痕量砷化氢的分析方法。与吸收法[64-65]相比,该方法节省了大量的试样前处理时间,避免了可能引入的试剂污染和干扰。与直接进样的GC-MS[66]相比,具有更低的检出限。砷化氢的最低检出限为0.09 μL/m3,在5 μL/ m3和80 μL/m3加标水平下的回收率分别为102%和104%,线性相关系数为0.999 8,相对标准偏差小于3%。

3.1.2 乙烯中痕量磷化氢含量的分析

GC分析磷化氢具有灵敏度高、速度快、相对标准偏差小等优点,目前磷化氢的分析主要针对大气环保进行的[67-68]。乙烯中痕量磷化氢的分析则存在较大的困难,这是由于磷化氢的出峰位置位于乙烯峰的峰尾,这势必会对磷化氢的分析产生很大干扰。此外,乙烯中不可避免地会含有一些乙烷杂质,乙烷的沸点为-88.6 ℃,与磷化氢的沸点(-87.7 ℃)非常接近,实现乙烷与磷化氢完全分离的难度非常大。GC-ICP-MS以MS为检测器,能很好地避免乙烯和乙烷对磷化氢分析的干扰[69]。宋阳等[70]采用直接进样,研究了GC的载气流量、分流比和ICP-MS的积分时间、载气流量、射频功率对磷化氢分析灵敏度的影响,建立了定量分析乙烯中痕量磷化氢的GC-ICP-MS方法。该方法简单快速,数据稳定性好,相对标准偏差小于7%,加标回收率为94%~106%,磷化氢的最低检出限为17 μL/m3。

3.2 天然气及天然气凝析液中As和Hg的分析

天然气及其相关产品中的可气化砷化合物在环境、职业健康和气体加工方面均引起了关注,Krupp等[71]采用(冷阱)GC-ICP-MS测定同一气井中的天然气、加压和稳定的凝析液试样中的三烷基胂化合物。在所有试样中主要的砷物种为三甲基胂,在气相中的最高含量为17.8 ng/L,在稳定凝析液中的最高含量为33.2 μg/L,在加压凝析液中的含量高达121 μg/L。此外,在加压凝析液中还含有痕量无法确定的烷基胂化合物。

Tao等[72]采用GC-ICP-MS方法首次发现在天然气凝析液中有甲基乙基汞存在。以HBr预处理的DB-1701极性柱分离天然气凝析液中的汞化合物,不需要额外的衍生步骤,就能得到尖锐的单烷基取代汞化合物和其他汞化合物的色谱峰。在不分流脉冲进样模式下,6种有机汞化合物(二甲基汞、甲基乙基汞、二乙基汞、甲基氯化汞、二丁基汞、乙基氯化汞)在6 min内与Hg0和HgCl2实现了基线分离。采用柱头进样技术实现了Hg0和HgCl2的分离。不分流模式脉冲下,方法的检出限为:Hg0150 fg,HgCl2340 fg,二甲基汞200 fg,甲基乙基汞19 fg,二乙基汞35 fg,甲基氯化汞74 fg,二丁基汞50 fg,乙基氯化汞36 fg。在柱头进样模式下,Hg0和二甲基汞的检出限降至34 fg和130 fg。在不分流脉冲模式和柱头进样模式下,对于汞含量约为30 μg/ L的试样相对标准偏差(n=7)分别为1.6%~3.8%和1.6%~2.7%。二乙基汞、甲基氯化汞和乙基氯化汞在天然气凝析液中的回收率为90%~103%。然而由于共存烃类过载,Hg0、HgCl2和二甲基汞的回收率却远远偏离100%。

3.3 油品中S和Hg的分析

鉴于世界环保法规对汽油中硫含量的限制越来越严格,亟需能够分析石油产品中含量在ng/g级别含硫化合物形态的分析方法,Bouyssiere等[73]采用GC-ICP-MS方法在CRC模式下,采用毛细管柱分离烃类基体中的含硫化合物(噻吩、二甲基噻吩、二乙基噻吩、苯并噻吩、2-甲基-1-苯并噻吩和二苯并噻吩),方法的检出限为0.5 μg/L(0.42 ng/ g)。同位素稀释法可避免共流出烃类化合物对外标定量法测定硫含量的影响。Heilmann等[74]采用同位素稀释GC-ICP-MS法对低沸点和高沸点石油产品中的含硫化合物进行了形态分析和准确定量分析,采用富集34S的噻吩、二苯并噻吩和二苯并噻吩/4-甲基苯并噻吩的混合液作为同位素稀释剂,检测了汽油、无硫汽油和石脑油中的噻吩,方法的准确性好,测定值与NIST SRM 2296参照物验证值具有很好的一致性,检出限为7 ng/g。

由于原油的黏度高,GC直接进样难度较大,Pontes等[75]将原油用甲苯按1∶19的比例稀释,采用Grignard试剂对原油中的汞进行衍生化,采用GC-ICP-MS方法分析了原油中的Hg2+(无机汞)和MeHg+。当采用丁基氯化镁为衍生剂时,Hg2+的检出限为0.03 μg/L,精密度优于12%,试样中Hg2+(MeHg+和无机汞)的加标回收率分别按甲基丁基汞和二丁基汞计算,为80%~117%。

4 结语

ICP-MS以独特的接口技术将ICP-MS的高温(7 000 K)电离特性与质谱相结合,形成了一种新型的元素和同位素分析技术,可分析几乎所有的元素,具有检出限低、精密度高、线性范围宽、多元素同时测定等优点。ICP-MS可与高效液相色谱、高效毛细管电泳和气相色谱联用进行元素的形态、分布特性等的分析,还可以与激光烧蚀、电热蒸发联用。随着这些联用技术的迅速发展,ICP-MS必将会在石化领域有更广阔的应用。但ICP-MS的购置成本、设备运行和维护成本较高,对测试人员的要求也较高。随着石油化工产品种类和应用的不断增加,以及对产品质量和环境保护的要求日益苛严,ICP-MS在石油化工分析领域研究的深度和广度仍需进一步加强,需要开展更加深入系统的研究。此外,由于石化产品均为基底复杂的有机体系,试样前处理方法的优化和消除基体干扰成为提高ICP-MS分析数据的准确性和降低检出限的关键。

[1] 沈本贤. 石油炼制工艺学[M]. 北京:中国石化出版社,2009:18 - 19.

