Die Bestimmung von DEA (Diethanolamin) in Kesselwassersystemen

Die Bestimmung von DEA (Diethanolamin) in Kesselwassersystemen von Raffinerien mit dem IONUS-Ionenchromatographen

Alkanolamine, wie z. B. Diethanolamin (DEA), werden aufgrund ihrer vielseitigen chemischen Eigenschaften in der Öl- und Gasraffination und in verschiedenen anderen Industriezweigen eingesetzt. DEA ist eine organische Verbindung, die sowohl eine Alkoholgruppe als auch eine Amingruppe enthält, die an ein Gerüst aus zwei Kohlenstoffatomen gebunden sind. Diese vielseitigen Aminprodukte werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, u. a. bei der Herstellung von Konsumgütern und in kritischen Industrieprozessen. Insbesondere die Öl- und Gasindustrie ist in hohem Maße von Alkanolaminen zur Entfernung von sauren Gasen bei der Raffination und Erdgasverarbeitung abhängig.

Kesselanlagen sind entscheidende Komponenten bei der Dampferzeugung für industrielle Prozesse, insbesondere in der Öl- und Gasraffinerie. Der effiziente Betrieb der Kesseldampferzeugung ist wichtig für den Anlagenbetrieb und die Minimierung von Ausfallzeiten. Ein wichtiger Aspekt der Kesselwartung ist das Management der Wasserchemie, wozu auch die Sicherstellung eines angemessenen DEA-Gehalts im Kesselwasser zur Verhinderung von Kesselsteinbildung und Korrosion gehört.

Diethanolamin (DEA) ist ein gängiges Alkanolamin für die chemische Kesselwasseraufbereitung, um Kesselstein und Korrosion im Kessel und in den Rohren zu verhindern. Die genaue und zuverlässige Bestimmung der DEA-Konzentration in der Kesselwasserchemie ist für die Optimierung und Aufrechterhaltung der Kesselwasseraufbereitung unerlässlich.

Herkömmliche Methoden für die DEA-Analyse weisen häufig Einschränkungen in Bezug auf Empfindlichkeit, Selektivität und Zeiteffizienz auf. In der Literatur heißt es, dass DEA nicht leicht von Ammonium oder anderen Aminen getrennt werden kann und mit IC mit Leitfähigkeitsdetektion schwer zu quantifizieren ist. Auch wenn dies für andere IC-Systeme zutreffen mag, trennt und detektiert das IONUS DEA und ist damit für die Analyse von DEA und Abbauprodukten bei der Prüfung von Kesselwasser sehr nützlich.

Die kontinuierliche Überwachung der Aminkonzentrationen in diesen Systemen wird zur Aufrechterhaltung der betrieblichen Effizienz der Kesselwasserchemie empfohlen. Durch die Verfolgung der Aminkonzentration im Wasser können Verfahrenstechniker den Aminanteil effektiv verwalten, die Produktqualität verbessern und die Ausfallzeiten des Systems aufgrund von Ablagerungen oder Korrosion verringern. Während die Analyse von Alkanolaminen in der Industrie gut etabliert ist, stellt ihre Bestimmung in Kesselwasser eine besondere analytische Herausforderung dar.

Die Analyse von DEA und allen im Kesselsystem entstehenden Abbauprodukten ist wichtig, um die Rolle von DEA in der Kesselwasserchemie zu verstehen, insbesondere seinen Beitrag zum pH-Wert.

Regulierung, Sauerstoffabsorption und die Verhinderung von Kesselstein und Korrosion. Durch die genaue Quantifizierung von DEA in Kesselwasserproben ist es möglich, Kesselwasserbehandlungsprogramme zu optimieren, die Kesseleffizienz zu verbessern und die Lebensdauer von Kesselanlagen zu verlängern.

Durch die Bereitstellung eines zuverlässigen und effizienten Analysewerkzeugs trägt diese Anwendung zu einem verbesserten Kesselwassermanagement, geringeren Wartungskosten und einem insgesamt verbesserten Raffineriebetrieb bei.

Die Bedeutung der Überwachung von DEA im Kesselsystem

Ein Kessel ist eine wichtige Komponente in thermischen Energiesystemen, die Dampf erzeugt und für die Umwandlung von flüssigem Wasser in Dampf durch die Anwendung von Wärmeenergie verantwortlich ist. Die optimale Funktion eines Kessels hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem von der Qualität des im System zirkulierenden Wassers. Dieses Wasser wird als Kesselwasser bezeichnet und ist ein Gemisch aus Wasser und Amin, das die Kesseleffizienz, die Lebensdauer und die allgemeine Betriebssicherheit beeinflusst.

