Os produtos químicos derivados do petróleo ou do gás natural, os chamados «petroquímicos», são uma parte essencial da indústria química contemporânea. O campo da petroquímica tornou-se cada vez mais popular no início da década de 1940, durante a Segunda Guerra Mundial. Naquela época havia uma demanda crescente por produtos sintéticos que foi um grande impulsionador do desenvolvimento de produtos petroquímicos.
A refinação de petróleo visa fornecer uma gama definida de produtos de acordo com especificações acordadas. Refinarias simples usam uma coluna de destilação (figura 1) para separar o petróleo bruto em diferentes frações com base nas suas propriedades químicas, e as quantidades relativas dependem diretamente do petróleo bruto utilizado. Portanto, é necessário obter uma variedade de petróleos brutos que possam ser misturados em uma matéria-prima adequada para produzir a quantidade e qualidade necessárias de produtos finais.
Os produtos básicos da destilação fracionada são mostrados em figura 1.
A espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) é uma técnica particularmente adequada para fazer o controle de qualidade desses produtos finais mais eficiente e econômico para os fabricantes. Além disso, o NIRS é reconhecido e aceito pela ASTM como um método alternativo a outras técnicas. Métodos ASTM dedicados para desenvolvimento de métodos, validação de métodos e validação de resultados são apresentados posteriormente neste artigo.
Continue lendo para obter uma breve visão geral sobre a espectroscopia NIR seguida de exemplos de aplicação para a indústria petroquímica e de refinaria para saber como os produtores petroquímicos e as refinarias podem se beneficiar do NIRS.
A interação entre luz e matéria é um processo bem conhecido. A luz usada em métodos espectroscópicos normalmente não é descrita pela energia aplicada, mas em muitos casos pela Comprimento de onda ou em números de onda.
Um espectrômetro NIR como o Analisador Metrohm NIRS DS2500 Petro mede essa interação luz-matéria para gerar espectros como aqueles exibidos em Figura 2. O NIRS é especialmente sensível à presença de certos grupos funcionais como -CH, -NH, -OH, e -SH. Portanto, a espectroscopia NIR é uma método ideal para quantificar diferentes parâmetros de CQ, como teor de água (umidade), índice de cetano, RON/MON (pesquisa e números de octanas do motor), ponto de inflamação, e ponto de obstrução do filtro frio (CFPP), só para citar alguns. Além disso, a interação também depende da própria matriz da amostra, o que também permite a detecção de parâmetros físicos e reológicos como densidade e viscosidade.
Todas essas informações estão contidas em um único espectro, tornando este método adequado para análise multiparâmetro rápida. Amostras líquidas, como óleos, são protegidas em um recipiente ou frasco apropriado (Figura 3) e, em seguida, colocado como está no suporte do frasco inteligente.
O modo de medição é referido como «transmissão», geralmente um procedimento apropriado para análise de líquidos. Para medição de transmissão (Figura 4), a luz NIR viajará através da amostra enquanto é absorvida. A luz NIR não absorvida passa para o detector. Em menos de 60 segundos a medição é concluída e os resultados são exibidos.
O procedimento para obtenção de espectros NIR já destaca duas grandes vantagens da espectroscopia NIR em comparação com outras técnicas analíticas: simplicidade em relação à medição da amostra, e velocidade :
Leia nossas postagens anteriores para saber mais sobre o NIRS como técnica secundária.
can be divided into three different segments:
A montante descreve o processo de conversão de petróleo bruto em produtos intermediários. As refinarias são geralmente complexos muito grandes com diversas áreas explosivas perigosas. Portanto, os operadores estão relutantes em transportar amostras dos diferentes processos para o laboratório. Até mesmo o processo de obtenção de amostras para análise em laboratórios de CQ externos é trabalhoso e pode exigir muita documentação e serviços de transporte certificados. Por razões óbvias, na maioria dos casos medições em linha são preferidos. Esses tipos de medições são normalmente feitos por analisadores NIRS de processo.
Leia mais sobre a diferença entre análises atline, online e inline em nosso postagem no blog.
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Meio caminho, mostrado aqui em Figura 5, oferece muito mais oportunidades para o Analisador Metrohm DS2500 Petro auxiliar no controle de qualidade.
A qualidade do combustível é constantemente verificada tanto no recebimento quanto no fornecimento e, além disso, muitos terminais também testam a qualidade do combustível antes de descarregar os caminhões. O tempo total para recebimento e descarga de combustível em um tanque de armazenamento é de aproximadamente 30 minutos, portanto uma técnica de análise rápida como o NIRS é muito vantajosa.
