New Developments in Mass Spectrometry for Group-Type Analysis of Petroleum Cuts (First Part)

Nouveaux développements en spectrométrie de masse pour l'analyse quantitative par famille chimique des coupes pétrolières (Première partie)

Institut Français du Pétrole

Corresponding author: anne.fafet@ifp.fr

Abstract

Characterization of petroleum cuts constitutes a necessary stage to perfect understanding of the reaction mechanisms and to the description of the kinetics of certain refining processes such as hydrotreating or catalytic cracking. Mass spectrometry (MS), thanks to group-type quantitative analysis methods, enables to access detailed description of complex hydrocarbon mixtures such as middle distillates or heavy cuts such as vacuum distillates. But these methods are also subject to some drawbacks and we shall expose, thereunder, two examples of improvements. In a first part, the accuracy of MS quantification of thiophenic sulphured compounds in middle distillates is studied by intertechnique comparison with the results obtained by gas phase chromatography coupled to sulphur-specific detection by chemiluminescence (GC/SCD). Improving on the MS method is suggested. In the second part, a new system for introducing the sample in the spectrometer source, dedicated to group-type analysis of heavy cuts is described. Its validation, by comparison of the MS results to those of liquid chromatography (LC) as well as its performances, is exposed.

Résumé

La caractérisation des coupes pétrolières est une étape indispensable à la compréhension des mécanismes réactionnels et à la description de la cinétique de certains procédés de raffinage comme l'hydrotraitement ou le craquage catalytique. La spectrométrie de masse (SM), grâce aux méthodes d'analyse quantitative par famille, permet d'accéder à une description détaillée des mélanges complexes d'hydrocarbures que sont les distillats moyens ou les coupes lourdes comme les distillats sous vide. Mais ces méthodes présentent certaines limitations et nous exposons ici deux exemples d'amélioration. Dans une première partie, la justesse de la quantification par SM des composés soufrés thiophéniques dans les distillats moyens est étudiée par comparaison intertechniques avec les résultats obtenus par chromatographie gazeuse couplée à une détection spécifique du soufre par chimiluminescence (CG/SCD). Une amélioration de la méthode SM est proposée. La seconde partie présente la description d'un nouveau système d'introduction de l'échantillon dans la source du spectromètre, dédié à l'analyse par famille des coupes lourdes. Nous exposons sa validation, par comparaison des résultats de SM avec ceux de la chromatographie liquide (CL), ainsi que ses performances.