Alkanolamine determinations in neutralizing amines samples with improved separation technology

Význam tématu

Úprava a stanovení alkanolaminů v roztocích neutralizačních amů je klíčová pro efektivní odsíření a odsiřičování zemního plynu po hydraulickém štěpení. Přítomnost sloučenin CO2 a H2S v tzv. „surovém“ plynu vede k toxickým a korozivním účinkům, které je nutné odstranit pomocí koncentrovaných roztoků ethanolaminů (EA, DEA, TEA, MDEA). Kontrola koncentrace těchto alkanolaminů a tepelně stabilních solí zajišťuje optimální výkon procesu, prodlužuje životnost zařízení a snižuje provozní náklady.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem článku je představit vylepšenou metodu iontové chromatografie pro simultánní stanovení čtyř běžných alkanolaminů (EA, DEA, TEA, MDEA), dvou methylaminů (MAEA, DMAEA) a čtyř kationtů (sodík, amonium, hořčík, vápník) v 1000× zředěných vzorcích neutralizačních amínů. Studie demonstruje optimalizaci separace, stanovení metodických detekčních limitů, reprodukovatelnosti a návrh rychlé přípravy vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci byla použita iontová chromatografie s vysokotlakým bezreagensním eluentem (RFIC) a sloupcem Dionex IonPac CS20 (2×250 mm). Eluent MSA (methansulfonová kyselina) byl generován elektrolyticky pomocí kazety EGC 500 spolu s trápícím sloupcem CR-CTC 600 a vysokotlakým degaserem. Detekce probíhala potlačenou vodivostní metodou přes Dionex CDRS 600 (2 mm, 68 mA). Vzorky se injektovaly 0,4 µL vnitřním smyčkovým ventilem s 100× přetížením smyčky.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizovaný gradient eluce MSA (2,5–60 mM) a teplota 35 °C umožnily rozlišení všech sledovaných složek během 35 minut. Metodický detekční limit činil 2–160 µg/L pro kationty a 50–100 µg/L pro alkanolaminy. Koeficient determinace kalibrace (r2) byl větší než 0,99 v nízkých (0,5–25 mg/L) i vysokých (50–1250 mg/L) koncentracích. RSD retence i plochy píků během pětidenní stability nepřesáhly 0,5 %, resp. 2,5 %. Zpětné získání přídavků standardu ve vzorcích se pohybovalo v rozmezí 90–110 %.

Přínosy a praktické využití metody

• Široký rozsah lineární kalibrace pro nízké i vysoké koncentrace.
• Vysoká selektivita a rozlišení monovalentních kationtů a alkanolaminů díky speciální CS20 stacionární fázi.
• Rychlá příprava vzorků (1000× ředění), malé objemy injekcí minimalizují přetížení kolony.
• Bezreagensní eluentní systém s automatickou generací minimalizuje nutnost chemikálií a riziko kontaminace.
• Vysoká stabilita a reprodukovatelnost pro dlouhodobé sledování procesních roztoků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávaný směr zahrnuje integraci s hmotnostní spektrometrií pro detekci dalších degradantů a vedlejších produktů, automatizované on‐line monitorování v reálném čase a aplikaci na nové typy aminových směsí či alternativní sloučeniny pro zachytávání kyselých plynů. Možnosti rozšíření metodiky na sledování tepelně stabilních solí a přímé měření v kontinui průmyslových procesů se jeví jako perspektivní.

Závěr

Popsaná metoda RFIC s kolonou CS20 přináší robustní a účinnou separaci klíčových alkanolaminů a kationtů ve vzorcích neutralizačních amínů. Dosahuje nízkých detekčních limitů, výborných reprodukčních parametrů a praktického pracovního rozsahu 0,5–1250 mg/L. Je vhodná pro QA/QC, procesní kontrolu i výzkumné aplikace v oblasti úpravy zemního plynu.

Reference

1. International Energy Agency; Key World Energy Statistics; IEA Publications; 2018.
2. Phys.org; Sulfide‐producing bacteria dominate hydraulically fractured oil and gas wells; 2017.
3. NaturalGas.org; Processing Natural Gas; 2019.
4. Rooney P.C.; Bacon T.R.; DuPart M.S.; Effect of Heat Stable Salts on MDEA Corrosivity; Hydrocarbon Processing; 1996–1997.
5. Thermo Fisher Scientific; Dionex Application Note 138: Determination of Thiosulfate in Refinery and Other Wastewaters; 2001.
6. Thermo Fisher Scientific; Dionex Technical Note 122: Separation of Heat Stable Amine Salts in MDEA Solutions; 2013.
7. Thermo Scientific; Application Update AU126: Determination of Diethanolamine and Triethanolamine in Surface Finishing, Wastewater and Scrubber Solutions; 2014.
8. Thermo Scientific; Application Update AU138: Determination of Ethanolamines in Industrial Waters by Cation‐Exchange Chromatography; 1998.
9. Thermo Scientific; Application Note AN72609: IC‐MS Determination of Cations and Amines in Alkanolamine Scrubbing Solutions; 2018.
10. Thermo Scientific; Product Specification: Dionex IonPac CS20 Column; 2018.
11. ASTM International; Specification D5127: Standard Guide for Sampling Water.
12. Thermo Scientific; Operator’s Manual: Dionex Integrion HPIC System; 2016.
13. Thermo Scientific; Technical Note TN175: Configuring the Dionex Integrion HPIC System; 2016.
14. Thermo Scientific; Product Manual: Dionex Eluent Generator Cartridges; 2018.
15. Thermo Scientific; Product Manual: Continuously Regenerated Trap Columns (CR‐TC 500, CR‐TC 600); 2018.
16. Thermo Scientific; Product Manual: Dionex IonPac CG20 Guard Column and CS20 Analytical Column; 2018.
17. Thermo Scientific; DRS 600, ERS 500e and ERS 500 Carbonate Suppressor Installation Checklist; 2018.
18. Thermo Scientific; Product Manual: Dionex DRS 600 Suppressor; 2018.
19. Thermo Scientific; AppsLab Library of Analytical Applications; 2019.