石油炼制与化工 2011年6月 分析与评定 PETR()LEUM PROCESSING AND PETROCHEM1CAI S 第42卷第6期 非抑制离子色谱法测定炼油厂脱硫液中N一甲基二乙醇胺 周 旭 ,王金平 ,崔成来。,陈智栋 (1.常州大学石油化1二学院,常州213164;2.青岛盛瀚色谱技术有限公司) 摘要:用离子交换色谱法,以作为流动相在阳离子色谱柱上非抑制电导检测分析炼油厂脱硫液中的 N一甲基二乙醇胺(MDEA)。处理后的样品经过阳离子色谱柱,在流速为1.00 mI [min、淋洗液为7 mmol/L 时等度洗脱分离,能够快速稳定出峰,且与其它干扰离子充分分离。MDEA的检出限为0.638 3 171g/I ,具有良 好的线性关系和重现性。对炼油厂生产过程中含MDEA的贫液和富液进行测定,MDEA的回收率范围为 99.1 ~100.3%,相对标准偏差小于3 。 关键词:脱硫液离子交换色谱非抑制电导检测 甲基二乙醇胺弱酸性阳离子柱 l 前 言 法对胺类的测定一般需经过衍生,操作繁琐、耗 随着人们对环保t3益重视,迫使加工行业越 时,且所用的载体价格昂贵,最重要的是在脱除硫 来越重视脱硫技术的研究开发和对传统脱硫工艺 化氢和二氧化碳过程中,脱硫液中硫化氢等物质 的改进,以降低液化气、汽油、柴油等燃料的硫含 的存在严重影响气相色谱中MDEA的测定,其检 量,生产清洁燃料。N甲基二乙醇胺(MDEA)是 测的准确度甚至低于酸碱中和滴定_£。]。文献中有 一种高效脱硫剂,由于MDEA对H s有很高的选 使用液质联用的检测方法,但单次分析成本较高 择性、能耗低、投资省、腐蚀性小等优点,因此,它 且检测限过低,是一种筛查方法而不适合炼油厂 在天然气选择性脱硫、克劳斯尾气常压选择性吸 中的常规定量检测[8 ]。毛细管电泳一直接紫外检 附及炼厂气脱硫等领域逐渐取代乙醇胺、二异丙 测法l1 、离子色谱法[_|。。” 等相继被提出,其中离子 醇胺等选择性较差的伯胺或仲胺l1 ]。 色谱法测定有机胺的样品具有前处理简单、选择 在炼油厂脱硫液中,脱硫剂MDEA的浓度有 性高、检测速度快、准确、重现性及稳定性好等优 严格的控制指标,浓度太高或太低都会造成液化 点,适用于炼油厂生产中有机胺的检测。目前尚 气中硫含量不合格或液化气的跑损。在脱除硫化 未见有文献报道用离子色谱分离非抑制电导检测 氢和二氧化碳过程中,脱硫液中的MDEA与酸性 法测定MDEA含量的方法。本研究采用低浓度 气体形成热稳定性盐(简称HSS)从气体流中被移 的作为淋洗液,由硅胶衍生接枝、青岛盛瀚色 走,使脱硫液的脱硫剂浓度降低,从而影响脱硫效 谱技术有限公司附聚制备的青岛盛瀚SH—CC一02B 阳离子色谱柱l1。 作为分离柱,非抑制离子色谱电 果。因此,准确、快速地测定脱硫液中MDEA的 浓度,对于及时指导脱硫工艺生产与环境保护具 导检测法测定脱硫液中MDEA的浓度。 有重要意义。 2 实 验 目前,测定脱硫液中MDEA浓度常用的方法 为酸碱中和滴定法,该方法操作繁琐,分析时间 2.1仪器与试剂 长,需要l h左右。而且,由于酸碱滴定选择性不 青岛盛瀚色谱技术有限公司生产的CIC-100离 高,脱硫液中的伯胺、仲胺及其它碱性杂质干扰严 子色谱仪;SH—CC 02B阳离子色谱柱(200 mm x 重,给检测带来严重的误差。近几年来,以二乙醇 4.6 mm,10 wn);HW2000型色谱工作站。 胺(DEA)和MDEA组合的脱硫剂、脱碳剂的研究 (63 goo~68 );硫酸(98%);高氯酸 颇受重视。因此,酸碱中和滴定法越来越不能满 收稿日期:2010—11 30;修改稿收到日期:201】-O2—15。 足实际生产中检测的要求。我周专业标准中对 作者简介:周旭(1 989一),在读硕士研究生,主要从事离子色 MDEA含量的测定尚未制定国家标准。气相色谱 谱应用方法的开发工作。 第6期 周 旭等.非抑制离子色谱法测定炼油厂脱硫液中N甲基二乙醇胺 89 (70 ~72 );磷酸(52 ~54 );甲基磺酸 (99 )。N一甲基乙醇胺(99 );MDEA(99%); N,N二甲基乙醇胺(GR);二乙醇胺(99 )。 Li ,Na ,NH4 ,K ,Mgz ,Ca2。。均为1 000 mg/L 的标准溶液。 2.2色谱条件 . 淋洗液为7 mmol/I 的,流速为1.00 mI /min,进样量为100 L。分离柱柱温和检测器 温度均为室温,非抑制电导检测。 