[2] 刘虎生,邵宏翔. 电感耦合等离子体质谱技术与应用[M].北京: 化学工业出版社, 2005:1 - 4.

[3] Tanner S D,Baranov V I. Theory,design and operation of a dynamic reaction cell for ICP-MS[J]. At Spectrosc,1999,20(2):45 - 52.

[4] Yamada N,Takahashi J,Sakata K. The effects of cell-gas impurities and kinetic energy discrimination in an octopole collision cell ICP-MS under nonthermalized conditions[J]. J Anal At Spectrom,2002,17(10):1213 - 1222.

[5] Jakubowski N,Prohaska T,Rottmann L,et al. Inductively coupled plasma and glow discharge plasma-sector field mass spectrometry[J]. J Anal At Spectrom,2011,26(4):693 -726.

[6] Feldmann I,Jakubowski N,Stuewer D. Application of a hexapole collision and reaction cell in ICP-MS:Ⅰ. Instrumental aspects and operational optimization[J]. Fresenius J Anal Chem,1999,365(5):415 - 421.

[7] 张卫凌,车艳红. ICP - MS应用于油品中金属元素检测的探索[J]. 电力与电工,2011,31(1):40 - 43.

[8] de Souza J R,Duyck C B,Fonseca T C,et al. Multielemental determination in oil matrices diluted in xylene by ICP-MS with a dynamic reaction cell employing methane as reaction gas for solving specifc interferences[J]. J Anal At Spectrom,2012,27(8):1280 - 1286.

[9] 刘乔卉,杨德凤. ICP-MS法快速测定车用汽油中有害元素含量的研究[J]. 石油炼制与化工,2014,45(8):102 - 106.

[10] 刘宏伟,谢华林,黄建华,等. 柴油中微量元素的质谱分析[J]. 石油学报:石油加工,2015,31(4):972 - 977.

[11] 张萍,华林,刘宏伟,等. 汽油中微量硅和磷的质谱分析[J]. 石油学报:石油加工,2014,30(5):909 - 914.

[12] 陈登云,荆淼,王小如,等. 应用ICP-MS技术快速直接检测石脑油中的Pb、Hg、As[J]. 分析测试学报,2006,25(6):101 - 103.

[13] Zuzana G,Boskamp M S,Lopez-Linares F,et al. Hg speciation in petroleum hydrocarbons with emphasis on the reactivity of Hg particles[J]. Energy Fuels ,2016,30(1):130 - 137.

[14] Bettmer J,Heilmann J,Kutscher D J, et al. Direct μ-fow injection isotope dilution ICP-MS for the determination of heavy metals in oil samples[J]. Anal Bioanal Chem,2012,402(1):269 - 275.

[15] 笪靖,黄晶. 基于ICP-MS 的船用润滑油检测分析[J]. 福建分析测试, 2016,25(2):24 - 27.

[16] 陈发荣,杨春茹,李景喜,等. 原油中微量金属元素的测定及聚类分析[J]. 分析科学学报, 2011,27(3):371 - 374.

[17] Pereira J S F,Picoloto R S,Pereira L S F,et al. A high-efciency microwave-assisted digestion combined to in situ ultraviolet radiation for the determination of rare earth elements by ultrasonic nebulization ICPMS in crude oil[J]. Anal Chem,2013,85(22):11034 - 11040.

[18] 李景喜,俊飞,高丽洁,等. 原油中铅同位素的ICP-MS测定及其在油源鉴别中的应用[J]. 岩矿测试,2013,32(4):621 - 626.

[19] 刘慧琴,张文媚,钟少芳,等. 微波消解-电感耦合等离子体-质谱法测定船用燃料油中钒、铝、钙、锌、镍、钠、铁和硅[J]. 光谱实验室,2010,27(5):2056 - 2059.

[20] 武朝晖,郭冬发,郭虹,等. 高分辨电感耦合等离子体质谱(HR-ICP-MS)测定毫克级柴(煤)油中硫含量的方法研究[J]. 质谱学报,2001,22(4):16 - 23.

[21] 闻环,王希在,吕玉平,等. 应用ICP-MS测定石脑油中硅的方法研究[J]. 光谱实验室,2011,28(1):317 - 319.

[22] 聂西度,谢华林. 八极杆碰撞/反应池-电感耦合等离子体质谱法测定渣油中的微量元素[J]. 石油学报:石油加工,2013,29(2):325 - 330.

[23] Wondimu T,Goessler W, Irgolic K J. Microwave digestion of “residual fuel oil” (NIST SRM 1634b) for the determination of trace elements by inductively coupled plasma-mass spectrometry[J]. Fresenius J Anal Chem,2000,367(1):35 - 42.

[24] 周学忠,谢华林,李坦平,等. 电感耦合等离子体质谱法测定石油焦中18种金属元素[J]. 冶金分析,2015,35(4):8 - 12.

[25] Ali M F,Abbas S. A review of methods for the demetallization of residual fuel oils[J]. Fuel Process Technol,2006,87(7):573 - 584.

[26] Dechaine G P,Gray M R. Chemistry and association of vanadium compounds in heavy oil and bitumen,and implications for their selective removal[J]. Energy Fuels,2010,24(5):2795 - 2808.