Rio abaixo em depósitos de combustíveis e postos de gasolina, as agências reguladoras exigem a medição de muitos dos mesmos parâmetros de qualidade que na produção de gasolina e diesel, e isso também pode ser feito com o NIRS. Existe um vantagem significativa se a análise pode ser feita no local usando amostras frescas e sem o incômodo de precisar transportá-los para laboratórios de testes.
Teste de combustível NIRS móvel usando o Metrohm Analisador NIRS XDS RapidLiquid (XDS-RLA) foi implementado com sucesso em vários países onde desfrutam dos benefícios de ter resultados instantâneos no local para testes de gasolina e diesel. As calibrações desenvolvidas no XDS-RLA são facilmente transferíveis para o Analisador Petro DS2500. O Analisador Petro DS2500 não requer analistas treinados e as calibrações não requerem manutenção constante, tornando-o uma forma ideal de monitorar diferentes combustíveis em postos de serviço e muito mais.
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ASTM D8321: Prática padrão para desenvolvimento e validação de análises multivariadas para uso na previsão de propriedades de produtos petrolíferos, combustíveis líquidos e lubrificantes com base em medições espectroscópicas
«Esta prática abrange um guia para a calibração multivariada de espectrofotômetros infravermelhos (IR) e espectrômetros Raman usados na determinação das propriedades físicas, químicas e de desempenho de produtos petrolíferos, combustíveis líquidos, incluindo biocombustíveis, e lubrificantes. Esta prática é aplicável a análises conduzidas na região espectral do infravermelho próximo (NIR) (aproximadamente 780 nm a 2.500 nm) até a região espectral do infravermelho médio (MIR) (aproximadamente 4.000 cm-1 a 40 centímetros-1).»
ASTM D6122: Prática padrão para validação do desempenho de espectrofotômetro infravermelho multivariado on-line, at-line, de campo e de laboratório e sistemas analisadores baseados em espectrômetro Raman
«Esta prática cobre requisitos para a validação de medições feitas por laboratório, campo ou processo (online ou at-line) infravermelho (analisadores de infravermelho próximo ou médio, ou ambos), e analisadores Raman, usados no cálculo de dados físicos, parâmetros químicos ou de qualidade (isto é, propriedades) de produtos petrolíferos líquidos e combustíveis.»
ASTM D8340: Prática Padrão para Qualificação Baseada em Desempenho de Sistemas Analisadores Espectroscópicos
«Esta prática cobre requisitos para estabelecer a qualificação baseada no desempenho de sistemas analisadores espectroscópicos vibracionais destinados a serem usados para prever o resultado do teste de um material que seria produzido por um Método de Teste Primário (PTM) se o mesmo material fosse testado pelo PTM. »
Os produtos petroquímicos estão sujeitos a métodos de teste padronizados para determinar suas propriedades químicas, físicas e tribológicas. Os testes laboratoriais são uma parte indispensável da pesquisa e desenvolvimento e do controle de qualidade na produção de produtos petroquímicos. Os seguintes parâmetros de teste são normalmente importantes para medir na indústria petroquímica e de refinaria (tabela 1).
| Parâmetro | Método convencional | Método ASTM | NIRS relevantes Notas de aplicação |
| Gravidade Específica (API) | Medidor de gravidade | ASTM D298 |
|
| Ponto de ebulição | Destilação | ASTM D2887 | |
| Ponto de obstrução do filtro frio (CFPP) | Dispositivo de filtro padronizado | ASTM D6371 | |
| Ponto de fluidez | Analisador de ponto de fluidez | ASTM D97 | |
| Ponto de Nuvem | Analisador de ponto de nuvem | ASTM D2500 | |
| Ponto de inflamação | Testador de ponto de fulgor | ASTM D93 | |
| Viscosidade | Viscosímetro | ASTM D445 | |
| Cor | Colorímetro | ASTM D1500 | |
| Densidade | Densímetro | ASTM D792 | |
| Éster Metílico de Ácido Graxo (FAME) | FTIR | ASTM D7806 | |
| Pressão de Vapor Reid | Analisador RVP | ASTM D323 | |
| PIANO (Parafinas, Isoparafinas, Aromáticos, Naftenos, Olefinas) | Cromatógrafo a gás | ASTM D6729 | |
Número de octanas (RON/MON) |
Motor CFR |
ASTM D2699 ASTM D2700 |
|
| Número de cetano | Motor CFR | ASTM D613 | |
| Valor dieno/índice MAV | Titulação | UOP 327-17 |
Este artigo é um Visao geral do uso da espectroscopia NIR como a ferramenta de CQ ideal para a indústria petroquímica/refinaria. Outras parcelas são dedicadas às aplicações mais importantes e incluem informações muito mais detalhadas. Não perca nossos blogs relacionados sobre os temas de:
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