引言
石油是能源与化工产业的核心原料,其品质、加工性能与燃烧特性在很大程度上取决于碳、氢元素的组成及H/C原子比,这些关键参数是原油品质评价与炼化工艺设计的基础依据。碳氢含量不仅可用于判别油品组分结构,指导炼化生产调控与物料衡算;还可核算油品热值与碳排放水平,并通过差值法间接评估杂原子总量与加工深度,辅助判断油品品质优劣。

氮作为油品中另一重要杂元素,其含量测定既可反映天然氮化物的组成特征,也可检测润滑油、燃料油中外加含氮添加剂的水平;含氮化合物在燃烧过程中生成NOx污染物,并易导致加工催化剂中毒,因此氮含量监测在环境保护与炼化工艺管控中均具有重要意义。
综上,快速、准确且操作简便的石油产品碳、氢、氮含量测定,对油品质量全流程管控及石化行业绿色低碳生产具有重要现实意义。
仪器原理
将已知质量的样品置于燃烧炉的高纯氧气流中进行高温充分燃烧,样品中的碳、氢元素完全氧化,分别生成二氧化碳与水蒸气,氮元素全部转化为氮氧化物。燃烧后的混合气体通入脱硫炉,脱除其中的硫氧化物、卤化物等干扰杂质,净化后的气体经过滤处理后,通过红外碳氢检测器分别测定二氧化碳与水蒸气含量,定量计算样品中碳、氢元素的质量分数。同时,燃烧生成的氮氧化物经还原管还原为氮气,再由热导检测器完成氮元素的定量检测。
方法依据
NB/SH/T 0656《石油产品及润滑剂中碳、氢、氮的测定元素分析仪法》(方法A)标准符合性对比
标准符合性对比
| 对比维度 | NB/SH/T 0656(方法A) | SDCHN636 | 符合性评价 |
|---|---|---|---|
| 适用范围 | 适用于原油、燃料油、添加剂、渣油等 样品的碳、氢、氮分析 | 适用于原油、燃料油、添加剂、渣油等 样品的碳、氢、氮分析 | 完全符合 |
| 测定元素 | 碳、氢、氮 | 碳、氢、氮 | 完全符合 |
| 工作原理 | 高温燃烧-气体净化-氮氧化物还原-红外 测碳氢、热导测氮 | 高温燃烧-气体净化-氮氧化物还原-红外 测碳氢、热导测氮 | 完全符合 |
| 设备配置 | 保证碳氢氮完全转化,配净化、还原系统, 信号与浓度关联,可自动计算输出 | 结构设计符合标准, 耗材到期自动提醒,气密性自动检测 | 优于标准 |
| 装样耗材 | 液体样品装入铜制胶囊,锡密封塞封堵铜胶囊 | 锡箔杯,操作更方便,使用成本更低 | 优于标准 |
| 仪器校准 | 建校准曲线,可微调,质控达标 | 空白、建曲线、曲线核验 | 完全符合 |
| 结果计算 | 质量百分数记录 | 输出质量分数并生成报告 | 完全符合 |
实验仪器
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 仪器 | SDCHN636元素分析仪 |
| 燃烧管温度 | 950℃ |
| 脱硫管温度 | 900℃ |
| 还原管温度 | 700℃ |
消耗品
锡箔杯 坩埚 燃烧管 还原管
分析天平
感量为0.00001g
辅助工具
注射器或移液管、镊子
试剂
8.1说明书配备常规试剂
8.2吸收剂:液体稳燃剂或氧化镁(用于液体样)
校准标样
乙二胺四乙酸(CAS号60-00-4,简称EDTA)
实验要求
10.1称取吸收剂:本次测试用吸收剂为氧化镁,推荐200mg,若油样样量较大应相应增加其用量,保证液体样品能够完全吸附。
10.2包样及记录样重:操作快速、记录包裹之后的样重。
10.3取样及放样:移液枪或其它可靠取样工具,取样快速;放样时样品要求滴到氧化镁上面,避免样品粘附在锡箔杯壁上。
10.4氧气纯度:推荐99.999%。
10.5仪器系统达到稳定状态:具体参照说明书。
试验步骤
按照GB/T 4756或GB/T 27867称量大约50mg~200mg均匀试样于锡箔杯中,用镊子将锡箔杯夹紧密封。
固体样品:称取约50mg固体样品放入锡箔杯。
液体样品:称取约200mg氧化镁装入锡箔杯,用移液枪取约50mg液体样品滴入氧化镁;将装有样品的锡箔杯迅速包裹紧实后,再继续包裹一层锡箔杯。包裹双层锡箔杯可以防止样品挥发损失,使轻质样品缓慢燃烧以防止产生回火或样品燃烧不完全。
