CNS 14831-2004 Method of test for oxygenates and paraffin olefin naphthene aromatic(O-PONA)hydrocarbon types in low-olefin spark ignition engine fuels by gas chromatography《低烯烃汽油含氧.pdf
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1、 1 印行年月 94 年 10 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 ICS 75.160.20 K6110414831經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 93 年 7 月 6 日 年月日 (共 17 頁 )低烯烴汽油含氧化物、飽和烴、烯烴、環烷烴及芳香烴( O-PONA)測定法 (氣相層析法)Method of test for oxygenates and paraffin , olefin , naphthene , aromatic( O-PONA) hydrocarbon types in low-olefin spark ignition
2、engine fuels by gas chromatography 1. 適用範圍 1.1 本標準規定使用多維 管柱系統 (Multi-dimensional)氣相層析儀來測定低烯烴汽油中的含氧化物( oxygenates)、飽和烴( paraffins)、烯烴( olefins)、環烷烴( naphthenes)及芳香烴( aromatics)之含量。每一碳氫化合物之種類將以碳數或至 C10的某一類型的總含量報告,但烯烴除外,因其僅能報告至 C9。對於較高沸點的碳氫化合物不能以碳氫化合物的類型來報告,而是以混合群組表示。至於單一碳氫化合物或碳數類型的偵測極限為 0.05 mass %。雖然
3、 C9和 C10的芳香烴訊號有可能重疊,但是芳香烴的總含量是正確的;異丙基苯係從 C8芳香烴分離,但被歸類在 C9芳香烴;萘則是歸類至 C11+。 1.2 本標準適用於總烯烴含量範圍 0.05 13mass %之分析。此試驗可做為樣品中烯烴含量之分析,但烯烴含量 C4不能超過 0.6 %、 C5不能超過 4.0 %或 C4和 C5總和不能超過 4.5 %。雖然本標準僅對苯濃度範圍在 0.3 1.0 mass%做精密度測定,但本標準可使用於苯濃度高達 5.0 mass%之測定。 1.3 本標準非用於測定個別的碳氫化合物成分,除非在某一碳數的碳氫化合物類型僅有一種成分存在下。可個別測得的碳氫化合物
4、有苯、甲苯、環戊烷、丙烷、丙烯和環戊烯。 1.4 本標準之精密度資料係於樣品含有 甲基第三丁基醚 (MTBE)所獲得。如將本試驗應用至測定其它的含氧化物時,則須在使用者的實驗室中予以確認。由於甲醇無法測試,所以應以其他合適的含氧化物試驗方法測定之,如參閱 CNS 14297汽油中醚類與醇類測定法(氣相層析法)或 CNS 14627汽油中含氧化物試驗法(氣相層析 氧選擇性火焰 離子化偵測法)。甲醇於完全分解下並不會干擾本試驗其他成分或群組的測定。 1.5 雖然本標準之標題表示僅符合含氧化物的汽油測定用,但是亦可使用於其他相近沸點範圍的輕油或重組油的測定。 備考 1. 本標準採用 SI 單位,括弧
5、內的單位及數值僅供參考。 2. 本標準要旨不在強調有關使用它時 的所有安全問題。使用者應建立適用之安全 衛生之操作準則,並且在使用之前能決定規則範圍之應用性。對特定之危害聲明參閱各節相關的備考。 2 CNS 14831, K 61104 2. 用語釋義 2.1 含氧化物:含氧的有機化合物,可用作燃料或燃料添加劑,例如:某些醇與醚物質。 2.2 氫化反應:藉由觸媒反應加氫氣到烯烴分子的製程。當樣品中的烯烴與鉑金屬於 180且在氫氣環境下接觸時,氫化反應就會進行,能使烯類轉變成相同碳數結構之飽和碳氫化合物。 2.3 捕捉器( trap):一種使用於選擇性捕捉測試樣 品中特定部分(如個別的或群組的碳