[27] 戴云从,李伟. 海面溢油鉴别技术在查处船舶油排污方面的应用初探[J]. 海洋环境科学,1985,4(3):50 - 55.

[28] 陈伟琪,张珞平. 气相色谱指纹法在海上油污染源鉴别中的应用[J]. 海洋科学,2003,27(7):67 - 70.

[29] 张丹丹. 海面溢油的荧光光谱鉴别法述评[J]. 环境保护科学,2000,26(5):34 - 36.

[30] 叶立群,钟燕青. 利用气相色谱-傅里叶红外光谱法联合鉴别溢油污染源[J]. 交通环保,2002,23(4):25 - 27.

[31] 中国石油化工总公司. SH/T 0629—1996 石脑油中砷含量测定法(硼氢化钾-硝酸银分光光度法)[S]. 北京:中国标准出版社,1996.

[32] 刘卫. 用带环的横向加热石墨管测定石脑油中的痕量铅[J].仪器仪表与分析监测,2004( 2):41 - 42.

[33] 程志臣,杨志杰,王素兰,等. 平台石墨炉原子吸收法测定石脑油中铅时基体改进剂的选择[J]. 化工生产与技术,2001,8(1):36 - 38.

[34] 郑存江,孙朝阳,包成林,等. 电感耦合等离子体质谱法测定使用过的润滑油中金属元素含量[J]. 理化检验:化学分册,2013,49(7):863 - 866.

[35] 徐恒,龚云. 食品接触材料中重金属检测技术研究进展[J].出版与印刷,2014(4):29 - 32.

[36] 许洁玲,王勃,许思昭,等. 食品纸质包装材料中的有害物质的产生与分析[J]. 现代食品科技,2009,2(9):1083 -1087.

[37] 宋晓云,孙卓军,郭兵,等. 食品接触塑料中重金属检测及试样前处理方法综述[J]. 塑料工业,2016,4(6):7 - 12.

[38] 王仑,孙卓军,宋晓云,等. 食品接触塑料中重金属在食品模拟液中迁移[J]. 合成树脂及塑料,2015,32(6):74 -77,81.

[39] Kiyataka P H M,Dantas S T,Pallone J A L. Method for assessing lead,cadmium,mercury and arsenic in high- density polyethylene packaging and study of the migration into yoghurt and simulant[J]. Food Addit Contam,Part A,2014,31(1):156 - 163.

[40] 李建文,匡林鹤,单瑞峰,等. 电感耦合等离子体质谱法在酸性条件下同时测定食品包装材料中7种金属元素迁移量[J]. 食品安全导刊,2015(5):142 - 144.

[41] 林立,周谙非,王朝晖. 电感耦合等离子体质谱法测定食品包装材料中有害金属元素[J]. 食品工程科技,2011(11):457 - 458,513.

[42] 姚春毅,艾连峰,郭春海. 采用ICP-MS研究聚酯类食品包装材料中锑向食品模拟物的迁移规律[J]. 中国食品卫生杂志,2013,25(1):12 - 15.

[43] 罗婵,禄春强,左莹,等. 电感耦合等离子体质谱法测定食品接触塑料的迁移金属[J]. 检验检疫学刊,2014(1):38 -40.

[44] 乔兆华,林勤保, 郭捷,等. ICP-MS法测定铝塑复合食品包装中的9种重金属[J]. 食品科学,2015,36(18):186 -189.

[45] 石玉平,王永宁,黄莉. 微波消解-电感藕合等离子体-质谱法测定塑料包装材料中痕量重金属元素[J]. 分析仪器,2007( 2):41 - 44.

[46] Resano M,Garcia-Ruiz E,Vanhaecke F. Laser ablation-inductively coupledplasma-dynamic reaction cell-mass spectrometry for the multi-element analysis of polymers[J]. Spectrochim Acta,2005,60B(11):1472 - 1481.

[47] Skrzydlewska E,Balcerzak M. Determination of traces of toxic elements in laminated plastic food packaging materials by inductively coupled plasma time- of- flight mass spectrometry(ICP- TOFMS)[J]. Chemia Analityczna,2003,48(6):909 - 918.

[48] Bumbudsanpharoke N,Choi J, Ko S. Applications of nanomaterials in food packaging[J]. J Nanosci Nanotechnol,2015,15(9):6357 - 6372.

[49] Tiede K,Boxall A B A,Tear S P,et al. Detection and characterization of engineered nano particles in food and the environment[J]. Food Addit Contam,Part A,2008,25(7):795 -821.

[50] 郭玉花,黄震,滕立军,等. 新型纳米活性果蔬气调包装保鲜膜的研制[J]. 包装工程,2008,29(3):47 - 48.

[51] Ramos K,Gomez-Gomez M M,Camara C,et al. Silver speciation and characterization of nanoparticles released from plastic food containers by single particle ICP MS[J]. Talanta,2016,51:83 - 90.

[52] Echegoyen Y,Nerin C. Nanoparticle release from nano- silver antimicrobial food containers[J]. Food Chem Toxicol,2013,62:16 - 22.

[53] Hannon J C,Cummins E,Kerry J P,et al. Assessment of the migration potential of nanosilver from nanoparticle- coated lowdensity polyethylene food packaging into food simulants[J]. Food Addit Contam,Part A,2016,33(1):167 - 178.

[54] Martinez-Gutierrez F,Olive P L,Banuelos A,et al. Synthesis,charaeterization,and evaluation of antimicrobial and cytotoxic efect of silver and titanium nano partieles[J]. Nanomed-Nanotechnol ,2010,6(5):681 - 688.

[55] Song H,Li B,Lin Q B,et al. Migration of silver from nanosilver- polyethylene composite packaging into food simulants[J]. Food Addit Contam,Part A,2011,28(12):1758 -1762.

