第11章 原子光譜在石油及其加工產(chǎn)品分析中的應用

作者：鄧勃、尹洧

11.1 概述

能源是國家實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的的戰(zhàn)略物資和必要條件。石油、天然氣、油頁巖等是重要的能源。以石油和天然氣為原料的石油化工和輕工產(chǎn)品為國家的經(jīng)濟建設(shè)和人民的正常生活需要提供了豐富的物質(zhì)資源。

在油品煉制、石油加工的生產(chǎn)過程中,從原材料驗收、生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制、產(chǎn)品出廠檢驗的各環(huán)節(jié),都涉及金屬與非金屬元素的檢測。石油及石油產(chǎn)品中金屬和非金屬元素含量的多少是評價煉油工藝及其產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標之一。目前從原油中鑒定出的金屬與非金屬元素約有30多種,主要有Fe、Na 、Mg、 Ni、 V、 Ca、Pb 、Mo、Mn、Cr、Co、Ba、Zn、K、As、Al、B、Zr、Pd、Cd、Si等。這些元素當中，有些是石油中天然存在的，有些是在石油開采、加工儲運及使用過程中引入的的污染（如催化劑中活性金屬在反應過程中的損失,設(shè)備的腐蝕、磨損,導致金屬進入石油產(chǎn)品），有些則是為提高產(chǎn)品收率，改善石油產(chǎn)品的性能，以添加劑形式特意加入油品中去的添加劑或填料（如潤滑油中添加有機金屬化合物改善防腐、抗氧化、抗磨、抗壓等性能，汽油中添加烷基鉛化合物或二茂鐵、甲基環(huán)戊二烯三羰基錳等茂金屬化合物以提高其抗爆性能）等。這些金屬和非金屬元素，其中某些元素 (如As、Ni、V)，在石油加工過程中是十分有害的雜質(zhì)，當其在催化劑中含量達到一定水平將導致催化劑失活。對石油及其加工產(chǎn)品中痕量金屬和非金屬元素的分析檢測，對判斷催化劑的活性及其使用時間，合理選擇添加劑的加入量，考查設(shè)備的磨損情況，科學合理、環(huán)保使用資源，改進加工工藝，保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)新的石化產(chǎn)品都具有重要意義。

原子光譜法由于高選擇性、高靈敏度、低檢出限、多元素的同時檢測能力等優(yōu)點，在痕量金屬和非金屬元素分析檢測中起著重要的作用，是檢測痕量元素的有效手段。早在上世紀六十年代初，Pforr和Aribot首先將ICP-AES法用于石油樣品的測定，將油樣用汽油稀釋后導入等離子體進行光譜測定。1972年，S.Greenfiled和P.B. Smith用小型加熱霧化器將微升級樣品引入等離子體內(nèi)，建立了同時測定無機、有機溶液中多元素的方法，檢出限為l0⁻⁹ ~10^−10g，測定含量為10⁻⁹水平的樣品，精密度RSD為5%。方法已成功用于油、有機化合物和血樣中的痕量金屬測定^[1]。1976年 V.A.Fassel等用4-甲基-2-戊酮稀釋潤滑油后直接將樣液注入等離子體內(nèi)，在1.5min 內(nèi)用ICP-AES同時測定了軸承磨損留在潤滑油中15個痕量金屬元素，檢出限為0.0004~0.3μg/mL^[2]。J.W.Robinson用原子吸收光譜法直接進樣測定了汽油中的鉛，不受汽油中硫、氮含量變動的影響和共存組分的干擾^[3]