6、氫化合物或含氧化物),且可藉由改變溫度釋放保留的成分之裝置。 2.4 ETBE:乙基第三丁基醚( ethyl-tert-butylether)。 2.5 MTBE:甲基第三丁基醚( methyl-tert-butylether)。 2.6 TAME:第三戊基甲基醚( tert-amyl-methylether)。 3. 方法概要 3.1 將一個具有代表性的樣品注入至具電腦控制之氣相層析儀系統中,此系統係由切換閥、管柱和烯烴氫化觸媒組成,且所有操作在各種不同溫度下進行。在預設時間下切換閥,以引導部分樣品到適當的管柱和捕捉器中。在分析過程中,管柱會將導入的樣品依據不同碳氫化合物型態之群組沖提至火焰
7、離子偵檢器。 3.2 每一被偵測之化合物或碳氫化合物群組,將藉由應用回應因子與偵測波峰訊號面積之關係並且正規化 (normalization)到 100%,計算其質量百分比濃度。 3.2.1 含有甲醇或其他含氧化物的樣 品則不適用本標準,而是將測定所得的碳氫化合物含量經正規化至 100 %後,扣除由其它試驗法 (參閱 CNS 14297 或CNS 14627)所分析出之含氧化物的值。 3.2.2 如欲獲得每一被偵測化合物或 碳氫化合物群組的體積百分比濃度,則須應用測定的樣品密度與偵測波峰 訊號的質量百分比濃度之公式計算,接著再正規化到 100%。 4. 意義及應用 4.1 了解低烯烴汽油的組成
8、將對法規要求、製程控制和品質保證有相當的幫助。 4.2 低烯烴汽油的烯烴與其他碳氫化合物種類 之定量分析,必須符合政府法規要求。 4.3 本標準不適用於 M85 及 E85 燃料,因為這些燃料個別含有 85%的甲醇和乙醇及 15%汽油。 5. 干擾 5.1 部分含硫化合物對烯烴捕捉器為一種不可逆的吸附,進而減少捕捉器捕捉烯烴的能力。有些含硫化合物同 樣也會吸附於醇類與醚 -醇 -芳香烴捕捉器中,然而已被分析的各種汽油對這些捕捉器並無重大性能損害。 5.2 用於區分低烯烴汽油等級和種類的一般染料,並未發現會干擾本試驗方法。 5.3 用於低烯烴汽油的一般清淨添加劑,並未發現會干擾本試驗方法。 5.
9、4 在低烯烴汽油中的溶解水,並未發現會干擾本試驗方法。 3 CNS 14831, K 61104 圖 1 典型的儀器構造圖 備考: 閥 V4 及分子篩 5A 捕捉器為非必要裝置,但本標準之精密度資料測定儀器則是包含上述裝置。 6. 儀器裝置 6.1 用以得到第 13 節所述之精密度資料的完整系統,係由一組電腦控制的氣相層析儀、自動樣品注射器及經特殊修改的硬體設備所組成的。這些經特殊修改的硬體設備包含管柱、捕捉器、氫化器及控制閥,將在本節及第 7 節說明之。圖1 為典型的儀器構造圖 (請參閱第 7.4 節備考 )。其他的設計架構元件或條件,只要能達到所需要的成分分離效果,及能得到本標準精密度表列
10、上之精密度要求或更好者,都能接受。 6.2 氣相層析儀:能夠於特定的溫度下等溫操作、裝有可加熱汽化注射阜(填充管柱注射阜)、火焰離子偵檢器、必要的流量控制器和電腦控制系統。 6.3 樣品注入系統:自動液體樣品注射器,能夠注射 0.1 0.5L 的液體體積。所注入的樣品總量須完全引入層析系統中,因此排除使用分流注射阜或利用載氣吹驅的注射阜墊片。建議可選擇使用自動注射器。 6.4 氣體的流量與壓力控制器:必須具有適當精密度的流量與壓力控制器,以便能提供氦氣到層析系統、氫氣到氫化器、及氫氣和空氣至火焰離子偵檢器的氣體之流量與壓力具再現性。另外亦必須適當地控制空氣流量,做為冷卻特殊系統元件及自動閥操作
