Bestimmung von Anionen in einer Aminlösung mit dem IONUS-Ionenchromatographen
Aminlösungen werden in Raffineriekesseln zur Verhinderung von Korrosion und Kesselsteinbildung sowie bei der Rohölverarbeitung zur Abscheidung von Kohlendioxid (CO2) und Schwefelwasserstoff (H2S) aus Industrieabgasen verwendet. Das abgeschiedene CO2 kann wiederverwendet und für die verbesserte Ölgewinnung, die chemische Produktion, die Karbonisierung von Getränken oder die Lagerung für eine spätere Verwendung eingesetzt werden. Das abgeschiedene H2S kann in elementaren Schwefel umgewandelt oder als Ausgangsmaterial für die Herstellung anderer schwefelhaltiger Chemikalien verwendet werden.
Verunreinigungen im Rauchgas reagieren mit dem CO2 und H2S und bilden verschiedene ionische Spezies, wie z. B. Anionen. Die bei der Reaktion gebildeten Anionen können die Aminabscheidungslösung zersetzen, Korrosion verursachen und das abgeschiedene CO2 und H2S beeinträchtigen.
Warum sollte man Anionen in Aminlösungen analysieren?
Die routinemäßige Analyse von Anionen in Aminlösungen in Raffinerien liefert wichtige Daten für die Optimierung von CO2- und H2S-Abscheidungsprozessen und stellt Daten zur Sicherstellung der Wirksamkeit von Aminlösungen bereit. Hier erfahren Sie, warum die Überwachung der Anionenkonzentration von entscheidender Bedeutung ist:
– Aufrechterhaltung einer optimalen CO2-Abscheidungseffizienz: Das Vorhandensein von Anionen in der Aminlösung kann die Absorption von CO2 verringern. Durch die Überwachung der Anionenkonzentration können die Betreiber sicherstellen, dass die Lösung innerhalb der optimalen Konzentrationsbereiche für eine effiziente CO2-Abscheidung bleibt.
– Effiziente Abscheidung von H2S: Das Vorhandensein von Anionen in der Aminlösung kann die Abscheidung von H2S behindern, das zu elementarem Schwefel oder zusätzlichem Einsatzmaterial umgewandelt werden kann.
– Verhinderung von Fouling: Anionen können zur Bildung von hitzestabilen Salzen innerhalb der Verarbeitungseinheit beitragen. Diese anorganischen Salze können zur Korrosion von Rohren und Anlagen sowie zur Verschmutzung von Wärmetauschern führen, was die Kosten erhöht und den Betrieb negativ beeinflusst. Die frühzeitige Erkennung von Anionen ermöglicht es den Raffineriebetreibern, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, wie den Austausch der Aminlösung oder die Einführung von Reinigungsverfahren, um diese Probleme zu vermeiden.
– Optimierung der Amin-Prozesse: Das Vorhandensein von Anionen in der Aminlösung würde dazu führen, dass die Aminlösung entweder vollständig ersetzt werden müsste, was mit erheblichen Kosten verbunden wäre, oder dass die Aminlösung regeneriert werden müsste. Zur Entfernung von Verunreinigungen und zur Regenerierung verbrauchter Aminlösungen kann eine Elektrodialyse-Technik eingesetzt werden. Die Analyse des Anionengehalts vor und nach der Regenerierung hilft bei der Überwachung der Wirksamkeit des Elektrodialyseverfahrens und ermöglicht Anpassungen zur Aufrechterhaltung der Leistung. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die regenerierte Aminlösung frei von schädlichen Anionen bleibt, um weiterhin eine effiziente CO2- und H2S-Abscheidung zu gewährleisten.
Häufige Anionen in Aminlösungen
Das Vorhandensein von Anionen in Aminlösungen kann sich negativ auf CO2- und H2S-Abscheidungsverfahren auswirken. Sehen wir uns also einige der gängigen Anionen und die von ihnen verursachten Probleme an.
Anorganische Anionen:
Chlorid (Cl-) und Sulfat (SO42-): Diese Anionen werden häufig durch das im Abscheidungssystem verwendete Zusatzwasser eingebracht. Ihr Vorhandensein verringert die CO2- und H2S-Absorptionskapazität und kann zur Bildung hitzestabiler Salze beitragen, was zu Korrosion und Verschmutzung führt.
