電化學(xué)分析在石油化工中的應(yīng)用研究

摘 要：石油化學(xué)的生產(chǎn)工藝、原料、中檔產(chǎn)品的純度和構(gòu)成，是工程正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保證。由于受到傳感、準(zhǔn)確性和高效率的影響，電化學(xué)方法在石油化學(xué)產(chǎn)品的分析和測(cè)試中受到廣泛關(guān)注。

關(guān)鍵詞：電化學(xué);石油化工;分析;影響

0 引言

電化學(xué)分析是一個(gè)重要的儀器分析分支，包括電位分析、電流分析、電器分析和變通分析等方法。采用電化學(xué)分析方法，能迅速地分析物質(zhì)的含量和電化學(xué)屬性，所以廣泛用于科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)。特別是在石油化學(xué)產(chǎn)品中，人們?yōu)榱嗣鞔_水分、微量元素、烯等重要成分的含量和構(gòu)成，采用電化學(xué)分析方法，在生產(chǎn)工藝中對(duì)原料、中檔產(chǎn)品和最終產(chǎn)品進(jìn)行分析測(cè)試。從而確保生產(chǎn)安全，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 常見的幾種電化學(xué)分析方法

在石油及石油化學(xué)產(chǎn)品的分析中，根據(jù)電化學(xué)的基本原理，可以測(cè)量物質(zhì)的組成及含量與電信號(hào)之間的關(guān)系，以分析物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)。電氣化學(xué)分析方法靈活多樣，設(shè)備具有易于操作、自動(dòng)化、低廉、準(zhǔn)確有效等特點(diǎn)，被廣泛用于石化產(chǎn)品的分析測(cè)試。經(jīng)過幾年的開發(fā)，研究員們發(fā)明了對(duì)石油及其制品的多種電化學(xué)分析方法，如電位滴定、電分析、電壓電流測(cè)定及導(dǎo)電分析等方法。

1.1 電位滴定法

電位差滴定是對(duì)石油產(chǎn)品中堿性氮和活性硫含量的常規(guī)檢測(cè)方法。如果測(cè)量對(duì)象物質(zhì)的含量不一樣，所顯示的電位也不一樣，可以據(jù)此計(jì)算出物質(zhì)的濃度。實(shí)驗(yàn)期間，將電位穩(wěn)定的基準(zhǔn)電極和檢測(cè)溶液的電位和濃度之間具有定量關(guān)系的指示電極插入測(cè)試液體中，從而形成化學(xué)電池，然后根據(jù)電位差可以定量分析物質(zhì)的含量。

1.2 電量分析法

電解法又稱電量分析方法，它是根據(jù)電解試驗(yàn)物質(zhì)消耗掉的電量來計(jì)算物質(zhì)含量的方法。這種方法可以用來分析汽車汽油、液化天然氣和樹苯等石油產(chǎn)品的硫含量。電氣分析方法特別對(duì)硫含量為0.5-1.0mg/kg時(shí)比較有效，對(duì)硫含量為0.5-100mg/kg的石油進(jìn)行測(cè)量會(huì)產(chǎn)生良好的影響。

1.3 伏安分析法

電壓電流測(cè)定法的靈敏度很高，10-2-10-3?A的電流可以感知到，但因若干因素會(huì)干涉到測(cè)量，測(cè)量結(jié)果被變更，提高測(cè)量的精度和再現(xiàn)性是不容易的。流式電壓電流法在分析石油的特定微量元素時(shí)也被使用。這種方法具有很高的敏感度，可以對(duì)10-6-10-11mol/L的濃度物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)界限可以達(dá)到10-12mol/L，所以被廣泛用于微量物質(zhì)的分析中。

1.4 電導(dǎo)分析法

導(dǎo)電分析是使用被測(cè)定的溶液的離子濃度和溶液的導(dǎo)電度之間的定量關(guān)系進(jìn)行測(cè)定的一種方法。這種方法可以用來測(cè)量石油及其產(chǎn)品的含鹽量，如根據(jù)國(guó)家石油政策檢測(cè)，對(duì)臨界微粒濃度（CMC）的測(cè)定，它具有很高的敏感度和簡(jiǎn)單便捷的操作方法。導(dǎo)電度的水平根據(jù)與溶液共存的所有離子的不同而有所改變，因此，檢測(cè)方法的選擇性較差，而且很難全部分析成分溶液。

2 分析微量非金屬和金屬元素

石油一般含有非碳?xì)浠衔?，包括氮化物、含含氧化合物和硫化物。硫、氮、氧及其他異種元素在石油中占較少量（3%～5%），但對(duì)由碳?xì)浠衔镄纬傻姆翘細(xì)浠衔锖坎豢傻凸?。非碳?xì)浠衔锏拇嬖跁?huì)對(duì)石油加工及產(chǎn)品質(zhì)量造成不良影響。例如，含硫化合物在處理原油時(shí)，會(huì)使催化劑無法活性化，腐蝕設(shè)備。燃料燃燒后由含氮化合物生成的氮氧化物會(huì)造成環(huán)境污染，在油處理過程中，催化劑中毒，給產(chǎn)品帶來穩(wěn)定性帶來危害。