[56] Lin Qinbao,Li He,Zhong Huaining,et al. Migration of Ti from nano-TiO2- polyethylene composite packaging into food simulants[J]. Food Addit Contam,Part A,2014,31(7):1284 - 1290.

[57] Echegoyen Y,Rodriguez S,Nerin C. Nanoclay migration from food packaging materials[J]. Food Addit Contam,Part A,2016,33(3):530 - 539.

[58] Geiger W M,Raynor M W. ICP- MS:A universally sensitive GC detection method for specialty and electronic gas analysis[J]. Spectroscopy,2009(S):28 - 34.

[59] Caumette G,Lienemann C P,Merdrignac I,et al. Element speciation analysis of petroleum and related materials[J]. J Anal Atom Spectrom,2009,24(3):263 - 276.

[60] Watts M J,Kim A W,Vidler D S,et al. Construction and evaluation of a low cost interface for the determination of elemental speciation by gas chromatography coupled to inductively coupled plasma mass spectrometry(GC- ICP- MS)[J]. Instrum Sci Technol,2007,35(1):15 - 31.

[61] Bouyssiere B,Szpunar J,Lespes G,et al. Gas chromatography with inductively coupled plasma mass spectrometric detection(GC- ICP MS)[J]. Adv Chromatogr,2003,42:107 - 137.

[62] 逯云峰,孙国文,蒋荣. 聚丙烯原料杂质对聚合的影响及净化技术的发展[J]. 四川化工,2005,8(6):24 - 27.

[63] 宋阳, 张颖, 魏新宇. GC-ICP-MS法测定丙烯中的痕量砷化氢[J]. 化学分析计量,2014,22(3):39 - 42

[64] 蒋健,冯莲英,火培忠. 丙烯中砷的测定[J]. 金山油化纤,2000(3):13 - 16.

[65] 雷志祥,姜涛,张敏. 丙烯中砷元素的ICP-AES 分析[J].光谱实验室,1998,15(4):84 - 86.

[66] 李怿,吕自立,王保宇. 裂解气中痕量杂质的测定[J]. 分析测试学报,2001,20(6):61 - 63.

[67] 徐浩东,蒋明. 火焰光度气相色谱法测定磷化氢的研究[J].江西农业学报,2007,19(4):101 - 103.

[68] 牛晓君,耿金菊,宏瑞,等. 富营养浅水湖泊中新发现的磷化氢[J]. 中国环境科学,2004,24(1):85 - 88.

[69] 魏新宇,宋阳,张颖,等. GC-ICP-MS法测定乙烯中的痕量磷化氢[J]. 分析试验室,2013,32(S1):253 - 255.

[70] 宋阳,张颖,魏新宇,等. 使用GC-ICP-MS法快速测定乙烯中的痕量磷化氢[J]. 石化技术与应用,2014,32(4):350 - 354.

[71] Krupp E M,Johnson C,Rechsteiner C,et al. Investigation into the determination of trimethylarsine in natural gas and its partitioning into gas and condensate phases using (cryotrapping)/gas chromatography coupled to inductively coupled plasma mass spectrometry and liquid/solid sorption techniques[J]. Spectrochim Acta,Part B,2007,62B(9):970 - 977.

[72] Tao H M,Tadahiko T M,Miyazaki A. Mercury speciation in natural gas condensate by gas chromatography- inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. J Anal Atom Spectrom,1998,13(10):1085 - 1093.

[73] Bouyssiere B,Leonhard P,Proefrock D,et al. Investigation of the sulfur speciation in petroleum products by capillary gas chromatography with ICP- collision cell- MS detection[J]. J Anal Atom Spectrom,2004,19(5):700 - 702.

[74] Heilmann J,Heumann K G. Development of a species- specifc isotope dilution GC- ICP- MS method for the determination of thiophene derivates in petroleum products[J]. Anal Bioanal Chem,2008,390(2):643 - 653.

[75] Pontes F V M,Carneiro M C,Vaitsman D S,et al. Investigation of the Grignard reaction and experimental conditions for the determination of inorganic mercury and methylmercury in crude oils by GC- ICP- MS[J]. Fuel,2014,116:421 - 426.

(编辑 王 萍)

浙大推出抗氧化自修复涂层

浙江大学设计了一种水驱动、效率高、成本低、多功能、适用广的自修复涂层。自修复涂层是涂覆在固体材料表面并可以自动修复损伤的一类功能材料,保护其不受物理损伤或化学腐蚀。其中以水驱动的本征型自修复涂层具有独特优势,可在温和条件下反复修复物理损伤。

单宁酸和聚乙二醇在水中通过氢键组装形成稳定的微球,在盐水作用下,这些组装体能够快速沉淀到基体表面,形成完整致密的聚合物层,干燥后即可得到透明的自修复涂层。单宁酸使得该涂层对于多种基体材料都具有很高的黏附力。但当涂层被过度破坏或污染后,也可以使用稀氢氧化钠溶液溶解擦除。此外,单宁酸还赋予了该涂层独特的抗氧化性,可有效保护基体材料免受氧化腐蚀。这是迄今唯一一种兼具高透光率、良好的力学强度、抗氧化、易擦除、可重复其自修复性能且对于多种基体都表现出高黏附力的涂层材料。

南京工业大学研发温室气体吸附新方法

南京工业大学研究发现让金属有机多面体(MOPs)更稳定、更分散从而吸附作用更强的新思路。MOPs的强吸附作用,可有效吸附二氧化碳等温室气体。但MOPs分子很容易聚集在一起,导致其活性位堵塞,削弱了吸附效果;并且由于MOPs是通过配位键组成的,其结构极易受到水分进攻而很不稳定。因此,该研究团队与北京工业大学合作,利用介孔氧化硅限阈空间的特殊微环境,构成一个个四面开“窗”的“小房间”,通过双溶剂法,在这纳米尺度的“小房间”内构筑了MOPs,这样既实现了MOPs的高度分散,提高了MOPs分子的稳定性,也使金属有机纳米笼的吸附性能发挥更充分。