2.3样品前处理 分析样品来源于中国石化青岛石油化工有限 责任公司含脱硫剂MDEA的贫液和富液。 样品前处理:称取富液0.105 g、贫液0.107 g, 分别用去离子水定容至100 mL的容量瓶中,再稀 释1O倍,经过0.22¨m的微孑L滤膜过滤后进行 分析。 3结果与讨论 3.1淋洗液的选择 分别使用一定浓度的、磷酸、硫酸、高氯 酸、甲基磺酸作为淋洗液,在淋洗液流速、进样量 以及样品成分和浓度相同的条件下进行对比实 验。结果发现,磷酸、硫酸作为淋洗液时的出峰时 间和响应值较另外3种淋洗液差。、高氯酸及 甲基磺酸作为淋洗液时有机胺的出峰时间、峰的 响应值及分离度相差不大,因此这3种淋洗液对有 机胺的洗脱情况相近。但由于高氯酸的强氧化性 会给实验操作者带来一定的危险,甲基磺酸的成 本远高于,因此选择安全、低成本的作为 淋洗液。 青岛盛瀚SH—CC一02B阳离子色谱柱主要用于 分离Li ,Na ,NH4 ,K ,Mg ,Ca ,将这6种 阳离子与有机胺混合后进样,分析阳离子的出峰 位置对有机胺的干扰,结果见图1。由图1可见, 淋洗液为7 mmol/L时,Li ,Na ,NH 。。, K ,Mg ,Ca。 与N一甲基乙醇胺、MDEA、 N,N一二甲基乙醇胺能够很好地分开,在分析测定 这3种有机胺时,可以排除这6种常规阳离子对它 们的干扰。从总体上来看,青岛盛瀚SH CC一02B 阳离子色谱柱可以用于对一些有机胺的测定。 3.2工作曲线、检出限与重现性 用7 mmol/I 的作为淋洗液,在淋洗液流 o 5 1o 15 20 25 30 时间/min 图1无机阳离子和有机胺的离子色谱图 1--Li+;2一Na+;3一NH4十;4 K ;5 N甲基乙醇胺 6---Mg +;7 MDEA;8 N,N二甲基乙醇胺;9--Ca + 速为1.00 mL/min、进样量为100 laI 的条件下, 50 mg/L的MDEA标准样品的离子色谱图见 图2。在一定浓度范围内(5~500 mg/L)分别取5, 10,25,50,125,250,500 mg/L 7个点作MDEA工 作曲线(图3所示),得到MDEA的峰面积线性关 系为 一 7 504+2 353 ,相关系数R一0.999 8, 线性关系良好。根据5.00 rag/L MDEA的峰高,算 得MDEA的检出限为0.638 3 mg/L。对125 mg/L 的MDEA标样连续进样8次,考察其重现性。根据 实验结果知,MDEA的峰面积标准偏差RSD一 1.O3 ;MDEA的时间标准偏差RSD一0.94 。 实验结果表明重现性较好。 MDEA 0 5 1O 15 21 时间/min 图2标准样品离子色谱图 舍 吕 ● > 嚏 图3 MDEA标准样品的峰面积工作曲线 90 石油炼制与化工 2Ol1年第42卷 3.3实际样品分析 3.3.1可行性分析 选择用于脱硫后的贫液和 由图6可见,l和2两个峰为两个物质,说明杂质 峰2不是二乙醇胺。由图6还可以看出,二乙醇胺 与MDEA的分离度良好。当实际样品中同时含有 富液作为实际样品来验证方法的可行性。同一富 液分别稀释成MDEA浓度为2 140 mg/I 和 643 mgJL后,进样分析得到的离子色谱图见图4 和图5。由图4可见,实际的脱硫液样品巾除了含 二乙醇胺和MDEA时,此方法可以很好地同时检测 出这两种物质的含量。二乙醇胺和MDEA混合标 准溶液的离子色谱图见图7。由图7可见,二乙醇 胺和MDEA之间的分离效果较好。因此,实际生产 中可用该方法测定脱硫液中的二乙醇胺。 有MDEA外,还有伯胺、仲胺及其它碱性杂质。 若用酸碱中和滴定的方法,滴定的是所有碱性物 质的总量,而非MDEA的含量。验证了离子色谱 法测定MDEA的准确性和高选择性。由图4和 图5比较可知,MDEA出峰前有一个与其很近的 杂质峰,在图4所示的样品浓度下,MDEA的峰面 积由于受到此干扰峰的影响,无法准确地标出 MDEA的峰面积,即无法准确地定量分析计算出 MDEA的含量。但图5中,随着被测样品浓度的 降低,此干扰物与MDEA的峰面积均减小,峰宽 变窄,两峰间的分离度增大,当富液被稀释到一定 的浓度时,此干扰峰能与MDEA完全分开,从而 能够对MDEA进行准确的定量分析。 