Decomposição assistida por radiação micro-ondas e ultravioleta para posterior determinação de níquel, vanádio e enxofre em coque de petróleo

The presence of Ni, V and S in petroleum coke is undesirable because can cause poisoning in catalysts used in refining processes and problems during the coke burning such as SOX emissions, abrasion and fouling of the combustion chambers. Considering the impact caused by these contaminants, it becomes necessary to determine impurities such as Ni, V e S in petroleum coke. In this work, a method for the determination of Ni, V and S in petroleum coke by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES) after microwave-assisted UV digestion (MW-UV-AD) was proposed. The decomposition of petroleum coke by MW-UV-AD was performed using an electrodeless discharge lamps, positioned inside quartz vessels, which were initiated and maintained by the microwave field. The following conditions for the decomposition of petroleum coke by MW UV-AD were evaluated: HNO3 concentration (1, 4, 7, 10 and 14.4 mol L-1), volume of H2O2 (30%, 1 and 3 mL) sample weight (100, 250 and 500 mg), heating time program (40 and 60 min) and the use of ultraviolet (UV) radiation lamps. In all tests, the solution volume was kept in 15 mL. By using solution (4 mol L-1 HNO3 or higher) the agreement to reference values was better than 98% for Ni, V and S. Reference values were obtained by decomposition of petroleum coke by microwave-induced combustion and further determination of Ni, V and S by ICP OES. With the use of UV lamp and HNO3 4 mol L-1 with 3 mL H2O2 was possible to decompose up to 500 mg of petroleum coke (60 min of heating, residual carbon content, RCC < 21%). The results were in agreement better than 96% for Ni, V and S compared to the reference values. Using UV lamps lower RCC values were obtained when compared to those without UV lamps. The accuracy of the proposed method was evaluated by the decomposition of certified reference material (NIST 2718, Green Petroleum Coke) and the results were better than 96% for all analytes. The limits of quantification using 500 mg of sample were 0.62, 0.39 and 25.4 μg g -1 for Ni, V and S, respectively. The combination of microwave heating with UV was considered suitable for the decomposition of petroleum coke, using only diluted solution HNO3 and H2O2. A presença de Ni, V e S no coque de petróleo é indesejável, pois pode causar envenenamento em catalisadores utilizados em processos de refino, além de provocar problemas durante a queima do coque (emissões de SOX), escoriações e incrustações nas câmaras de combustão. Tendo em vista o impacto causado pela presença destes contaminantes, torna-se necessária a determinação de Ni, V e S no coque de petróleo. No presente trabalho é proposto um método de decomposição assistida por radiação micro-ondas e ultravioleta (MW-UV-AD) para a posterior determinação de Ni, V e S por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES). A decomposição de coque de petróleo por MW-UV-AD foi feita utilizando uma lâmpada de descarga sem eletrodos, inserida no frasco de decomposição, a qual é ativada pela radiação micro-ondas. Foram avaliadas as seguintes condições para a decomposição de coque de petróleo por MW-UV-AD: concentração da solução de HNO3 (1, 4, 7, 10 e 14,4 mol L-1), volume de H2O2 (30%, 1 e 3 mL), massa de amostra (100, 250 e 500 mg), tempo do programa de aquecimento (40 e 60 min) e o uso das lâmpadas de emissão de radiação UV. Em todos os testes, o volume da solução foi mantido em 15 mL. Os resultados obtidos para a decomposição empregando solução de HNO3 4 mol L-1 ou concentrações maiores, apresentaram concordância superior a 98% para todos os elementos estudados em relação aos valores de referência. Esses valores de referência foram obtidos pela decomposição do coque de petróleo por combustão iniciada por micro-ondas e determinação de Ni, V e S por ICP OES. Com o uso da lâmpada de emissão de radiação UV e HNO3 4 mol L-1 com 3 mL H2O2 foi possível decompor até 500 mg de coque de petróleo (60 min de aquecimento, teor de carbono residual, RCC < 21%). Os resultados obtidos apresentaram concordância superior a 96% em relação aos valores de referência, para todos analitos estudados. Os testes feitos com a lâmpada de emissão de radiação UV apresentaram menor RCC em relação aqueles sem a lâmpada. A exatidão do método proposto foi avaliada pela decomposição de material de referência certificado (NIST 2718, Green Petroleum Coke) de coque de petróleo e foi obtida concordância acima de 96% para Ni, V e S. Os limites de quantificação, usando 500 mg de amostra, foram 0,62, 0,39 e 25,4 μg g-1 para Ni, V e S, respectivamente. O método de MW-UV-AD foi considerado adequado para decomposição de coque de petróleo, empregando soluções diluídas de HNO3 e com adição de H2O2.