三有機熱載體國標(biāo)檢測中的紅外光譜觀察

王驕凌，司榮

(中國特種設(shè)備檢測研究院 中國鍋爐水處理協(xié)會，北京 100013)

20 世紀(jì)80 年代改革開放以來，我國在各生產(chǎn)領(lǐng)域的動力傳輸中，高沸點低氣壓的有機熱載體的利用逐漸普及起來［1-4］，彌補了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)安全帶來的挑戰(zhàn)［5］。新型熱載體基本來源為3 類: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，高沸點的有機熱載體容易被氧化或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、容易燃燒以及流動性不及水等，這也同樣會給生產(chǎn)過程中帶來安全隱患［7］。為此，我國于2009 年頒布了有機熱載體的安全使用標(biāo)準(zhǔn)［8］。然而，目前在這類檢測中只是限于宏觀層面的檢測，即通過密度、黏度、閃點、酸值等多項指標(biāo)最終確定其載體品質(zhì)是否合格。

為了配合國標(biāo)的檢測工作和更準(zhǔn)確和精細(xì)地確保各種類型有機熱載體產(chǎn)品的質(zhì)量，本工作嘗試將紅外光譜技術(shù)運用在該類產(chǎn)品的檢測中，這里報告對3 個有機熱載體的熱穩(wěn)定前后流體進(jìn)行紅外表征結(jié)果。

1 實驗部分

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;30 ～60 ℃石油醚等。

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

1.2 實驗方法

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)行紅外光譜的測試，樣品測試前均以純KBr 壓片做背景測試光譜。

2 結(jié)果與討論

3 種熱載體樣品依據(jù)國標(biāo)的檢測結(jié)果是No.1合格，其余2 個樣品則不合格，測試結(jié)果見表1。而對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)及測定數(shù)據(jù)在此省略。

表1 三有機熱載體的主要國標(biāo)測試項目數(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合成型熱載體。而從它的熱穩(wěn)定性實驗后流體的紅外譜圖整體的譜帶類型基本沒有變化，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)定性實驗后的性質(zhì)沒有發(fā)生改變所致。

2.2 No.2 樣的紅外光譜

它的熱穩(wěn)定性實驗前后的FTIR 光譜見圖2。

由圖2 可知，新鮮樣品是礦物油類流體，譜圖顯著的特點為“毛刺型”狀譜峰，而且在高波數(shù)處也是“毛刺型”狀的強譜帶。然而，對于熱穩(wěn)定性實驗后，基本的特征強峰基本一樣，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，與國標(biāo)檢測項目結(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 光譜見圖3。

由圖3 可知，這個熱載體的特點不同于如上流體，熱穩(wěn)定性實驗前后均是既沒有毛刺型現(xiàn)象出現(xiàn)，也沒有吸附和溶解CO2譜帶。對于新流體，可以說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。但是實驗后的峰值有: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)了新流體沒有的以3 446.20 cm－1為典型峰的寬的較強譜帶，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，與國檢項目結(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

對有機熱載體紅外檢測表明，對于礦物油類產(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)定實驗后流體毛刺型現(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)。對于不存在該現(xiàn)象的熱載體，則實驗流體紅外譜在3 446 cm－1附近出現(xiàn)比較強的寬譜帶，則表明熱載體嚴(yán)重氧化而不合格。

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