合肥工业大学研发可清除持久性水污染物的新型复合材料

合肥工业大学成功制备出一种新型硼氮改性铁包覆碳纳米管磁性复合材料催化剂。利用新型催化氧化反应体系生成的高活性自由基基团,可高效去除有机污染物,解决了水处理中污染物难以深度清除的难题。合肥工业大学构建了新型类芬顿催化氧化反应体系,以三聚氰胺等常见廉价试剂为原料制备的新型硼氮改性的铁包覆碳纳米管磁性复合材料,对持久性有毒污染物呈现出显著的去除性能。实验结果表明,针对目前广泛存在的各种有机污染物,与传统芬顿反应体系相比,这一新型材料使污染物分解速度提高了10至100倍。同时,该新型材料的制备采用一步煅烧技术,金属离子还原、金属纳米粒子碳包覆以及非金属元素掺杂改性等有机污染物的清除过程均在同一设备中实现,从而克服了传统热解法制备工艺复杂、还原处理风险较高以及非金属元素改性效果不佳等技术缺陷。

我国废塑料回收利用率达到24 878 kt

一项调查结果显示,我国废塑料产生量每月约34 130 kt,回收利用达到24 878 kt,占我国塑料消费量的30%左右。如转化成原油,相当于节约了4 000多万吨原油。随着各项政策措施的实施,再生塑料对环境的影响被逐渐拉上了正题。从宏观方面来看,再生塑料市场较为散杂,政府应出台相应的政策来改变这种乱象。2015年末2016年初,河北地区在对再生塑料生产厂家的整改措施中要求,生产厂家集中搬迁到再生塑料生产工业园。这在一定程度上迅速减缓了再生塑料生产厂家的环保问题,但是这种措施不能从根本上解决这个问题。政府应加强环保问题宣传,并且应加强法律法规的颁布实施,建立健全再生塑料市场制度和规范,使其向制度化、规范化方向迈进。

Shell公司决定继续进行宾夕法尼亚裂解综合装置项目

Chem Week,2016 - 06 - 20

Shell化学公司就位于宾夕法尼亚州匹兹堡附近的一体化乙烯和聚乙烯(PE)综合装置做出最终投资决定。该项目将生产1.5 Mt/a乙烯,同时包括3套PE装置。该公司确定了将化学品和深水勘探作为增长重点。该装置建设将在18个月内开始,定于下一个十年初启动。2005年Shell公司和BASF公司将其Basell聚烯烃合资企业卖给Access 工业公司,随后收购Lyondell 化学公司组成LyondellBasell公司。Shell公司与中国海油在中国南海的石化合资企业,包括1套500 kt/a的PE装置,但宾夕法尼亚州项目将是20多年来其首个全资的PE资产。宾夕法尼亚州项目将有2个Univation公司的气相PE单元,分别生产高密度聚乙烯(HDPE)和线型低密度聚乙烯(LLDPE)。第3个单元将采用Ineos公司淤浆HDPE技术。公司认为Marcellus天然气是北美地区成本最低的,对于开始建设的装置这是一个最佳的地理位置。Shell公司还估计,北美70%以上的PE客户在匹兹堡700英里范围内,使树脂在这些地区交付比从美国墨西哥湾装运的原料成本更低。受低成本的页岩驱动美国有超过262个已宣布化工项目,总价值超过1 610亿美元。Marcellus-Utica盆地的其他项目正在评估中。

SABIC公司和Aramco公司联合进行石油制化学品项目

Chem Week,2016 - 06 - 28

SABIC公司和Aramco 公司近日签署框架协议(HOA),以在沙特阿拉伯合作研究和开发首套完全一体化原油制化学品综合装置。SABIC公司2014年5月宣布计划在该国开发石油制化学品综合装置,但根据初步研究,决定与Aramco公司进入HOA。根据协议条款,将共同研究拟议综合装置的可行性。HOA还包括对于合资项目该可行性研究得出正面结论的基础。SABIC公司已评估了加工原油约10 Mt/a的原油制化学品综合装置的经济可行性。最初预计该装置2020年开始运营。SABIC副董事长兼首席执行官表示,两家公司之间的合作可以使沙特阿拉伯的原料组合多样化,使石油成为一种可行的石化产品原料。公司希望,一体化原油制化学品综合装置项目对沙特阿拉伯的经济转型发挥显著的作用。

ExxonMobil公司和Aramco公司的原油直接制乙烯生产技术削减炼油成本

Chem Week,2016 - 07 - 06

据IHS化学工艺经济性报告,由ExxonMobil公司及Aramco 公司开发的两种新的蒸汽裂解工艺(原油蒸汽裂解)允许石化生产商基本上跳过精炼过程将原油直接转化为轻质烯烃。新工艺可能会使炼油厂生产乙烯每吨节省高达200美元。IHS化学工程总监表示,2014年ExxonMobil公司在新加坡的世界级装置投用,直接从原油生产1 Mt/a的乙烯。据IHS化学公司估计,相比传统的石脑油裂解工艺,该工艺使ExxonMobil公司每吨净赚约100~200美元。ExxonMobil工艺完全绕过炼油厂并为裂解炉供给原油。工艺修改包括在炉的对流和辐射段之间的闪蒸罐。接着将原油预加热,然后闪蒸,基本上从顶部分离出原油中较轻的组分。然后所提取出的蒸气反馈回到炉内的辐射炉管并以通常的方式裂解。收集闪蒸罐底部的重质液体转移至邻近的ExxonMobil炼油厂或进入商业市场出售。这种新型原油制烯烃工艺将节约生产成本,并利用在东南亚石脑油超过原油的溢价优势。正是这种“原料价差”贡献了最大的成本节约优势。上述分析是基于原油50美元每桶的成本进行的。而对于新加坡装置,该工艺需要轻质低硫原油以提高在本地的可用性。Aramco 公司拥有自己的原油制烯烃工艺,工艺的工作原理与ExxonMobil原油制烯烃工艺是完全不同的概念。Aramco工艺由整桶原油进料到加氢裂化装置开始,在这里除去硫并明显朝着轻质化合物改变沸点曲线。瓦斯油和较轻的产物被送到一套传统的蒸汽裂解装置,而较重的产物被送到一套专有的、Aramco公司开发的最大化烯烃产量的深度流化催化裂化(FCC)单元。但IHS化学公司提醒,Aramco公司工艺仍只是一个拟议的项目,没有实际已建成的装置测试该工艺。据估计,此Aramco公司原油制烯烃工艺的现金成本将比石脑油裂解每吨便宜200美元。加氢裂化和深度FCC显著增加投资成本,虽然如此,投资的税前收益为15%,估计Aramco公司工艺将大致相当于沙特阿拉伯的石脑油裂解成本。

