石油產品中氮及氮化物的分析檢測

付玥(大慶油田設計院有限公司，黑龍江 大慶 163712)

0 引言

石油是現代發展的重要能源，石油資源開采工程經過多年的發展逐漸擴大了規模，石油產品企業的經濟發展效益得以大幅度提升。與此同時人們對于石油產品的質量和性能更加關注，對石油產品當中的氮及氮化物的含量進行分析檢測，能夠為優化石油產品性能提供更有價值的參考依據，從而為石油產品生產質量的創新改良提供更多的動力。目前石油產品的氮及氮化物分析檢測方法多樣，對其進行研究具有現實意義。

1 石油產品中氮及氮化物的基本特點分析

氮是石油當中的除碳元素、氫元素和硫元素之外存在的一個主要元素，一般情況下氮結構在石油當中的占比在0.05%～0.50%左右，石油當中的總氮含量最多也是在0.7%以下。近些年根據石油各項性質檢測活動的開展可以發現，我國開采得到的石油當中氮物質的含量最少為0.1%，而含量最高值能夠達到0.5%?？傮w來說石油的氮物質含量雖然不高，但對石油的品質以及產品質量有明顯影響[1]。石油結構當中的氮物質基本都在減壓渣油區域，礦物油燃料當中的氮元素也相對比較多，巖頁油當中氮元素的占比在1.5%左右。氮化物在石油產品加工當中存在，會直接對石油的性能產生明顯的影響，氮化物在石油加工反應當中，會將反應催化劑物質的活性降低，因而在石油生產加工時，需要先將氮化物進行處理，以保證石油催化加工的質效。

當然石油產品當中的氮化物對于產品性能的影響作用并不統一，就像柴油產品當中存在的氮化物能夠提升柴油的抗磨性能，而潤滑油產品當中含有的氮化物，會對其氧化安定性能產生作用，還有一些氮化物存在石油產品當中能夠提升產品的抗氧性能，對于石油產品質量有積極的影響作用。因而石油產品當中氮和氮化物的存在，影響作用具有明顯的差異性特征，一些偏堿性、中性的氮化物具有毒性，像含氮雜環化合物就屬于具有較強毒性的致癌氮化物。這也就體現了石油產品氮及氮化物分析檢測的必要性，通過科學的分析檢測，來對石油產品當中氮化物的實際特征進行明確，并能夠實現石油產品的氮化物分離分析。

2 石油產品中氮總含量的分析檢測研究

石油產品當中氮物質的總含量檢測，可以應用不同的方法得到準確的分析檢測結果數據，目前分析檢測水平比較優良的方法主要有電量法、滴定法等，每種分析檢測方法的應用需要根據石油產品檢測的需求及特征情況，進行合理的選用。因而下面對石油產品中氮總含量分析檢測的幾種應用比較廣泛的方法進行研究分析。

2.1 電量法分析

電量法主要是應用于液體石蠟、石油脂產品的氮元素分析檢測，這種類型的石油產品當中的氮元素占比非常小。電量法的應用能夠準確地對微量的氮元素含量情況進行準確的檢測。電量法的設計應用是在高溫環境當中對檢測產品進行鎳催化反應，在催化反應的作用下檢測石油產品當中的氮化物會逐漸轉換成氨，氨物質會不斷的進入滴定池當中，與電解液進行混合反應，反應作用下氨物質會轉換成離子的狀態。氨轉換成離子是通過電解液中與氫離子的反應作用而實現，氫離子反應后會逐漸降低含量，降低的這一部分氫離子會由電解質進行補充。在整體過程中消耗的電量值，就是檢測石油產品當中氮的總含量值。

2.2 滴定法分析

滴定法在石油產品氮物質分析檢測當中應用非常常見，滴定法能夠準確的檢測的石油產品種類非常多，并且分析檢測的操作也比較簡單易懂。滴定分析檢測法在燃料油、石油添加劑、潤滑油等多種石油產品檢測當中都能夠適用。在實際分析檢測期間最常用的方法為克氏法，先將需要檢測的石油產品放入測量環境當中，并加入催化劑進行催化反應，石油產品當中的氮物質在催化劑的作用下會反應變成硫酸銨，這時再加入過量的氫氧化鈉物質，繼續進行蒸餾反應生成氨物質，最后利用硼酸來吸收氨，吸收完成之后利用鹽酸進行滴定反應。觀察計算滴定反應當中鹽酸標準滴定溶液體積的值，從而得到石油產品中氮的總含量值。這種滴定檢測方法，對于存在檢測氮氧鍵及氮鍵化合物的石油產品不適用。

滴定分析檢測法的應用，還可以通過催化劑將檢測石油產品當中的氮物質反應變成硫酸銨物質，然后利用次氯酸鈉－麝香草酚比色法來對產品當中氮的總含量進行明確，這種滴定檢測方法更加直接，流程也比較簡潔。若是石油產品當中的氮物質是屬于偏堿性的物質，利用滴定法進行分析檢測的情況下，只需要將適量的石油產品直接與苯、冰乙酸混合溶劑進行混合，混合反應之后進行高氯酸和冰乙酸的標準滴定處理，利用指示劑完成滴定操作，在滴定的過程中高氯酸與冰乙酸滴定溶液會產生相應的消耗，測量原本滴定溶液的高氯酸和冰乙酸的濃度，然后減去滴定之后的濃度值，并計算滴定前后的體積差值，以此來獲得石油產品包含的偏堿性氮物質的總含量值。

