Characterization of Nitrogen and Sulfur Compounds in Hydrocracking Feedstocks by Fourier Transform Ion Cyclotron Mass Spectrometry
Caractérisation par spectrométrie de masse par résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier des composés azotés et soufrés dans les charges d'alimentation d'hydrocraquage
Research & Development Center, Saudi Aramco, PO Box 62, 31311 Dhahran, Kingdom of Saudi Arabia
Corresponding author: adnan.hajji@aramco.com
Advanced characterization of two heavy hydrocracking unit feedstocks, Heavy Vacuum Gas Oil (HVGO) and De-Metallized Oil (DMO), both derived from Arabian Light crude oil, was performed using High Resolution Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry (FT-ICR MS) to gain in-depth information on their aromaticity characteristics and heteroatom content, i.e., sulfur- and nitrogen-compounds. In order to obtain chemically utilizable information, each individual mass signal in the high resolution mass spectra was linked to its underlying elemental composition, the relevant double bond equivalent (aromatic properties), and carbon number. The DMO differs from the VGO in the N-, and S-species distribution patterns. The DMO contains heavier and more condensed aromatic species than the HVGO. Species with up to three sulfur- and up to two nitrogen-atoms per molecule were found in both feedstocks. Nitrogen is present in both feedstocks in pyrrole- and pyridine-structures. Besides, numerous mono-, di-, and trisulfur species and acridines and carbazoles that contain 1 to 3 additional sulfur atoms in the same molecule were found in both feedstocks.
Résumé
Une caractérisation poussée de deux charges d'alimentation en unités d'hydrocraquage lourdes, le gasoil lourd sous vide (Heavy Vacuum Gas Oil; HVGO) et le pétrole démétallisé (De-Metallized Oil; DMO), dérivées toutes deux de pétrole brut Arabian Light, a été réalisée par spectrométrie de masse par résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier à haute résolution (Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry; FT-ICR MS) afin d'obtenir des données approfondies sur leurs caractéristiques d'aromaticité et leur teneur en hétéroatomes, c'est-àdire en composés azotés et soufrés. Pour obtenir des données chimiquement utilisables, chaque signal massique individuel des spectres de masse à haute résolution a été relié à sa composition élémentaire sous-jacente, à l'équivalent de doubles liaisons pertinent (propriétés aromatiques) et au nombre de carbones. Le motif de distribution des espèces N et S du DMO est différent de celui du VGO. Le DMO contient des espèces aromatiques plus lourdes et plus condensées que le HVGO. Des espèces comportant jusqu'à trois atomes de soufre et deux atomes d'azote par molécule ont été trouvées dans chacune des deux charges d'alimentation. L'azote se trouve dans des structures pyrrole et pyridine dans les deux charges d'alimentation qui comprennent en outre de nombreuses espèces mono-, bi- et tri-sulfurées ainsi que des acridines et des carbazoles contenant de 1 à 3 atomes de soufre supplémentaires dans la même molécule.
© IFP, 2008