韩国最大的丙烷脱氢装置开始试运行

Chem Week,2016 - 06 - 21

最近韩国的SK 先进公司位于韩国蔚山最大的丙烷脱氢(PDH)装置开始生产。SK 先进公司是韩国燃气有限公司(SK Gas)、沙特阿拉伯的先进石化公司(APC)和科威特的石化工业公司(PIC)的合资企业。预计该蔚山装置生产丙烯600 kt/a。该装置采用CB&I公司的“Catofin”催化脱氢技术,基于Clariant公司的“Catofin”催化剂。该“Catofin”工艺可在最佳的反应器压力和温度下操作,以实现丙烷转化率的最大化,从而以较低的投资和运营成本获得高产量的丙烯。PDH装置在蔚山开车成功证明了“Catofin”工艺的上述性能优势。该装置实现了快速开车时间,在丙烷投料1 d内就能生产出合格的丙烯。在15 d内达到100%的设计产能,目前该装置的运营产能已略超100%设计产能。在低于预期温度下已实现设计的转化率。

Gevo公司携手Clariant公司开发乙醇转变成烯烃的催化剂

Chem Week,2016 - 06 - 07

Gevo公司与Clariant公司已签订协议,将共同开发催化剂使其乙醇转变成烯烃(ETO)技术成为可能。此ETO技术生产定制的丙烯、异丁烯和氢气的混合物,作为独立分子或作为生产其他产品如柴油燃料和大宗商品塑料的原料是有价值的,将是化石的对应物的直接替代物。支撑ETO技术的是Gevo公司发明的专有混合的金属氧化物催化剂,该催化剂可由传统的燃油等级规格乙醇以单一加工步骤高产率生产聚合级丙烯或高纯异丁烯以及氢气。Clariant公司将致力于该催化剂的放大,期望继续推进ETO技术,同时Gevo公司将其核心异丁醇技术进行优化。一旦ETO技术被成功开发并放大,Clariant公司的催化剂产量将能满足商业生产要求。如同其异丁醇技术,Gevo公司预期通过许可经营使其ETO业务日益增长。此ETO技术可能为全球乙醇工业提供一个更为广泛的终端产品市场和利润机会,超过乙醇作为汽油调合料的使用。它具有解决各种化学品和燃料领域市场的潜力,如汽车配件、包装、塑料制成的耐用品、可再生柴油燃料和用于化工、能源和燃料电池市场的可再生氢气。Clariant公司表示, Clariant催化剂将由纤维素或其他碳水化合物来源的乙醇转变为更高附加值的产品将为乙醇行业创造更大的增长潜力的机会。

日本大阪大学利用廉价丁二烯合成末端烯烃

Chem Week,2016 - 06 - 07

日本大阪大学研究团队开发出一种通过使用廉价的镍催化剂使2分子丁二烯、烷基和苯环连续成键的方法。利用这种技术,使用廉价的丁二烯合成高价值末端烯烃已成为可能。多组分反应的方法是在经济和效率上都优于通过多步反应结合分子的方法,不过多组分反应有必要控制好被结合的分子数量和成键的位置,因此其应用受到限制。日本大阪大学的Nobuaki Kambe教授等开发出一种合成方法,通过使用廉价的镍催化剂经2分子的丁二烯成键构建8个碳的碳骨架并分别把一个烷基和一个苯环引入到1,6-辛二烯的内部碳原子和末端碳原子。利用这种技术,可能通过使用廉价的丁二烯合成高价值的末端烯烃。丁二烯是高分子材料领域常用的单体,用于生产合成橡胶或者塑料,同时也是精细化工领域重要的原料(如用于生产丁二醇和氯丁二烯),用于合成高附加值的烯烃产品。

含有酶的3D打印聚合物将甲烷变成甲醇

Chem Eng,2016 - 07 - 01

来自劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家将生物学与3D打印相结合,以创建可在室温和大气压力下连续地由甲烷生产甲醇的首例反应器。该团队从甲烷氧化菌,即代谢甲烷的菌中移除酶,把这些酶与被打印、注塑进入创新型反应器的聚合物混合。据LLNL的化学家和项目负责人称,值得注意的是,聚合物中的酶保留100%活性。打印出的酶嵌入聚合物对于未来的开发具有高度灵活性并在广泛的应用中应该是有用的,特别是那些涉及气-液反应的应用。该研究可能使甲烷更有效地转化为能源生产。

