三有機(jī)熱載體國(guó)標(biāo)檢測(cè)中的紅外光譜觀察

王驕凌，司榮

(中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 中國(guó)鍋爐水處理協(xié)會(huì)，北京 100013)

20 世紀(jì)80 年代改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)在各生產(chǎn)領(lǐng)域的動(dòng)力傳輸中，高沸點(diǎn)低氣壓的有機(jī)熱載體的利用逐漸普及起來(lái)［1-4］，彌補(bǔ)了100 ℃之上氣態(tài)水高壓控制要求給相應(yīng)裝置設(shè)備和生產(chǎn)安全帶來(lái)的挑戰(zhàn)［5］。新型熱載體基本來(lái)源為3 類(lèi):天然礦物油型，純化學(xué)合成型和天然原料的半合成加工型［6］。然而，高沸點(diǎn)的有機(jī)熱載體容易被氧化或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、容易燃燒以及流動(dòng)性不及水等，這也同樣會(huì)給生產(chǎn)過(guò)程中帶來(lái)安全隱患［7］。為此，我國(guó)于2009 年頒布了有機(jī)熱載體的安全使用標(biāo)準(zhǔn)［8］。然而，目前在這類(lèi)檢測(cè)中只是限于宏觀層面的檢測(cè)，即通過(guò)密度、黏度、閃點(diǎn)、酸值等多項(xiàng)指標(biāo)最終確定其載體品質(zhì)是否合格。

為了配合國(guó)標(biāo)的檢測(cè)工作和更準(zhǔn)確和精細(xì)地確保各種類(lèi)型有機(jī)熱載體產(chǎn)品的質(zhì)量，本工作嘗試將紅外光譜技術(shù)運(yùn)用在該類(lèi)產(chǎn)品的檢測(cè)中，這里報(bào)告對(duì)3 個(gè)有機(jī)熱載體的熱穩(wěn)定前后流體進(jìn)行紅外表征結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

山東北方淄特特種油股份有限公司生產(chǎn)的熱流體(No.1);吳江市梅堰油品廠(chǎng)的礦物型流體(No.2);云浮市新金山生物科技有限公司生產(chǎn)的礦物型熱載體(No. 3);溴化鉀，光譜級(jí);30 ～60 ℃石油醚等。

AKLY-2(A)熱穩(wěn)定性測(cè)試儀;Bruker VERTEX 70 紅外光譜儀(OPUS6 軟件操作系統(tǒng))。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將10 mL 流體密封于石英管中，放入可密封的鋼制管中，置于熱穩(wěn)定儀樣品槽內(nèi)，300 ～320 ℃加熱720 h。自然冷卻。取少量樣品約(50 μL)，溶于10 mL 民低沸點(diǎn)石油醚中，用滴管滴到KBr 的紅外壓片上，隨即吹風(fēng)，揮發(fā)石油醚溶劑后，進(jìn)行紅外光譜的測(cè)試，樣品測(cè)試前均以純KBr 壓片做背景測(cè)試光譜。

2 結(jié)果與討論

3 種熱載體樣品依據(jù)國(guó)標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果是No.1合格，其余2 個(gè)樣品則不合格，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。而對(duì)于更為直觀的一些指標(biāo)，如灰分，顏色及變化，沉淀和揮發(fā)等標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)定數(shù)據(jù)在此省略。

表1 三有機(jī)熱載體的主要國(guó)標(biāo)測(cè)試項(xiàng)目數(shù)據(jù)Table 1 The major National Standard data for three organic heat fluids

2.1 No.1 樣的紅外光譜

該熱載體熱穩(wěn)定性前后的FTIR 光譜見(jiàn)圖1。

圖1 樣品的熱穩(wěn)定性前后紅外光譜Fig.1 FTIR spectra of sample before and after heat stability

由圖1 可知，該熱載體可能是具有烷基和氨基取代的芳烴類(lèi)合成型熱載體。而從它的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)后流體的紅外譜圖整體的譜帶類(lèi)型基本沒(méi)有變化，特別是毛刺型狀甚至比較新流體更甚，當(dāng)然也有可能一定程度上其配制測(cè)試濃度略較新流體濃度大有一定影響，但是主要的結(jié)果是熱載體在熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)后的性質(zhì)沒(méi)有發(fā)生改變所致。

2.2 No.2 樣的紅外光譜

它的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)前后的FTIR 光譜見(jiàn)圖2。

由圖2 可知，新鮮樣品是礦物油類(lèi)流體，譜圖顯著的特點(diǎn)為“毛刺型”狀譜峰，而且在高波數(shù)處也是“毛刺型”狀的強(qiáng)譜帶。然而，對(duì)于熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)后，基本的特征強(qiáng)峰基本一樣，可“毛刺型”狀消失了。這里也只有比較“干凈的”典型峰值:3 507.14，2 955.77，2 925.11，2 854.59，1 636.96，1 460.23，1 377.00，669.29 cm－1。這就表明熱載體的組成分布已經(jīng)改變了，換言之，流體發(fā)生了變質(zhì)的情況，屬于不合格產(chǎn)品，與國(guó)標(biāo)檢測(cè)項(xiàng)目結(jié)果相一致。

圖2 樣品的熱穩(wěn)定性前后紅外光譜Fig.2 FTIR spectra of sample before and after heat stability

2.3 No.3 樣的紅外光譜

它的FTIR 光譜見(jiàn)圖3。

由圖3 可知，這個(gè)熱載體的特點(diǎn)不同于如上流體，熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)前后均是既沒(méi)有毛刺型現(xiàn)象出現(xiàn)，也沒(méi)有吸附和溶解CO2譜帶。對(duì)于新流體，可以說(shuō)幾乎是典型的礦物油標(biāo)準(zhǔn)紅外譜，這些峰值是:2 923.46，2 853.67，1 632.19，1 457.18，1 376.95，721. 50 cm－1。但是實(shí)驗(yàn)后的峰值有:3 446. 20，2 923.58，2 853.78，1 632.35，1 461.21，1 376.91，721.84 cm－1，這里突出的是出現(xiàn)了新流體沒(méi)有的以3 446.20 cm－1為典型峰的寬的較強(qiáng)譜帶，這是流體發(fā)生了嚴(yán)重氧化導(dǎo)致的。因此，應(yīng)為不合格產(chǎn)品，與國(guó)檢項(xiàng)目結(jié)果符合。

圖3 樣品的熱穩(wěn)定性前后紅外光譜Fig.3 FTIR spectra of sample before and after heat stability

3 結(jié)論

對(duì)有機(jī)熱載體紅外檢測(cè)表明，對(duì)于礦物油類(lèi)產(chǎn)品而言，如果新流體紅外譜出現(xiàn)“毛刺型”密集譜帶，則它的熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)后流體毛刺型現(xiàn)象是否消失是判斷該熱載體合格與不合格的重要依據(jù)。對(duì)于不存在該現(xiàn)象的熱載體，則實(shí)驗(yàn)流體紅外譜在3 446 cm－1附近出現(xiàn)比較強(qiáng)的寬譜帶，則表明熱載體嚴(yán)重氧化而不合格。

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