11、用。 載氣,氦氣 冷卻空氣 極性管柱載氣,氫氣 EAA 捕捉器氫化觸媒 載氣,氦氣火焰離子偵檢器分子篩13X 管柱 分子篩5A 捕捉器冷卻空氣 醇類 捕捉器 注射阜非極性管柱烯烴捕捉器管柱 4 CNS 14831, K 61104 6.5 電子式資料獲得系統:至少應滿足下列規定(參閱第 6.5.6 節備考)。 6.5.1 每次分析 150 筆波峰訊號之解析能力。 6.5.2 利用回應因子可求得正規化面積百分比。 6.5.2.1 可計算在特定滯留時間餾出的個別成分或群組之波峰訊號面積總和。 6.5.3 具消除雜訊的能力。 6.5.4 具備對快速訊號小於 0.5 秒的取樣速度(為得到 10 個取樣
12、點的波峰必須大於 20Hz) 6.5.5 對於窄和寬波峰訊號之寬度偵測。 6.5.6 視需要具備波峰訊號垂直切劃及正切的切割功能。 備考:所提供的標準軟體基本上符合要求。 6.6 系統元件之溫度控制器:每支分離管柱、捕捉器、氫化觸媒、管柱轉動閥與樣品管路均需獨立溫度控制。所有與樣品接觸之系統元件都必須保持在避免樣品凝結的溫度下。表 1 列出系統元件和操作的溫度範圍。有些元件需要恆溫操作、有些則需要快速升溫與降溫,但無論如何都必須具備再現性的溫度程控要求。一般的控制器皆具溫度指示功能;另外所使用的控制系統須有能力將溫度控制在符合系統指定的特定溫度 20。溫度控制可以符合表 1 需求的任何設備皆可
13、。 備考: 本標準第 13 節的精密度資料係以表 1 所列的系統元件和操作溫度及第7 節對分析儀之特殊規定獲得。其他管柱和捕捉器只要能滿足分離性能的要求亦可使用,但可能需要不同的溫度。 表 1 系統元件之溫度控制範圍 元件 典型操作溫度範圍, 最大加熱時間,分鐘 最大冷卻時間,分鐘醇類捕捉器 60 280 2 5 極性管柱 130 恆溫 非極性管柱 130 恆溫 烯烴捕捉器 120 280 1 5 分子篩 13X 管柱 90 430 溫度程控, 10C /min. Porapak 管 柱 130 140 恆溫 醚醇芳香烴捕捉器 70 280 1 5 氫化觸媒 180 恆溫 管柱切換閥 130
14、恆溫 樣品管路 130 恆溫 5 CNS 14831, K 61104 6.7 閥件、管柱與捕捉器的切換:建議使用自動、轉動式的閥。閥應適用於氣相層析儀使用且符合下列需求。 6.7.1 閥件須能夠在避免樣品凝結的溫度下連續操作。 6.7.2 在分析條件下, 閥件構成之物質必須不能與樣品產生反應,不銹鋼、 PFA和 Vespel 都可以使用。 (PFA 及 Vespel 為商品名 ) 6.7.3 閥件內部空間要小,但在分析條件下不會對於載氣的流量造成限制。 6.8 閥件、空氣:管柱和捕捉器冷卻使用控制加壓空氣;閥件則建議使用自動閥。 備考: 新的閥件、管路、觸媒、管柱、捕捉器與其他會與樣品或氣體
15、接觸的部分,於使用前應根據製造商建議方式予以調適化 (conditioning)。 6.9 氣體純化器:從氦氣移除水氣與氧氣;從氫氣中移除碳氫化合物與水氣;從空氣中移除水氣與碳氫化合物。 7. 試劑與材料 7.1 壓縮空氣:總碳氫化合物與水含量個別都小於 10 mg/kg。 備考:警告 -高壓下之壓縮氣體,可助燃。 7.2 氦氣:純度 99.999 %,水含量小於 0.1 mg/kg。 備考:警告 -高壓下之壓縮氣體。 7.3 氫氣:純度 99.999 %,水含量小於 0.1 mg/kg。 備考:警告在高壓下為極易燃之氣體。 7.4 管柱、捕捉器與氫化觸媒(系統元件):本試驗須使用 4 根管柱
16、、 2 個捕捉器及 1 個氫化觸媒(參閱第 6.6 節備考),每一個系統元件皆能參閱第 6.6 節與表 1 所述之獨立溫度控制。在系統中各元件的位置參閱圖 1,以下列舉元件及其用於判斷適用性的指導方針。 備考: 圖 1 顯示多出一根額外的捕捉器,分子篩 5A,及轉動式閥件 V4,這是在分析 O-PONA 時不需要的。其出現在圖 1 是為量測得本試驗之精密度資料。另外此額外的裝置亦可用於超出本標準測定範圍之更詳細的分析,如異 -正烷烴與異 -正烯烴測定分析,但於本標準中並無有關的統計試驗資料可供參考。 7.4.1 醇類捕捉器:在溫度範圍 140 160,且當樣品注射後的前 2 分鐘內,此捕捉器必