Anellotech公司正在接近生产生物基PET

Plast.news,June 14,2016

Anellotech公司从非食用的生物质生产生物对二甲苯的开发设施将投用,并最终生产容器用生物基聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。Anellotech公司总裁兼首席执行官表示,正在评估一个待确定的“在这个十年末进行大规模生产的商业基地”。目的是在一台反应器中用农业残余物或木材生产可使用的产品。伦敦的Johnson Matthey公司是催化剂的开发合作伙伴。日本大阪的饮料啤酒和蒸馏水厂商三得利公司在该芳烃转换项目中投入超过1 500万美元。法国IFP Technologies集团的合资公司Axens公司拥有商业化该技术的全球独家许可。IFP Energies Nouvelles是Anellotech公司专有的Bio-CTat品牌热催化生物质转化技术的工艺开发和规模化的合作伙伴。利用该工艺生产的化学品完全等同于由石油制成的产品,可直接进入到现有的1 000亿美元的市场。

日本九州大学开发出用于酯类合成的高活性铁催化剂

日经技术在线(日),2016 - 06 - 24

近日,日本九州大学宣布成功开发出用于酯类合成,并兼备高活性及高化学选择性的铁催化剂。以往很多研究都是从绿色化学的观点出发,研究使用催化剂的酯类合成方法,但这些方法使所用的原料受到限制,因此强烈希望能够开发出空间位阻效应大的酯类催化剂的合成方法。这次新开发的高活性铁催化剂能使用以往合成难度大的原料来合成酯类物质。比如能够利用价格低的甲醇合成叔丁醇,叔丁醇在合成化学方面很有用,其对肽类的合成以及聚酯等高分子材料的合成都是非常重要的。而且在化学选择性反应中,它可以使用要求更精密控制的活性酯类作为原料。另外,还可使用多种医药产品作为原料,实现芳香族氨基醇的羟基有选择性地酰化。该高活性铁催化剂是九州大学推出的绿色制药研究的核心,目前该校正在开展对人和地球无害的医药品合成研究。

日本开发出汽车尾气催化剂用新合金纳米颗粒

日经技术在线(日),2016 - 06 - 15

日前,日本大分大学、九州大学和京都大学等组成的研究小组宣布,发现了Pd和Ru以原子水平混合的固溶型合金纳米颗粒,显示出了与Rh有相同汽车尾气净化能力。Rh属于贵金属,其稀有且价值昂贵,占全球产量80%的Rh被用于作为汽油车用三元催化剂,因此客户纷纷要求开发出能够替代Rh的新型物质。研究小组关注了Pd和Ru。这两种元素与Rh相比不仅资源丰富而且价格便宜。因此,只要制备出这两种原子以原子水平混合的合金,就有望形成性能与Rh相似的物美价廉的新物质。以往使用纳米化和化学还原的方法合成出的以原子水平混合的PdRu固溶型纳米合金颗粒(PdRu-NPs)。而这次新开发了使用PdRu-NPs的负载型催化剂,并对比Rh催化剂进行了汽车尾气净化反应中的催化剂性能的评测。结果发现在低温下,用Rh以外的催化剂很难净化的NOx可利用负载PdRu-NPs颗粒的催化剂有效去除,可以说该合金显示出了非常高的催化性能,其水平与Rh相当,甚至发现在200 ℃以下的温度范围内催化性能还超过了Rh。另外,对于去除NOx以外的尾气成分,比如CO和丙烯等,PdRu-NP型催化剂也显示出了非常高的催化性能。

超高相对分子质量聚乙烯软质层状复合材料的分层行为

Composite Part B,2016 - 08 - 01

以色列特拉维夫大学研发基于超高相对分子质量聚乙烯纤维(UHMWPE)的软质聚合物复合层压板,由于具有高拉伸强度和低密度,可广泛用于弹道应用。层间的分层对于抗弹道性是一种重要的能量耗散模式。该研究采用了两种实验装置检查了UHMWPE复合材料的分层行为。模式-Ⅰ设置了包括一种改进型双悬臂梁测试。第二种是为了表征模式-Ⅱ中分层失败提出的一种新的层间剪切(ILS)的测试,由于不良的基质纤维界面结合,已知分层失败是这些复合材料的主要的缺点。采用数字图像相关分析方法来提取模式-Ⅱ中的全场剪切应变,并检查其一致性。模式-Ⅱ中的裂纹长度也使用光学手段量化。使用SEM对裂纹表面进行表征来研究机理。商业Dyneema HB26(DH)正交多层复合材料的模式-Ⅰ测试结果对材料和裂纹行为提供了见解。上述ILS测试为利用接近均匀和占优势的层间剪切应变提供了一种独特的方式。发现DH的ILS强度明显低于其抗拉强度。

Addivant公司推出用于交联聚乙烯电缆料的液体抗氧化剂

Addir Polym,2016 - 05

聚合物添加剂生产商Addivant公司推出了Lowinox FAST X作为下一代液体抗氧化剂,用于中高压交联聚乙烯(XLPE) 电缆生产。该公司称该抗氧化剂可促进降低电缆行业的总拥有成本。据Addivant公司报道,Lowinox FAST XL已为提供防止烧焦和交联速度之间的最优平衡而设计,使电缆制造商能够提高线速度,在电缆寿命至关重要的可靠性和质量没有损失下提高了生产率。德国生产的该新型抗氧化剂满足今天中压、高压和超高压XLPE化合物要求的所有必要的质量和高洁净标准。Lowinox FAST XL已被广泛研究和测试,确认它克服了与使用传统的液体抗氧化剂相关的处理和一致性问题。由于改善电缆的一致性,在提高生产量、通过配方优化降低成本和减少不合格产品方面,电缆生产商会看到明显的好处。据说,该新型抗氧化剂还提供了与来自XLPE化合物的有机过氧化物、高清洁度水平和抗饱和的良好相容性。为满足电缆在能源、信息和通讯技术及运输行业日益增长的需求,供应商越来越被要求提供高可靠性、成本效益、安全性和最小的环境影响的系统。Addivant公司称,它能提供各种产品,从用于绝缘和半导体的高性能特种抗氧化剂到用于无卤阻燃电缆的金属减活剂和增容剂,帮助应对这些挑战。