O 5 1o 15 2O 25 3O 35 时问/min 图4富液稀释到MEDA浓度为2 140 rng/L时 的离子色谱 1,2,4伯胺、仲胺及其它碱性杂质;3 MDEA O 5 10 15 2O 25 30 35 时间/min 图5富液稀释到MEDA浓度为643 mg/I 时 的离子色谱图 1~杂质;2~MDF ̄A 在富液中加入二乙醇胺后的离子色谱图见图6。 0 5 10 15 20 25 30 35 时间/rain 图6 富液中加入二乙醇胺时的离子色谱图 1 二乙醇胺;2 杂质;3一MDEA 1 O 5 10 15 2O 25 30 35 时间/rain 图7二乙醇胺和MDEA混合标准溶液的 离子色谱图 1一二乙醇胺;2--MDEA 3.3.2 实际样品 图8和图9分别为中国石化青 岛石油化工有限责任公司脱硫剂MDEA的富液 和贫液加标前后的离子色谱图。将富液和贫液的 样品根据测得的进样含量按1:1的量加入 MDEA标准样品测其回收率,样品回收率及测得 实际样品MDEA的含量见表1。从图8和图9可 以看出,实际样品中酸性气体的存在与否对检测 无任何影响。由表1可以看出,样品的回收率为 99.1 ~1()().3 ,达到分析的要求。 用离子色谱电导检测法测定MDEA的原理 是用酸性的淋洗液将MDEA转换成MDEAH 来 测定MDEA的含量。因此,当实际样品中含有热 第6期 周 旭等.非抑制离子色谱法测定炼油厂脱硫液中N_甲基二乙醇胺 91 0 5 10 l5 20 25 30 时间/arin 图8 富液中MDEA加标前后的离子色谱图 0 5 10 15 20 25 30 时间/arin 图9贫液中MDEA加标前后的离子色谱图 稳定性盐(MDEAH X~)时,用离子色谱法测定 的含量实际为样品中的有效成分MDEA和热稳 定性盐(MDEAH X~)的总量。若实验中所分析 的贫液和富液中含有未除去的热稳定盐,则表l中 得到的MDEA含量有可能为有效成分MDEA和 热稳定性盐(MDEAH。。X)的总量。罗芳等 4—1 5] 提出用离子交换容量法和固相萃取一离子色谱法 检测热稳态盐的含量。吴述超 等提出用电渗析 离子交换一离子色谱法检测脱硫胺液中的热稳态 盐。结合文献中测定热稳态盐的方法和本研究提 出的测定MDEA的方法即可准确地测定出含有 热稳态盐的脱硫液中MDEA的有效成分。或者 直接通过除盐技术将脱硫液中的热稳定盐除去, 然后测定脱硫液中的MDEA的有效成分。 表1样品回收率及MDEA含量 注:表中所得的实验数据均为3次实验结果的平均值±标准 偏差。 4 结 论 采用非抑制电导检测离子色谱法可准确、快 速地测定脱硫剂MDEA的含量。在优化的实验 条件下具有良好的线性关系,MDEA的检出限为 0.638 3 mg/L,重现性好,相对标准偏差小于3 , 对炼油厂生产过程中含MDEA的贫液和富液进 行测定,MDEA的回收率范围为99.1 ~ 100.3%,满足分析要求。用低浓度的作为淋 洗液,淋洗液中无需添加任何有机改进剂,检测成 本低,操作简单,适合广泛地用于实际生产中各个 环节的MDEA浓度的测定。 参考文献 [1] 王世娟,王军民.石油气净化脱硫技术的开发与应用[J].化 工进展,2002,2l(2):140—142 E2] 王军民,房少华.催化裂化汽油溶剂萃取脱硫溶剂的研究 EJ].炼油设计,2000,30(10):32—34 [3] 阎观亮,崔洪星.液化天然气工厂的原料气处理[J].石油与 天然气化工,2000,29(4):188—190 』4 I… 陈赓良.醇胺法脱硫脱碳工艺的回顾与展望lJ].石油与天然 气化工,2003,32(3):134 142 [s] Levent K,Orkun Alp.Comparison of organic solvents used for the determination of mustard gas hydrolysis products in urine samples using gas chromatography—mass spectrometry … [J].Analytical Letters,2010,43:4l 7—423 L0J Isaac O,Yasuo S.Determination of nitrogen mustard hydrol— ysis products ethanolamines by gas chromatography mass spectrometry after tert—butyldimethylsilyI derivatization口]. Journal of Chromatography A,2006,1122:242—248 [7] 杜进祥,王凤贵,向东,等.