3 分析微量金屬元素

石油的微量元素包括轉(zhuǎn)金屬元素、堿金屬和堿土金屬元素，這些金屬元素大多以有機(jī)形態(tài)存在。雖然占總質(zhì)量的10-4-10-9，但對(duì)石油處理工程有著重要影響。例如，鉛、釩、鎳、鐵和銅是重油加氫分解工藝中重要的催化劑中毒失活因素。釩會(huì)在燃油燃燒后焚燒，從而污染環(huán)境。因此在處理石油的過程中，必須檢測(cè)石油微量金屬元素的含量。石油的微量元素包括轉(zhuǎn)金屬元素、堿金屬和堿土金屬元素，這些金屬元素大多以有機(jī)床形態(tài)存在。雖然占總質(zhì)量的10-4-10-9，但對(duì)石油處理工程有著重要影響。例如，鉛、釩、鎳、鐵和銅是重油加氫分解工藝中重要的催化劑中毒和不活性化因素。釩燃燒燃油后焚燒、腐蝕渦輪blade，污染環(huán)境。因此在處理石油的過程中，必須檢測(cè)石油微量金屬元素的含量。目前，檢測(cè)出這種物質(zhì)所用的電化學(xué)分析方法主要包括流體電壓電流法以及差分脈沖偏振法。含鉛成份使催化劑不具有活性，從而污染環(huán)境。標(biāo)準(zhǔn)方法（ASTMD 3116）是使用分光光度進(jìn)行測(cè)定，但程序非常復(fù)雜，樣品中鉛成分容易損失。所使用的萬能膠類KCN具有很強(qiáng)的毒性，一些學(xué)者在決定微量交油時(shí)，對(duì)要測(cè)試的樣品進(jìn)行事先了前處理，然后通過電壓法檢測(cè)出要測(cè)試的液體。事前處理的目的是把油的有機(jī)鉛轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)鉛離子。此結(jié)果表明，使用該方法在輕油產(chǎn)品中檢測(cè)ppb微量鉛是正確有效的。

4 分析腐蝕性油品

許多石油產(chǎn)品是腐蝕性的，對(duì)機(jī)器及設(shè)備的安全、石油品質(zhì)等具有重要影響。在石油產(chǎn)品腐蝕評(píng)價(jià)方面，一些學(xué)者為了對(duì)航空燃料石油進(jìn)行分析和研究，采用了電化學(xué)阻抗譜技術(shù)。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了金屬間數(shù)碼容量性傳感器，在接觸油類產(chǎn)品時(shí)會(huì)產(chǎn)生腐蝕，隨著表面腐蝕產(chǎn)品的形成，容量性傳感器的阻抗更改，隨著腐蝕性石油產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生不同斜率和拐點(diǎn)的響應(yīng)曲線。非腐蝕性樣品的響應(yīng)信號(hào)基本不變。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法，石油產(chǎn)品的腐蝕性能能夠得到有效的檢測(cè)，靈敏度優(yōu)于傳統(tǒng)的電化學(xué)檢測(cè)方法。實(shí)際上，石油產(chǎn)品的腐蝕性主要是和酸性化合物有關(guān)，在電位滴定時(shí)，為了檢測(cè)出石油微量的酸性，使用了三種方法。使用水、異丙醇和甲苯（1：99：100，V/V/V）的混合溶液溶解試驗(yàn)的油，用KOH-異丙醇溶液完成了電位差滴定。此方法可適用于每磅重0.05mg KOH/g的油，由于工作高度自動(dòng)化，所以測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。但是，如果生成物含有非水性溶劑，那么它會(huì)產(chǎn)生不容易電離的弱酸，則檢測(cè)出的效果不好。

5 結(jié)束語

作為現(xiàn)代的分析方法，電化學(xué)分析方法不僅具有便捷的優(yōu)點(diǎn)，而且適用范圍不斷擴(kuò)大。在石油化學(xué)領(lǐng)域采用電化學(xué)分析方法已逐漸引起人們的關(guān)注，檢測(cè)出石油和石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)方法是具有連續(xù)性的。在石油分析中，對(duì)油品特性不同的成分檢測(cè)時(shí)，首先要確認(rèn)電化學(xué)信號(hào)和檢測(cè)物質(zhì)的含量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)固有的特性，設(shè)計(jì)合理的信號(hào)分析方法，電化學(xué)再生分析技術(shù)是非常有效果的。

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作者簡(jiǎn)介：

李尚志（1983- ），男，漢族，山東人，大專學(xué)歷，現(xiàn)供職單位中化泉州石化，助理工程師，研究方向?yàn)槭突し治觥?/p>