Organische Anionen:
Formiat (HCOO-) und Acetat (CH3COO-): Hierbei handelt es sich um Abbauprodukte, die beim Abbau des Amins selbst während des Betriebs bei hohen Temperaturen entstehen. Sie haben ähnliche negative Auswirkungen auf die CO2- und H2S-Abscheidungseffizienz und die Anlagenintegrität wie anorganische Anionen.
Oxalat (C2O42-), Thiosulfat (S2O32-) und Thiocyanat (SCN-):
Diese Anionen können auch in Aminlösungen vorhanden sein und möglicherweise von Abbauprodukten oder bestimmten Verunreinigungen im Rauchgas stammen. Auch wenn sie weniger häufig vorkommen als Chlorid oder Formiat, können sie dennoch zu Effizienzverlusten beitragen und müssen überwacht werden.
Die spezifischen Arten und Konzentrationen der Anionen hängen von der Quelle des Amins, dem Zusatzwasser und den Betriebsbedingungen der Abscheidungsanlage ab. Durch die regelmäßige Überwachung dieser Verunreinigungen können Anlagenbetreiber jedoch geeignete Maßnahmen ergreifen, um den Standardbetrieb für die CO2- und H2S-Abscheidung aufrechtzuerhalten und Ausrüstungsprobleme zu minimieren.
Betriebsbedingungen der Methode
| IC System | IONUS Ion Chromatograph |
| Column | Si-90-4E (4mm x 250mm) |
| Eluent | 1.8 mM Sodium Carbonate / 1.7 mM Sodium Bicarbonate |
| Suppressor | membraPure IC Suppressor² |
| Sample | Dilution and filtration with IC syringe filters |
| Injection | 20 µL |
| Water Source | Aquinity² P10 Analytical (0.055 µS/cm, Type I) |
Probenvorbereitung
Die Probe entspricht einer vorbereiteten 40%igen Aminkonzentration in der Probe mit den folgenden Analyten, die in die vorbereitete Lösung aufgestockt wurden:
Analytenkonzentration
| Analyte | Concentration |
| Acetate | 1000 ppm |
| Formate | 500 ppm |
| Chloride | 250 ppm |
| Sulfate | 500 ppm |
| Oxalate | 250 ppm |
| Thiosulfate | 10000 ppm |
| Thiocyanate | 10000 ppm |
Die tatsächlichen Konzentrationen der Anionen, die nach einer 1:100-Verdünnung in das IONUS eingespritzt wurden, waren:
Analytenkonzentration
| Analyte | Concentration |
| Acetate | 10 ppm |
| Formate | 5 ppm |
| Chloride | 2.5 ppm |
| Sulfate | 5 ppm |
| Oxalate | 2.5 ppm |
| Thiosulfate | 100 ppm |
| Thiocyanate | 100 ppm |
MDEA ist das Amin, das als „Amin“-Stamm verwendet wurde. Die Anionen wurden in eine 4,5%ige MDEA-Lösung gegeben, die eine 1:100-Verdünnung einer Arbeitsprobe darstellt.
Die Textur ist eine wässrige Darstellung von verdünntem MDEA, das mit einem IC-spezifischen Filter von 0,22 Mikron gefiltert wurde. Das Ausgangs-MDEA ist eine 99%ige Chemikalie, die von Aldrich Chemicals gekauft wurde. Im Gegensatz zu einer realen Probe aus einem Ölfeld oder einer Chemiefabrik enthielt dieses MDEA keine Partikel. Die Probe wurde so behandelt, als ob Partikel vorhanden wären, indem sie verdünnt und gefiltert wurde, um den Prozess nachzuahmen, den eine Probe im Labor vor der Analyse durchlaufen würde.
Die Probe wurde dann mit ultrahochreinem deionisiertem Wasser aus dem Aquinity P10 verdünnt und durch einen 0,22-um-IC-Filter in ein 2-mL-Fläschchen mit Septumkappe filtriert. Die Probe wurde zur Analyse in den membraPure Autosampler geladen. Die Ergebnisse wurden mit der Software Clarity (DataApex) ausgewertet und berechnet.
Unerreichte Leistung für die Anionenanalyse in Aminlösungen:
Der membraPure IONUS IC-Vorteil
Die genaue Messung von Anionen in Aminlösungen ist entscheidend für die Optimierung von CO2-Abscheidungsprozessen. Der membraPure IONUS Ionenchromatograph ist die ideale Lösung für diese anspruchsvolle Anwendung. Hier die Gründe dafür:
Außergewöhnliche Präzision: Der IONUS bietet unübertroffene Präzision durch:
- Advanced Eluent Delivery System: Garantiert einen konstanten Eluentenfluss, ein entscheidender Faktor für die zuverlässige Trennung verschiedener Anionen.