毛细管气相色谱法测定酸性气体 吸收液中的二乙醇胺和甲基二乙醇胺[J].石油化工,2001, 30(1):51 53 Es] Hoe C C,Hoi S I ,Mui T S.Screening of nitrogen mustards and their degradation products in water and decontamination liquor by liquid chromat。graphy mass spectr0metry[J].Jour nal of Chromatography A,2006,1]02:214-223 [9] Pahlo C,Makram T S,Yun Z C.A liquid chromatography electrospray ionization—tandem mass spectrometry study of ethanolamines in high salinity industrial wastewaters[J].Ta— lanta,2010,8O:1110 l115 [IO3 Bord N,Cretier G,Rocca J I .Determination of diethano lamine or N— methyldiethanolamine in high ammonium con—- centration matrices by capillary eIectrophoresis with indirect UV detection:Application tO the analysis of refinery process waters[J].Anal gioanal Chem,2004,380:325—332 [ii] Rainer K.Determination of amines used in the oil and gas in— dustry(upstream section)by ion chromatography[J].Jour nal of Chromatography A,1999,850:289 295 [12] Kerry M R,John V H,W|11iam j D.Determination of alkano— 92 石油炼制与化工 2011年第42卷 lamines in cattails(Typha latifolia)utilizing electrospray ion— [14]罗芳.固相萃取一离子色谱法分析胺液中的热稳态盐离子组 ization with selected reaction monitoring and ion—exchage 成[Jj.分析测试学报,2004,23(4):84—87 chromatography[J].Rapid Commun Mass Spectrom,2004, [15]罗芳.胺法气体脱硫胺液中热稳态盐离子的组成分析[J].石 18:1629-1634 油炼制与化工,2005,36(3):60—63 [13]王金平,崔成来,史振举,等.弱酸型阳离子色谱柱的制备与 [16]吴述超,胡荣宗,黄维雄,等.电渗析离子交换离子色谱法检测 应用rJ],化学分析计量,2009,18(4):66—67 脱硫胺液中的热稳态盐_j].石油化工,2006,35(4):384—388 DETERMINATIoN oF N—METHYLDIETHANoLAMINE IN REFINERY DESULFURIZED LIQUID BY ION—EXCHANGE CHRoMAToGRAPHY WITH NoN—SUPPRESSED CoNDUCTIVITY DETECTl0N Zhou Xu 一,Wang Jinping ,Cui Chenglai ,Chen Zhidong (1.School of Petrochemical Engineering,Changzhou University,Changzhou 213164 2.Qingdao Shenghan ChroTnatogra7n TechnoLogy Co.Ltd.) Abstract:A new method was developed for