Die Rolle von DEA

Um die Verschlechterung des Kesselsystems abzumildern, werden dem Kesselwasser häufig chemische Zusätze zugesetzt. Diethanolamin (DEA) ist eine solche Verbindung, die eingesetzt wird, um die Bildung von Kesselstein zu verhindern und die Korrosion im Kesselsystem zu mindern. Es hilft, zwei Hauptprobleme zu verhindern: Kesselsteinbildung und Korrosion.

• Kesselstein: Stellen Sie sich winzige harte Ablagerungen vor, die sich im Inneren des Kessels bilden. Dieser „Kesselstein“ kann langsam die Rohre im Dampferzeugungssystem verstopfen. Kesselstein verringert die Effizienz des Kessels, verschwendet Energie und kann sogar zu Ausfällen führen.

• Korrosion: Korrosion ist Rost, der das Metall im Kessel angreift. Sie schwächt den Kessel und kann zu Leckagen führen.

DEA hemmt die Bildung von Kesselstein und Korrosion, indem es die chemischen Gleichgewichte im Kesselwasser reguliert.

Die Bedeutung der Überwachung von DEA

Um sicherzustellen, dass das DEA seine Aufgabe effektiv erfüllt, ist es wichtig, das Kesselwasser regelmäßig zu testen, um die Konzentration des DEA und seiner Abbauprodukte zu überprüfen. Hier kommt die IONUS Ionenchromatographie (IC) ins Spiel. Stellen Sie sich das IONUS IC wie einen Detektiv vor, der nach Hinweisen auf den Zustand des Wassers sucht. Durch die Analyse des Kesselwassers mit IC können Ingenieure genaue DEA-Bestimmungen vornehmen und Probleme mit ihren Kesselsystemen verhindern:

• DEA-Werte: Ist genug DEA im Wasser, um den Kessel zu schützen, und wie hoch ist der DEA-Gehalt im Kessel?
• Verunreinigungen: Bestimmen Sie, ob DEA-Abbauprodukte wie Ammonium, MEA oder TEA vorhanden sind.

Bestimmen Sie die wichtigsten Abbauprodukte:

Diethanolamin (DEA) ist ein wichtiger Bestandteil der Kesselwasseraufbereitung, kann aber unter bestimmten Bedingungen abgebaut werden. Das Verständnis dieser Faktoren ist für ein effektives Kesselwassermanagement unerlässlich.

Hauptursachen für den Zusammenbruch der DEA

1. Hohe Temperatur: Höhere Kesselwassertemperaturen können den Abbau von DEA beschleunigen. Mit steigender Temperatur werden die DEA-Moleküle energiereicher, was die Wahrscheinlichkeit chemischer Reaktionen und der Zersetzung erhöht.

2. Sauerstoffexposition: Das Vorhandensein von gelöstem Sauerstoff im Kesselwasser kann DEA oxidieren und zu dessen Abbau führen. Sauerstoff kann durch das einströmende Speisewasser oder durch undichte Stellen in das Kesselsystem gelangen.

3. pH-Werte: Extreme Bedingungen, ob zu sauer oder zu alkalisch, können DEA destabilisieren und seinen Abbau fördern.

4. Verunreinigungen: Das Vorhandensein bestimmter Verunreinigungen im Speisewasser, wie Schwermetalle oder organische Stoffe, kann die Zersetzung von Diethanolamin katalysieren.

5. Verweilzeit: Wenn DEA über einen längeren Zeitraum hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt ist, kann sich seine Zersetzungsrate erhöhen.

Zu überwachende Zersetzungsanalyten:

• Ammonium: Ammonium wird gebildet, wenn DEA bei höheren Temperaturen zerfällt. Ammonium kann in der gleichen Analyse wie DEA mit dem IONUS IC überwacht werden.
• Organische Säuren: Essigsäure und/oder Glykolsäure im Wasser können den Kessel beschädigen.
• Anionische Verunreinigungen: Chlorid, Nitrit, Nitrat und Sulfat sind anionische Bestandteile, die den Heizkessel beschädigen können. Anionen können mit dem IONUS IC als separate Analyse überwacht werden, wofür zusätzliche Hardware erforderlich ist.
• Andere Aminabbauprodukte: Dazu können Monoethanolamin (MEA), Triethanolamin (TEA) und andere Aminverbindungen gehören, die bei der Zersetzung von DEA auftreten können und zu einem erhöhten pH-Wert führen, der die Kesselsteinbildung oder Spannungskorrosion im Kessel verstärken kann. MEA und TEA können auch zur Schaumbildung im Kessel beitragen, was die Effizienz der Wärmeübertragung verringern kann, da sich im Dampfsystem Wassertröpfchen bilden. Diese Wassertröpfchen können stromabwärts transportiert werden, wodurch Turbinen oder andere Komponenten beschädigt werden können. MEA und TEA können mit dem IONUS in derselben Analyse wie DEA mit dem IONUS IC überwacht werden.

