微波灰化技術(shù)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用

文/唐江紅

微波灰化測(cè)定石油產(chǎn)品的灰分和金屬雜質(zhì)元素結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法基本相同// 采用微波灰化技術(shù)，不論是測(cè)灰分，還是干法灰化測(cè)量雜質(zhì)金屬元素，處理試樣簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確。微波灰化結(jié)合高溫加熱和微波技術(shù)，與傳統(tǒng)的方法相比，極大地節(jié)省了工作時(shí)間。

隨著社會(huì)的發(fā)展，石油及石油類產(chǎn)品在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求量逐年增長(zhǎng)。隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，石油及石油類產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)控制也越來(lái)越高。灰分及金屬含量是石油及石油類產(chǎn)品質(zhì)量控制的兩個(gè)重要指標(biāo)。石油產(chǎn)品的灰分可作為衡量油品洗滌與精制是否正常的指標(biāo)。石油產(chǎn)品中雜質(zhì)金屬元素如Fe、V、Ni等嚴(yán)重影響使用質(zhì)量，在石油加工過(guò)程中，原料油中的Fe、Ni等金屬對(duì)催化劑有一定的影響，造成催化劑結(jié)構(gòu)的損害或者使催化劑永久性中毒。

石油產(chǎn)品灰分一般采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T508《石油產(chǎn)品灰分測(cè)定法》的方法進(jìn)行測(cè)定，也即常規(guī)灰化方法，該方法操作繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，自動(dòng)化程度低。傳統(tǒng)的干法灰化測(cè)定石油產(chǎn)品中雜質(zhì)金屬元素含量一般采用ASTM D5708-2012和SH/T0715-2002，處理試樣操作繁瑣、費(fèi)力耗時(shí)且污染嚴(yán)重。采用微波灰化技術(shù)，不論是測(cè)灰分，還是干法灰化測(cè)量雜質(zhì)金屬元素，處理試樣簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確。微波灰化結(jié)合高溫加熱和微波技術(shù)，與傳統(tǒng)的方法相比，大大節(jié)省了工作時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)部分

主要儀器與試劑

微波灰化PYRO（意大利MILESTONE公司）;

萬(wàn)分之一電子天平（賽多利斯）;

iCAP7400電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司）;

Fe，V，Ni標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 mg/L），國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心;

其他實(shí)驗(yàn)室常用試劑;

實(shí)驗(yàn)室用水為超純水。

儀器工作條件

ICP-OES參考條件：沖洗泵速100 rpm；分析泵速50 rpm；RF功率1150 W；霧化器流量0.5 L/min；輔助氣流量0.5 L/min；冷卻氣流量12 L/min。

微波干法灰化和灰分灰化參考表1、表2兩種升溫條件。

因?yàn)槭皖惍a(chǎn)品的成分差異比較大，因此其炭化過(guò)程可以根據(jù)情況具體調(diào)整。比如一般潤(rùn)滑油不易揮發(fā)和燃燒，操作相對(duì)安全，因此其炭化過(guò)程和灰化時(shí)間也可以大大縮短。

表1 微波干法灰化參考條件。

表2 微波灰分灰化參考條件。

試驗(yàn)步驟

常規(guī)灰分灰化

將10 g左右樣品置于一已知恒重的清潔坩堝中，用無(wú)芯濾紙作引火芯，點(diǎn)燃樣品，使其燃燒只剩下灰分和殘?zhí)?，后將坩堝轉(zhuǎn)移至775±25 ℃馬弗爐中加熱，直到殘?jiān)耆蔀榛覡a。冷卻到一定溫度后再放入干燥器中冷卻至室溫，進(jìn)行稱重。按照灰分的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到測(cè)試結(jié)果。

微波灰分灰化

將10 g左右樣品置于已恒重的石英坩堝中，放置于微波馬弗爐中，設(shè)置相應(yīng)的升溫程序，無(wú)需燃燒法除炭，直接完成灰化。冷卻到一定溫度后再放入干燥器中冷卻至室溫，進(jìn)行稱重。按照灰分的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到測(cè)試結(jié)果。

普通干法灰化

準(zhǔn)確稱取一定量的石油樣品于50 mL石英坩堝內(nèi)，置于電熱板上緩慢加熱，為防止試樣濺出，逐漸調(diào)節(jié)溫度，加熱至試樣完全焦化，沒(méi)有油氣。然后將炭化后的試樣及石英坩堝放進(jìn)550 ℃的高溫馬弗爐內(nèi)灰化5 h左右，直到?jīng)]有黑色殘?zhí)繛橹?，從馬弗爐內(nèi)去除石英坩堝，冷卻至室溫。

微波干法灰化

準(zhǔn)確稱取一定量的石油樣品于50 mL石英坩堝中，置于微波馬弗爐中，按照儀器預(yù)先設(shè)定的升溫程序進(jìn)行操作，操作結(jié)束后取出冷卻至室溫。

將上述兩種干法灰化的樣品加入少量稀硝酸，加熱溶解完全，取下冷卻，轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容，待測(cè)定。

表3 同一樣品4次測(cè)試結(jié)果對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

兩種灰分灰化方法結(jié)果比較

取同一樣品分別按照GB/T508標(biāo)準(zhǔn)和微波灰化法在同一條件下同時(shí)進(jìn)行4次測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。

兩種干法灰化方法結(jié)果比較

同一樣品兩種不同干法灰化方法測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 兩種不同干法灰化方法測(cè)試結(jié)果（mg/kg）。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)際樣品的測(cè)試，并與GB/T508、ASTM D5708-2012和SH/T0715-2002等標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行對(duì)比。微波灰化測(cè)定石油產(chǎn)品的灰分和金屬雜質(zhì)元素快速簡(jiǎn)便、檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法基本相同。普通干法灰化在炭化過(guò)程中是明火操作，試樣非常容易濺出，具有一定的危險(xiǎn)性，需要實(shí)驗(yàn)人員值守，并不斷根據(jù)情況調(diào)節(jié)溫度，過(guò)程中產(chǎn)生大量黑煙、異味，不僅污染環(huán)境，而且對(duì)操作人員的身體健康不利。而微波灰化采用程序化升溫，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程無(wú)需人力，安全，污染小、耗時(shí)少。對(duì)石油產(chǎn)品中灰分和雜質(zhì)金屬元素的測(cè)量提供了一種快速、準(zhǔn)確、可靠的方法。