the separation and determination of N—methyldiethano— lamine(MDEA)in the desulfurized liquid from refinery by ion—exchange chromatography with non—sup— pressed conductivity detection using nitric acid as mobile phase.The pretreated sample was passed through a weak acidic cation—exchange analytical column leaching with 7 mmol/L nitric acid at a speed of 1.0 mL/min,rapid separation was achieved and the peaks were well distinguished without significant in— terference from the others.The detection limit of MDEA was found to be as Iow as 0.638 3 mg/I .The relative standard deviations were 1.O3 ( 一8,measuring peak area)and 0.94 (,2—8,measuring re— tention time).Linear calibration curve in the range corresponding to 5—50o mg/I was obtained for MDEA.Determinations of rich liquor and barren liquor containing MDEA from refining process were carried out and the recovery( 一3)of MDEA was found to be in the range of 99.1 一1OO.3 with rel- ative standard devjations】ess than 3%. Key Words:desulfurized liquid; ion—exchange chromat0graphy;DOn—suppressed conductivity detection;N—methyldiethanolamine(MDEA);weak acidic cation exchange column :::::::::::::::::::::::::::::::::;:;:;:::;:;::;:;:;:;:;:;::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: —x—, 、,E—,c—j Amber公司将利用其己二酸的技术诀窍、基础设施、合作 《简 讯qr— f— ‘— F—t‘、 8 伙伴和客户基础,以加快生物基己二酸的开发。BioAtuber 公司还在美国明尼苏达州的Plymouth建立了研究和开发 BioAmber公司向CELEXION公司 设施,该设施拥有分子生物学、发酵和分析化学能力,以支 许可转让生物基己二酸生产技术 持其己二酸发展计划。 CELEXION公司极具吸引力的代谢途径,加上 从事可再生化学的BioAmber公司侧重于生物基己二 BioAmber公司新的清洁生产工艺和放大能力,使生物基 酸(琥珀酸)及其衍生物开发,该公司于2011年3月15日 己二酸与当前的石油路线相比,具有较低的成本,并具有 宣布,向CELEXION公司许可转j上生物基己二酸及其它 较好的环境足迹。 化学中间体生产技术。 BioAmber公司拥有全球首套专门生产生物基已二酸 己二酸主要用作生产尼龙66纤维和树脂、聚酯多元 的装置,并与市场领先者嘉吉公司、三井公司(Mitsui 8L 醇增塑剂的原料,目前的市场接近3,0 Mt/a。 Co)和杜邦应用生物科技公司有合作关系。 2010年,BioAmber公司已成功开发出清洁的生产己 二酸的新工艺。通过与cELEXI()N公司的授权协议,Bin— [章文摘译自http://www.greencarcongress.corn/,2011—03—16]