2.3 元素分析儀法檢測

在石油產品氮物質分析檢測當中，元素分析儀是專業的氮物質元素檢測分析儀器設備，其能夠同時檢測分析多種元素，儀器的運行原理依據為色譜原理。在實際分析檢測期間，是利用復合催化劑來對石油產品檢測液體進行高溫氧化反應，然后在氣作用之下實現分離檢測操作，檢測過程中，產品當中存在的所有氮物質元素都會轉換成氮氣，從而被儀器直接檢測確定。元素分析儀能夠實現將石油產品當中的其他物質與氮物質進行充分的分離，最終分析檢測得到的數據具備可靠性和穩定性。

元素分析儀法的應用，需要保證應用的檢測樣品是均勻的狀態，放入到儀器當中之后，通過化學色譜柱進行氮氣分離，利用熱導池檢測器對氮氣元素的含量值進行測定[2]。該方法在石油原油、渣油、石油添加劑、燃料油產品的檢測當中都能夠廣泛應用。但是對于總氮的含量比例小于0.8%的石油產品，無法進行精準的檢測，如：柴油、噴氣燃料、汽油等類型的石油產品當中就不適用。

2.4 氧化燃燒和化學發光法檢測

氧化燃燒與化學發光法分析檢測的應用，是將檢測的石油產品液體放到Ar、He等惰性氣流空間當中，石油產品液體會產生揮發反應，然后在氣流推動的作用下進入高溫的通氧區，石油產品當中的氮物質就會轉換成為一氧化氮，然后與O3進行接觸，會反應變化成NO2狀態，并且生成的二氧化氮是激發態，二氧化氮在弛豫時會發射光，光電倍增管會對其發射的光情況進行檢測，通過對發射光的信號值進行計算，從而確定監測的石油產品氮總含量值。

3 石油產品中氮化物的分析檢測研究

石油產品當中氮化物對于產品性能之間有著直接的關聯，對于石油產品中氮化物的分析檢測研究，對氮化物進行分離，明確其對石油產品性質的影響作用，對于石油產品優化有重要意義。下面就對其氮化物的分析檢測具體方法進行分析研究。

3.1 燃油產品中氮化物的分析檢測

燃油產品當中的氮化物含量相對比較多，吡啶、喹啉、吡咯、咔唑等都是含量占比較高的氮化物種類。燃油產品當中的氮化物對產品性能有積極的影響。就比如柴油產品當中包含的吡啶與吡咯氮化物，在摩擦的過程中能夠對柴油進行保護，氮化物會轉換成電阻值比較大的保護膜，來在柴油與摩擦物之間進行隔離，降低摩擦對柴油的磨損程度。在柴油產品進行氮化物分析檢測當中，通常利用液相色譜分離，生成膠質組分，然后對組成元素進行檢測，氮化物的占比非常高。

舉例來說，可以利用離子交換法來實現燃油產品氮化物的分離，將燃油產品的試樣與銨鹽型強堿性離子交換柱進行反應，CH2Cl2物質會洗脫分成中性和堿性兩種成分，再利用強酸性離子交換柱將中性的CH2Cl2分離出來，堿性10%的異丙胺的正己烷溶液也可以成功地分離出來，最終通過旋轉蒸發濃縮來完成氮化物的分離與檢測。相對比離子交換法進行氮化物的分離來說，應用改性硅膠柱層析法也可以實現有效的氮化物分離，并且分離檢測的效果更佳，但是這種方法的適用范圍沒有離子交換法廣泛，在實際燃油產品氮化物分析檢測時，還需結合實際選擇適用的方法。

3.2 潤滑油基礎油產品中氮化物的分析檢測

潤滑油基礎油產品當中包含的氮化物主要有兩種類型，分別為堿性氮、非堿氮，其中吡啶和喹啉的含量最為豐富[3]。氮化物在潤滑油產品當中存在會對產品的抗氧化性能產生影響，氮含量值的大小與產品抗氧化劑消耗的速度大小之間是成正比的關系。在對潤滑油基礎油產品中的氮化物進行分析檢測時，可以應用TiCl4(四氯化鈦)、CuCl2(二氯化銅)兩步絡合法進行分離。該方法的實際應用能夠將所有氮化物分離出來，并能夠將氮化物分成堿性和其他性質的氮化物。通常潤滑油產品當中的氮含量水平不會超過0.22%，分離比較容易，能夠將氮化物充分的分離出來，并且最終獲得的分離氮化物比較穩定，不會再產生化學反應，分離的氮化物通常濃度倍數較大，整體的分離操作比較便捷和簡單，但是需要注意的是，要對TiCl4物質的使用量進行合理化的控制。

4 結語

現代石油產品行業的發展迅速，在經濟發展當中發揮著重要的作用，對于石油產品中氮及氮化物的分析檢測問題備受人們關注。目前，在分析檢測工作當中，技術的先進性、創新性優化提升是重點，以此提升分離、分析檢測的質量和效率。