11.2.1.1 测试样品前先进行5个以上空白样测试,系统达到稳定后再进行样品测试。
11.2.1.2 称取1-2个EDTA废样进行空白样与样品之间的过渡测试。
11.2.1.3 称取EDTA进行碳氢氮曲线标定,碳氢校准点:50mg、80mg、110mg、140mg、170mg、200mg。氮校准点:零点、5mg、15mg、25mg、35mg。
11.2.1.4 称取EDTA验证新校准曲线,称样量100mg。
11.2.2.1 质控样:EDTA,称样量100mg。用户样测试前及测定过程中进行,每10个子样跟踪测试一组。
11.2.2.2 测试样品:推荐样重50mg。测试条件同标定和质控样。

测试数据
碳氢数据通过二次校准生成,氮数据通过一次校准生成,校准物质EDTA(AR2092-250批次1122V,碳含量41.07%,氢含量5.52%,氮含量9.55%),碳氢校准点50mg、80mg、110mg、140mg、170mg、200mg。氮取校准点:零点、5mg、15mg、25mg、35mg。验证物质EDTA,验证点100mg。
| 试样编号 | 样重(mg) | 碳% | 极差% | 均值% | 标准计算重复性% |
|---|---|---|---|---|---|
| 蜡油(蜡油加氢原料) | 56.3 | 85.81 | 0.08 | 85.77 | 0.9666 |
| 蜡油(蜡油加氢原料) | 53.4 | 85.73 | |||
| 沥青(GML-3) | 45.8 | 83.69 | 0.44 | 83.91 | 0.9532 |
| 沥青(GML-3) | 49.1 | 84.13 | |||
| 沥青(GML-4) | 45.3 | 84.95 | 0.67 | 84.62 | 0.9583 |
| 沥青(GML-4) | 44.1 | 84.28 |
| 试样编号 | 样重(mg) | 氢% | 极差% | 均值% | 标准计算重复性% |
|---|---|---|---|---|---|
| 蜡油(蜡油加氢原料) | 56.3 | 11.80 | 0.01 | 11.80 | 0.3992 |
| 蜡油(蜡油加氢原料) | 53.4 | 11.79 | |||
| 沥青(GML-3) | 45.8 | 9.66 | 0.01 | 9.66 | 0.3612 |
| 沥青(GML-3) | 49.1 | 9.65 | |||
| 沥青(GML-4) | 45.3 | 9.54 | 0.12 | 9.48 | 0.3578 |
| 沥青(GML-4) | 44.1 | 9.42 |
| 试样编号 | 样重(mg) | 氮% | 极差% | 均值% | 标准计算重复性% |
|---|---|---|---|---|---|
| 蜡油(蜡油加氢原料) | 56.3 | 0.28 | 0.01 | 0.28 | 0.1670 |
| 蜡油(蜡油加氢原料) | 53.4 | 0.27 | |||
| 沥青(GML-3) | 45.8 | 0.88 | 0.05 | 0.90 | 0.1670 |
| 沥青(GML-3) | 49.1 | 0.93 | |||
| 沥青(GML-4) | 45.3 | 0.98 | 0.07 | 1.02 | 0.1670 |
| 沥青(GML-4) | 44.1 | 1.05 |
总结
实验结果表明:3种样品平行测定的碳极差分别为0.08%、0.44%、0.67%;氢极差为0.01%、0.01%、0.12%;氮极差为0.01%、0.05%、0.07%。各指标均优于NB/SH/T 0656《石油产品及润滑剂中碳、氢、氮的测定元素分析仪法》(方法A)中重复性要求,表明SDCHN636元素分析仪测试石油产品碳氢氮含量满足标准要求。
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