- Präzise Temperaturregelung: Sorgt für eine stabile Säulentemperatur und gewährleistet eine optimale Peakauflösung für eine genaue Identifizierung und Quantifizierung.
- Präzise Probeninjektion: Liefert jedes Mal ein genaues Volumen Ihrer Aminlösung, wodurch Fehler minimiert und die Reproduzierbarkeit der Daten maximiert werden.
- Fortschrittliche Detektorzelle: Bietet eine außergewöhnliche Signalstabilität, die zu einer zuverlässigen und konsistenten Anionendetektion führt.
Optimierte Trennungen: Das IONUS geht mit seiner Präzision weit darüber hinaus:
- IC-Suppressor der nächsten Generation: Diese innovative Technologie verbessert die Trennung von Anionen, die häufig in Aminlösungen vorkommen, erheblich. Der Suppressor verbessert die Analyse von Acetat, Formiat, Chlorid, Sulfat, Oxalat, Thiosulfat und Thiocyanat in der Aminlösung.
- Bewährte analytische Säule: Die robuste und zuverlässige Säule gewährleistet eine effiziente Trennung und dauerhafte Leistung für Ihre Aminlösungsanalyse.
Durch die Kombination von außergewöhnlicher Präzision mit optimierten Trennungen gibt Ihnen der membraPure IONUS die Sicherheit, fundierte Entscheidungen über Ihren CO2-Abscheidungsprozess zu treffen.
Vorteile der Verwendung des IONUS Ionenchromatographen für diese Applikation
Der membraPure IONUS Ionenchromatograph eignet sich aus folgenden Gründen am besten für die Anwendung zur Messung verschiedener Anionen in einer Aminlösung:
- Die Leistung: Die präzise Zufuhr des Eluenten, die stabile Temperatur der Säule, die genaue Zufuhr der Probe in das System und die Stabilität der Detektorzelle tragen alle zur Qualitätsanalyse der Anionen in der Aminlösung bei. Mit der Einführung unseres neuen IC Suppressors und der Verwendung einer robusten, bewährten analytischen Säule ist die Trennung für diese Anwendung auf dem IONUS optimal.
- Verlässlichkeit: Die Messung von Anionen in Aminen ist entscheidend für die Lebensdauer des Aminprozesses. Das gewählte Gerät muss bei Bedarf ohne Probleme funktionieren. Das IONUS hat sich bewährt, da es sich vor der ersten Injektion automatisch spült und äquilibriert, so dass die Analyse von Anfang an zuverlässig ist.
- Einfache Bedienung: Das IONUS wird von einem qualifizierten Techniker installiert. Sobald es betriebsbereit ist, ist die Analyse so einfach wie verdünnen, filtern, laden und loslegen. Viele Labors sind mit Technikern und nicht mit Diplom-Chemikern besetzt. Je einfacher und zuverlässiger die Bedienung ist, desto schneller können qualifizierte Daten erstellt werden. So einfach ist es wirklich.
- Rentabilität: Ja, Unternehmen wollen ein Gerät, das eine optimale Kapitalrendite liefert, und der IONUS ist der Ionenchromatograph der Wahl, der nicht nur das beste Ergebnis, sondern auch die beste Kapitalrendite liefert! Der in Deutschland hergestellte und produzierte IONUS wird noch lange nach dem Austausch anderer Geräte funktionieren und hochwertige Daten liefern.
Strenge Validierung für verlässliche Ergebnisse:
Um die Effektivität der Anwendung sicherzustellen und die außergewöhnliche Reproduzierbarkeit des IONUS Ionenchromatographen zu demonstrieren, haben wir Anionen in Aminlösungen unter verschiedenen IC-Bedingungen analysiert. Dieser strenge Validierungsprozess bestätigt die konsistente und zuverlässige Leistung des Geräts für Ihre spezifischen Anforderungen.
Optimierter Arbeitsablauf für eine vereinfachte Analyse:
Das membraPure IONUS legt mit seinem intuitiven Design größten Wert auf die Benutzerfreundlichkeit. Hier sehen Sie, wie es Ihre Anionenanalyse in Aminlösungen vereinfacht:
Minimale Probenvorbereitung: Die Probenvorbereitung ist ein Kinderspiel – verdünnen Sie einfach Ihre Aminlösung und filtrieren Sie sie in ein Standardfläschchen. Es sind keine komplexen Verfahren erforderlich.