Optimierung der Amin-Regenerationsprozesse: Techniken wie die Elektrodialyse werden eingesetzt, um Verunreinigungen zu entfernen und verbrauchte Aminlösungen zu regenerieren. Die Analyse des Anionengehalts vor und nach der Regeneration hilft bei der Beurteilung der Wirksamkeit des Elektrodialyseverfahrens und ermöglicht Anpassungen zur Optimierung seiner Leistung. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die regenerierte Aminlösung frei von schädlichen Anionen bleibt, um weiterhin eine effiziente CO2-Abscheidung zu gewährleisten.

Grundprinzipien der Ionenchromatographie

Die IC ist ein hochentwickeltes Analyseinstrument, das verschiedene Ionen (geladene Teilchen) in einer Lösung trennt und identifiziert. Es ist, als würde man verschiedenfarbige Murmeln nach ihrer Größe und Form sortieren. Im Fall von Kesselwasser hilft die IC, die verschiedenen Chemikalien, einschließlich DEA, zu identifizieren und ihre Konzentrationen zu messen.

Das Verfahren umfasst:

1. Probenvorbereitung: Eine kleine Menge Kesselwasser wird entnommen und für die Analyse vorbereitet.

2. Injektion: Die vorbereitete Probe wird in das IC-System injiziert.

3. Auftrennung: Die verschiedenen Ionen in der Probe werden beim Durchgang durch eine Säule getrennt.

4. Detektion: Die getrennten Ionen werden nachgewiesen und gemessen.

5. Datenanalyse: Das IC-System erstellt einen Bericht, in dem die Konzentration der einzelnen Ionen im Wasser angegeben ist.

Die Vorteile der IC-Überwachung für DEA

Regelmäßige IC-Tests des Kesselwassers bieten mehrere Vorteile:

• Frühzeitige Erkennung von Problemen: Durch die frühzeitige Erkennung von Problemen können Sie kostspielige Reparaturen oder Anlagenausfälle verhindern.
• Optimierte Kesselleistung: Die Aufrechterhaltung des richtigen chemischen Gleichgewichts im Kesselwasser sorgt für maximale Effizienz und Energieeinsparungen.
• Verlängerte Lebensdauer des Kessels: Der Schutz des Kessels vor Kesselstein und Korrosion verlängert seine Lebensdauer.
• Geringere Ausfallzeiten: Indem Sie Ausfälle vermeiden, minimieren Sie die Unterbrechungen Ihres Betriebs.
• Schutz der Umwelt: Eine ordnungsgemäße Kesselwasseraufbereitung trägt dazu bei, die Umweltbelastung durch Ihren Betrieb zu verringern.

Die Brücke von der Theorie zur Praxis

Nachdem die entscheidende Rolle von DEA in Kesselwassersystemen von Raffinerien und die möglichen Folgen eines Ausfalls geklärt sind, gelingt der Übergang von den theoretischen Konzepten zur praktischen Anwendung der Überwachung und Analyse von DEA-Werten am besten mit der unten beschriebenen Ionenchromatographie.

Genaue und zeitnahe DEA-Messungen sind unerlässlich, um eine optimale Kesselleistung aufrechtzuerhalten, Anlagenausfälle zu vermeiden und die Gesamteffizienz des Raffinerieprozesses sicherzustellen.

Die Ionenchromatographie (IC) ist aufgrund ihrer außergewöhnlichen Leistung bei der Verarbeitung komplexer Matrices, ihrer hohen Empfindlichkeit und ihrer bemerkenswerten Selektivität ein bewährtes und bevorzugtes Analyseverfahren zur DEA-Bestimmung. Ihre Fähigkeiten machen die IC zur idealen Wahl für die genaue Messung von DEA-Werten in Kesselwassersystemen von Raffinerien.

Im nächsten Abschnitt „Die Analyse“ erläutern wir unseren bewährten und empfohlenen Ansatz für die Probenanalyse mit dem IONUS IC zur DEA-Analyse in dieser speziellen Anwendung. Wir behandeln die grundlegenden Prinzipien der IC, einschließlich des chromatographischen Trennverfahrens, der Detektionsmethoden und der wichtigsten Probenvorbereitungstechniken. Wir untersuchen, wie sich die IC optimal für die DEA-Analyse in Raffineriekesselwassersystemen eignet und berücksichtigen dabei Faktoren wie potenzielle Matrixinterferenzen, die Analytempfindlichkeit und die kritische Anforderung kurzer Durchlaufzeiten.

