Elementanalyse in de petrochemie met de nieuwe ED-XRF

Posted by Melisa Van Driessche on 07/2020

In de loop der jaren is XRF spectrometrie een ingeburgerde analysetechniek geworden in de petrochemische industrie. Het voordeel van de geringe monstervoorbewerking en het verkrijgen van accurate resultaten in een korte analysetijd geven raffinaderijen, smeeroliefabrieken en onafhankelijke testlaboratoria een volwaardig antwoord op hun analytische vraagstukken. De laatste nieuwe ontwikkeling van SPECTRO, de SPECTROCUBE, legt zich hier verder op toe en zorgt voor een ready-to-use oplossing voor dit soort laboratoria.

Blendingcontrole van verse smeerolie en het controleren van additief pakketten is een veelgevraagde analyse binnen de petrochemie. Smeerolie is een blend van basis olie en additieven welke organometallische en anorganische componenten bevatten als actief ingrediënt. Door het analyseren van deze anorganische componenten kunnen we de hoeveelheid additief in de smeerolie bepalen. De belangrijkste elementen zijn hier Mg, P, S, Cl, Ca, Zn en Mo welke met behulp van ASTM D7751 geanalyseerd kunnen worden met de SPECTROCUBE.

Na werking in een installatie kan een analyse van de gebruikte smeerolie ons inzicht geven in het gedrag ervan na belasting en geeft het ons info over de slijtage van de installatie. Naast de additief elementen kijken we hier ook naar Al, Si, K, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Sb en Pb. Door de steeds grotere bewustwording van de impact van het gebruik van fossiele brandstoffen op het milieu worden destillaat fracties zoals diesel en benzine streng gecontroleerd. Zo mag het zwavelgehalte volgens de laatste Europese regulaties niet hoger zijn dan 10 ppm in automotive fuels. Bij de analyse van Crude oil en Heavy fuel oil zijn naast zwavel ook nog andere elementen van belang. Zo zeggen V, Ni en Fe iets over de organische oorsprong van het materiaal; komen Si en Al voor vanuit het raffinage proces; geven Na, Cl, K en Mg een indicatie over contaminatie met zeewater en geven Ca, Zn en P een indicatie over contaminatie met gebruikte olie. Gebruikte olie wordt dikwijls gerecycleerd tot distillate burner fuels. Deze olies kunnen verder gebruikt worden als industriële brandstof waarbij het belangrijk is te kijken naar de totale halogenen (Cl en Br) en potentieel toxische elementen (V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Sb, Hg, Tl en Pb).

Wanneer we al deze applicaties bij elkaar nemen komen we tot de analytische uitdaging een methode te ontwikkelen waarbij alle hierboven vermelde elementen kunnen geanalyseerd worden binnen het gevraagde concentratiebereik met de gevraagde accuraatheid.

Laboratoria hebben de dag van vandaag dikwijls geen tijd voor het uitzoeken van geschikte standaarden en het opzetten van methodes. Tegenwoordig is het mogelijk om de Petro Application Package in combinatie met de SPECTROCUBE te verkrijgen. Dit houdt in dat het systeem reeds gekalibreerd op het labo geïnstalleerd wordt en dat er diezelfde dag nog analyses kunnen uitgevoerd worden.

Voor de kalibratie wordt gebruik gemaakt van in totaal 120 standaarden. Deze set bestaat uit 104 single-element standaarden, 4 blanco’s en 12 single element verificatie standaarden evenals een Conostan S21 standaard in 4 verschillende concentratie niveaus.

Volgens ASTM D4927 of ASTM D6481 zijn een groot deel van de commerciële multi-element standaarden niet geschikt voor het uitvoeren van dergelijke kalibraties door hun onbekend gehalte aan H, C en O. Vooral het zuurstofgehalte kan sterk variëren wat tot incorrecte resultaten zal leiden.
De kalibratie bevat 24 elementen en wordt berekend met behulp van Fundamentele Parameters. De concentratie bereiken en detectielimieten worden weergegeven in volgende tabel:

De methode wordt gevalideerd met behulp van een set typisch gebruikte olie samples. Deze set wordt bij het systeem geleverd en kan gebruikt worden om de performantie na installatie te checken.

De nieuwe SPECTROCUBE is een compacte bench-top analyzer welke kan uitgerust worden met een 12-positie sample wisselaar voor een vlotte sample throughput. De spectrometer bevat een HAPG polarizer welke ervoor zorgt dat de lage elementen gaande van Na tot en met Cl een factor 3 tot wel 10 gevoeliger gemeten worden. Verder zal de directe excitatie door de Pd-K straling instaan voor de analyse van de overige elementen. Gecombineerd met de high-resolution Silicon Drift Detector (welke 1.000.000 counts per seconde kan verwerken) resulteert dit in zeer lage detectielimieten voor zowat alle elementen.

Ik hoop dat je dit artikel leuk vond om te lezen. Wil je meer weten over dit onderwerp? Registreer jezelf dan gratis en download de application note: 'Combined Application for the Analysis of 24 Elements in Various Types of Petrochemical Products using the SPECTROCUBE'. van SPECTRO.  Heb je verder nog vragen dan mag je altijd contact met ons opnemen.