Automatisierte Analyse: Mit wenigen Klicks können Sie Ihre Probensequenz und den Qualitätskontrollstandard in der benutzerfreundlichen Chromatografiesoftware einrichten. Das IONUS übernimmt dann die Analyse Ihrer Proben und des Standards und meldet die Ergebnisse automatisch.
Vereinfachte Systemwartung: Das Gerät kümmert sich um sich selbst! Das IONUS bereitet die Säulen automatisch vor, regeneriert den Suppressor und führt vor jeder Injektion eine Spülung durch, um eine optimale Leistung zu gewährleisten und manuelle Eingriffe zu minimieren.
Ergebnisse
Zur Optimierung der Anwendung wurden zusätzliche Arbeiten durchgeführt. Es wurden mehrere Säulen, Durchflussraten, Temperaturen, Injektionsvolumina, Eluentenkomponenten, Konzentrationen und Molaritäten getestet. Das Endergebnis ist die Anwendung, die als die bestmöglichen Bedingungen für das höchste Leistungsniveau der Anwendung „Anionen in einer Aminlösung“ vorgestellt wird. Die synthetische Probe berücksichtigt Chlorid in einer möglichen Konzentration von 250 ppm. Eisen wäre nicht sichtbar, würde sich aber mit der Zeit auf dem Vorfilter der Säule ansammeln und einen Austausch erforderlich machen. Jegliche Ansammlung auf dem Filter würde durch häufiges Spülen reduziert werden. H2S würde bei dieser Analyse ebenfalls keine Rolle spielen, es sei denn, es würde sich nach der Injektion im Eluenten auf Karbonatbasis in Sulfit oder Sulfat umwandeln. Es ist zu bezweifeln, dass H2S einen wirklichen Beitrag zum Gesamtergebnis leisten würde.
Wenn Eisen ein echtes Problem darstellt, könnte eine Spritzenkartusche verwendet werden, um die Probe vorzubereiten, indem das Eisen entfernt wird, aber es könnte auch etwas anderes von Interesse entfernt werden.
Wie hoch ist die minimale und maximale Nachweisgrenze für die Methode?
Die minimale Nachweisgrenze in der tatsächlichen Probe wird für alle Analyten auf einen mittleren ppt-Wert geschätzt. Dies ist der Grund, warum ein Nachweis im mittleren ppm-Bereich möglich ist:
– Es wurde eine 20-µl-Injektion verwendet. Eine Erhöhung des Injektionsvolumens auf 50 µl würde eine Verbesserung der Nachweisgrenzen ermöglichen, ohne die Trennung zu beeinträchtigen. Unser Labor hat diese Analyse mit 20 µL und 50 µL durchgeführt.
– Die Basislinie ist konstant, so dass wir unsere Nachweisgrenze leicht senken können.
– Der neue membraPure-Suppressor2 bietet scharfe Peaks und eine bessere Auflösung als der bisherige Suppressor und verbessert so die Nachweisfähigkeit.
– Temperaturstabilität des IONUS-Säulenfachs und des Detektors.
Die maximale Nachweisgrenze liegt leicht 10-20x höher (vielleicht sogar höher) als bisher berichtet und wird in einem weiteren Anwendungsbericht untersucht. Acetat wird mit der Zeit mit Formiat koeluieren, so dass die Fähigkeit, sie zu trennen, abnimmt. Die bekannten Fähigkeiten des IONUS, die hervorragende Trennleistung der analytischen Säule, die Verbesserungen des Suppressors und die Temperaturstabilität sorgen gemeinsam für eine saubere Trennung auch bei höheren Konzentrationen. Die Optimierung der Schleifeninjektion für die höheren Konzentrationen wird dazu beitragen, ein feines Gleichgewicht zwischen Acetat und Formiat zu erhalten.
Das einfache Betriebsprotokoll des IONUS mit einer 1:100-Probenvorbereitung (Verdünnen, Filtrieren und Aufnehmen) ermöglicht eine optimale Leistung. Die Injektion höherer Konzentrationen oder die Verwendung eines niedrigeren Verdünnungsprotokolls ist zwar möglich, birgt jedoch das Risiko einer Co-Elution von Acetat und Formiat. Alle anderen Analyten können entsprechend erhöht werden, da die auf dem IONUS vorgestellte Methode die Auflösung und die Kapazität hat, um die erhöhte Konzentration zu verarbeiten.
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