Betriebsbedingungen der Methode

IC System	IONUS Ion Chromatograph
Column	Repromer Cat, 7 µm, 4 mm x 250 mm
Eluent	3 mM HNO3 / 2.6 mM 18-Crown-6
Flow Rate	900 µL/min
Temperature	40 °C
Injection	20 µL
Detection	Conductivity, 1 mS/cm

Standardvorbereitung

Zertifizierte Standards für Natrium (ICNA1) und Ammonium (ICNH41) wurden von Inorganic Ventures (Christiansburg, VA) bezogen. Jeder Standard wurde mit einem Analysenzertifikat geliefert. Der zertifizierte Natriumwert beträgt 1002 ppm, der zertifizierte Ammoniumwert 1001 ppm.

Diethanolamin 99 % (D83303-5G) wurde von Sigma-Aldrich zur Herstellung eines 1000 ppm DEA-Stammstandards erworben. Die Herstellung eines 1000 ppm DEA-Stammstandards aus einer 99%igen DEA-Lösung entspricht ca. 1 g/l. Die folgende Formel liefert die korrekten Konzentrationen:

· Volumen (ml) = (Benötigte DEA-Masse / Gewünschte Konzentration) * (100/Reinheit)

· Volumen (ml) = (1 g DEA / 1 g/l) * (100/99) = 1,01 ml

Die Verwendung von 1,01 ml 99 %iger DEA mit einem Gesamtvolumen von 1000 ml ergibt einen 1000 ppm DEA-Stammstandard.

Ein funktionierender Multiionenstandard wurde aus zertifiziertem Natrium, Ammonium und dem 1000 ppm DEA-Standard hergestellt. Dieser Multiionenstandard wurde zur Kalibrierung des IONUS IC verwendet.

Die Linearität des Geräts für DEA wurde vor der Analyse durch die Herstellung von vier DEA-Konzentrationen in UHP-DI-Wasser geprüft. Mit dem DEA-Standard können Arbeitsstandards von 1, 10, 20 und 50 ppm DEA nach folgender Formel hergestellt werden:

· 1000 ppm DEA x 0,1 ml / 100 ml UHP-DI = 1 ppm DEA

· 1000 ppm DEA x 1,0 ml / 100 ml UHP-DI = 10 ppm DEA

· 1000 ppm DEA x 2,0 ml / 100 ml UHP-DI = 20 ppm DEA

· 1000 ppm DEA x 5,0 ml / 100 ml UHP-DI = 50 ppm DEA

Diese Arbeitsstandards können zur Erstellung Ihrer IC-Kalibrierkurve verwendet werden. Alternativ können auch gemischte Mehrionenstandards, einschließlich Natrium und Ammonium, verwendet werden. Verdünnen Sie die Proben entsprechend der Kalibrierkurve, um eine korrekte Quantifizierung zu gewährleisten. Probenvorbereitung

Kesselwasserproben wurden von der Raffinerie geliefert und kräftig geschüttelt, um eine ausreichende Durchmischung zu gewährleisten. Ein Aliquot wurde der Probe entnommen und mit einem 0,22-µm-Spritzenfilter gefiltert.

Hinweis: Kesselwasser kann je nach Standort unterschiedlich sein, und auch die DEA-Werte können je nach Kessel unterschiedlich sein. Die DEA in unseren Proben wurde gefiltert, um eine Kontamination unserer IC-Säule durch unsichtbare Partikel zu verhindern. Die Proben wurden nicht verdünnt, da sie in unsere Kalibrierkurve passten. Die Proben wurden bei 20 °C aufbewahrt, um jegliches Bakterienwachstum zu vermeiden.

Die Probe wurde zur Analyse in den membraPure-Autosampler geladen. Die Ergebnisse wurden mit der Software Clarity (DataApex) ausgewertet und berechnet.

Fazit

Die Überwachung des DEA-Gehalts und anderer Wasserqualitätsparameter mittels IC ist unerlässlich für die Erhaltung der Funktionsfähigkeit und Effizienz Ihrer Kesselanlage. Es ist vergleichbar mit regelmäßigen Überprüfungen Ihres Kessels. Mit regelmäßigen IC-Tests sichern Sie Ihre Investition und gewährleisten optimale Leistung.

Die Wissenschaft hinter IC mag komplex erscheinen, doch die Bedeutung der Kesselwasserüberwachung ist leicht zu verstehen. Durch die Installation des IONUS Ionenchromatographen in Ihrer Anlage vereinfacht die einfache Bedienung die Erfassung wertvoller Daten, die Sie für Entscheidungen zur Kesselleistung benötigen.

Ein gut gewarteter Kessel ist effizienter und zuverlässiger, spart Kosten und gewährleistet einen unterbrechungsfreien Kesselbetrieb.

Hinweis: Die zu diesem Artikel gehörige PDF ist zum Download nur auf Englisch verfügbar.