聚乙烯共聚物用作碳纤维增强高密度聚乙烯复合材料的增容剂

Composite Part B,2016 - 08 - 16

土耳其Erciyes大学材料科学与工程系的最新研究,3种不同的共聚物被用作基于碳纤维(CF)增强高密度聚乙烯(PE)的复合材料的增容剂,它们是马来酸酐接枝的聚乙烯(PE-g-MA)、一种乙烯、丙烯酸酯和顺丁烯二酸酐的三元无规共聚物(LOT-MA)和一种乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油基酯的无规共聚物(LOT-GMA)。这些增容剂的含量(w)分别为1.5%,3%和6%。研究人员对增容剂的类型和数量对复合材料的拉伸、冲击、弯曲、形变和形态学性能的影响进行了研究。无论何种类型,耦合剂的使用都可提高复合材料的力学性能。在不同的增容剂浓度下观察到力学性能的最大增加取决于测试类型和增容剂类型。增容剂对力学性能影响的顺序为:LOT-MA>LOT-GMA>PE-g-MA。研究人员观察了增容剂的有效性及其极性基团含量之间的相关性。研究结果显示,极性基团含量越高力学性能提高越多。

Teknor Apex公司推出一种用于管密封件的新型TPV弹性体

Rubb World,2016 - 06 - 28

Teknor Apex公司宣称,一种用于管密封件的新型热塑性硫化橡胶(TPV)弹性体显示优于热固性橡胶的加工性能,同时为密封件的更快插入和更多无误差的装配提供增强的润滑性。用于无负压供水和排水系统管密封,Sarlink 9156-02提供几乎与Sarlink 9156B相同的物理性能, Sarlink 9156B是一种用于管密封件的主力复合物,但作为润滑复合物Sarlink 9156-02的摩擦系数只有Sarlink 9156B的16%。

新型Sarlink 9156-02的更大润滑性对于将密封件插入配件是一大优势。带有润滑的密封件配件也便于管插入,可在工地上由手工完成。由于减少了将管插入到配件所需力量,润滑有助于防止不当装配和损坏密封件。像Sarlink 9156B一样,这种新型润滑复合物显示数年后比橡胶保持更大的密封力,延长管密封的工作年限,它必须防止漏管和渗流。密封力由应力松弛度来衡量。与橡胶相比,上述两种TPV均表现出数年后低水平的应力松弛,特别是在高温下。

Covestro公司新型酷黑聚碳酸酯用于高光泽的汽车外饰

Plast Technol,2016 - 08

Covestro公司的新型Makrolon AX是针对车顶内饰和支柱应用的高性能涂层。应用于汽车的大型、透明的表面和全景天窗的日益普及进一步刺激了对聚碳酸酯(PC)树脂的需求。它们不仅可用于天窗,也可用于外部装饰和支柱。Covestro公司将PC与硅氧烷涂层结合,可提供优良的性能,包括透明度、高抗冲击性和设计自由度。最新的创新Makrolon AX是一种具有高性能涂层的PC,可用于高光泽的车顶内饰和柱子。其关键是开发出“酷黑”的色彩,这有助于保持PC表面很凉爽。据称,酷黑表面使 Makrolon AX延长涂层系统性能,并使耐候性能提高50%。

据Covestro公司称,标准黑色吸收IR辐射导致升温部件,酷黑颜色允许红外透过部件发射,从而使涂层具有长期性能。酷黑色为主色调,以使外饰的装饰B-表面激光焊接到其他部件。激光穿过涂层和PC,但不穿过底层材料。当界面加热、熔化并冷却时,PC被连接到所述底层材料上。最初有两种牌号:MakrolonAX2677(带UV稳定)和AX2675(不含UV稳定)。

(“技术动态”均由全国石油化工信息总站提供)

(本栏编辑 邓晓音)

Application of ICP-MS in petrochemical industry

Song Yang,Li Xianzhong,Huang Wenqing,Zhang Ying
(SINOPEC Beijing Research Institute of Chemical Industry,Beijing 100013 ,China)

The application of inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS) in petrochemical industry was summarized. The determination of trace harmful impurities in crude oil,fuel oil,naphtha,residual oil,asphalt and oil coke,screening of crude oil,identif cation of spilled oil,and analysis of poisonous elements in food contact plastic packaging materials by means of ICPMS were reviewed. The application of gas chromatography coupled with ICP-MS(GC-ICP-MS) in the analysis of monomers,natural gas and oil products was introduced also. Particular attention was given to the application of GC-ICP-MS in the determination of trace phosphine in ethylene and trace arsine in propylene.

ICP-MS;GC-ICP-MS;petroleum products;plastic packaging materials;ethylene;propylene;natural gas

1000 - 8144(2016)10 - 1279 - 09

O 657.3

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2016.10.020

2016 - 06 - 30;[修改稿日期] 2016 - 07 - 30。

宋阳(1972—),女,辽宁省本溪市人,博士,高级工程师,电话 010 - 59202520,电邮 songy@sinopec.com。

猜你喜欢

试样
试样加工余量对Q355B热轧钢带拉伸性能的影响
添加Ti3AlC2对MgO-C材料性能的影响
冷却方式对H13钢组织和性能的影响
含水率对纤维素纤维基水刺交铺非织造材料手感性能的影响*
金属化学成分检测试样制备
THE EFFECT OF REFUGE AND PROPORTIONAL HARVESTING FOR A PREDATOR-PREY SYSTEM WITH REACTION-DIFFUSION∗†
Ce和Nd对多道次固相合成AZ31-RE镁合金腐蚀性能的影响*
Ce和Nd对多道次固相合成AZ31-RE镁合金腐蚀性能的影响
探讨预加张力对机织物纱线滑移量的影响
热煨弯管拉伸试样尺寸的选择