17、須沖提出苯、甲苯、 所有烷烴、烯烴、環烷烴和醚類,但會滯留C8+芳香烴、所有醇類及其他樣品中之成分。 7.4.1.1 當捕捉器在逆向吹趨,溫度為 280,所有在第 7.4.1 節所述的滯留成分將會沖提出。 7.4.2 極性管柱:在溫度 130,當樣品注射後的前 5 分鐘內,管柱捕捉住樣品中所有芳香烴成分的時間要比 沸點低於 185的所有非芳香烴成分沖提出的時間還長。 7.4.2.1 此管柱必須在樣品注入後的 10 min 內讓苯與甲苯沖提出。 7.4.2.2 當管柱逆向吹趨的 10 分鐘內,必須將第 7.4.2 節所述之所有滯留的芳香烴成分沖提出。 6 CNS 14831, K 61104 7
18、.4.3 非極性管柱:在 130,此管柱必須將沸點 200以下之芳香烴依碳數沖提出並分離之。高沸點的飽和烴、環烷烴與芳香烴被逆向吹趨沖提出。 7.4.4 烯烴捕捉器:在溫度 120 170範圍內,於樣品注入後,捕捉器必須能滯留樣品中的所有烯烴成分至少 10 分 鐘,且 在 10 分鐘內沖提出非烯烴成分。 7.4.4.1 在 280下,捕捉器必須能完全將滯留其中的烯烴沖提出。 7.4.5 分子篩 13X 管柱:當管柱溫度由 90程式昇溫至 430,且昇溫速率為 10 /min,管柱會依碳數將飽和烴與環烷烴分離。 7.4.6 Porapak 管柱:在 130 140下,管柱會將個別的含氧化物、苯和
19、甲苯分離。 7.4.7 醚 -醇 -芳香烴 (EAA)捕捉器:在溫度 130 140範圍內,捕捉器會滯留樣品中的所有醚類成分且在注入樣品後之起始 6 分鐘內,將沸點高於 174且非醚類成分沖提出來。 7.4.7.1 在 280下,捕捉器必須能完全將滯留其中的成分沖提出。 7.4.8 氫化觸媒 (Pt):在溫度 180及輔助氫氣流量於 142 mL/min 條件下,觸媒會等量且無裂解地將所有烯烴氫化飽和成相同結構的飽和烴。 7.5 測試混合物:使用三類的純碳氫化合物和含氧化物摻配混合而成,做為確認所有儀器元件、溫度和切換時間能滿足產生正確分析所須,且可輔助做為當管柱與捕捉器使用狀況之操作調整用。
20、每一種使用於測試混合物的成分,其純度須大於 99 %,實際的濃度並不嚴謹要求但必須確實了解。 7.5.1 系統確認測試混合物:使用於 監視和系統操作之調整。組成與其約略濃度列於表 2。 參考:混合物可 經由購買或根據 ASTM D4307Practice for preparation of liquid blands for use as analytical standard 製備而得。 7 CNS 14831, K 61104 表 2 系統確認測試混合物 成分 約略濃度, mass% 環戊烷 1.5 正戊烷環己烷 2.0 2,3-二甲基丁烷 2.0 正己烷 2.0 1-己烯 1.5 甲基
21、環己烷 3.5 4-甲基 -1-己烯 1.5 正庚烷 3.0 1-順 -2-二甲基環己烷 4.5 2,2,4-三甲基戊烷 4.0 正辛烷 4.0 1-順 -2-順 -4-三甲基環己烷 3.5 正壬烷 3.0 正癸烷 3.5 正十一烷 2.0 正十二烷苯 2.5 甲苯反 -十氫化萘 3.5 正十四烷 2.0 乙基苯 3.5 鄰 -二甲苯 3.0 丙基苯 3.5 1,2,4-三甲基苯 3.0 1,2,3-三甲基苯 2.0 1,2,4,5-四甲基苯 2.0 五甲基苯 25 乙醇 5.0 第三丁醇 4.0 甲基第三丁基醚 8.0 乙基第三丁基醚 3.0 甲基第三戊基醚 5.0 群組合計 飽和烴 29.
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