氣相色譜-質譜分析催化裂解制乙烯中的液相產物研究

孫旭東(中沙(天津)石化有限公司 天津 300271)

由化學結構原理可以得知，在催化裂解過程中，C鏈會發生斷裂、異構化、烷基化、C鏈耦合以及芳構化等方面的變化。這些變化完全打破了原來的C鏈結構，使有機物發生了較大的變化。同時，生成的烯烴也可以很好地參與至相應的反應過程中。為了能夠對生產乙烯的催化裂解過程進行綜合性地評價，不僅要對氣相結果進行分析，此外還應與液相產物的有關數據進行結合進行分析。GC-MS檢測方法能不僅可以對多組分進行定性分析，而且還可以對其進行定量分析，是目前檢測分析多組分有機化合物效果最佳的一種檢測方法。采用GC-MS方法對混合烴類化合物的相關文獻報道。本研究主要采用了GC-MS方法對乙烯裂解過程中所產生的液相產物的具體組分進行定性及定量分析，現將有關結果報告如下。

一、實驗部分

1.主要儀器

研究主要使用的儀器型號為HP-6890GC/QUATTROMS型號的氣相色譜-質譜聯用儀，該氣質聯用儀為英國Micromass公司所生產。

2.樣品

主要裂解原料采用石腦油工業品；液相產物：以石腦油作為原料催化裂解而產生的液相產物；以正十二烷作為原料不同裂解工藝而產生的液相產物；標樣：正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、己烯-1，反己烯-2等樣品。

3.氣相色譜-質譜分析參數設置

(1)色譜參數設置情況

色譜柱為BPX-35石英毛細管柱，該毛細管柱的規格大小為30m×0.25mm×0.25μm，石材為彈性石英毛細管柱，柱溫設置為30℃，恒溫5分鐘，程序升溫幅度為3℃/min~150℃，10℃/min升至250℃，持續時間為20分鐘。將汽化室溫度設置為280℃，載氣為氦氣，柱子的前壓為40k Pa，分流比例為30:1，進樣量為0.04μL。

(2)質譜參數設置情況

EI離子源，將電離電壓設置為70eV，掃描的范圍大小為m/z20-400amu，離子源溫度設置為200℃，氣相色譜-質譜接口處溫度設置為280℃，NIST標準質譜譜庫。

二、結果與分析

石腦油及其液相裂解產物組成非常復雜，其復雜性主要體現在它具有非常多的同分異構體，僅僅靠譜庫檢索難以準確地對全部組分結構加以確定。本研究中主要采用了NIST標注譜庫進行檢索以及色譜保留的時間、標樣對照、文獻數據等多種定性的方法，對石腦油及其液相產物分別定出接近百余個組成成分。將各個組分C的數量以及C鏈結構進行分類分析，具體數據見下表1與表2所示。下表中各個組分的相對含量采用峰面積進行計算，結果如下。

表1 乙烯裂解原料石腦油的組成成分分析結果

表2 催化裂解石腦油液相產物的組成分析

由上兩個表格的數據顯示可以看出：液相產物的直鏈烷烴含量明顯下降,芳烴含量明顯上升。表明原料中直鏈烷烴參與反應的量多,芳烴參與反應的量少。

三、結論

對石腦油及其催化裂解液相產物的組成按碳數及碳鏈結構進行分類歸屬,分析結果表明直鏈烷烴參與反應量較多,而芳烴參與反應量較少。以兩種不同工藝裂解正十二烷,產生的液相產物在化學組成和相對含量上均有明顯差異,熱裂解過程比催化裂解過程更易發生α斷裂;而催化裂解過程比熱裂解過程更有利于正十二烷烴的裂解。

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