三有机热载体国标检测中的红外光谱观察

王骄凌，司荣

(中国特种设备检测研究院 中国锅炉水处理协会，北京 100013)

20 世纪80 年代改革开放以来，我国在各生产领域的动力传输中，高沸点低气压的有机热载体的利用逐渐普及起来［1-4］，弥补了100 ℃之上气态水高压控制要求给相应装置设备和生产安全带来的挑战［5］。新型热载体基本来源为3 类:天然矿物油型，纯化学合成型和天然原料的半合成加工型［6］。然而，高沸点的有机热载体容易被氧化或发生化学反应、容易燃烧以及流动性不及水等，这也同样会给生产过程中带来安全隐患［7］。为此，我国于2009 年颁布了有机热载体的安全使用标准［8］。然而，目前在这类检测中只是限于宏观层面的检测，即通过密度、黏度、闪点、酸值等多项指标最终确定其载体品质是否合格。

为了配合国标的检测工作和更准确和精细地确保各种类型有机热载体产品的质量，本工作尝试将红外光谱技术运用在该类产品的检测中，这里报告对3 个有机热载体的热稳定前后流体进行红外表征结果。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

山东北方淄特特种油股份有限公司生产的热流体(No.1);吴江市梅堰油品厂的矿物型流体(No.2);云浮市新金山生物科技有限公司生产的矿物型热载体(No. 3);溴化钾，光谱级;30 ～60 ℃石油醚等。

AKLY-2(A)热稳定性测试仪;Bruker VERTEX 70 红外光谱仪(OPUS6 软件操作系统)。

1.2 实验方法

将10 mL 流体密封于石英管中，放入可密封的钢制管中，置于热稳定仪样品槽内，300 ～320 ℃加热720 h。自然冷却。取少量样品约(50 μL)，溶于10 mL 民低沸点石油醚中，用滴管滴到KBr 的红外压片上，随即吹风，挥发石油醚溶剂后，进行红外光谱的测试，样品测试前均以纯KBr 压片做背景测试光谱。

2 结果与讨论

3 种热载体样品依据国标的检测结果是No.1合格，其余2 个样品则不合格，测试结果见表1。而对于更为直观的一些指标，如灰分，颜色及变化，沉淀和挥发等标准及测定数据在此省略。

表1 三有机热载体的主要国标测试项目数据Table 1 The major National Standard data for three organic heat fluids

2.1 No.1 样的红外光谱

该热载体热稳定性前后的FTIR 光谱见图1。

图1 样品的热稳定性前后红外光谱Fig.1 FTIR spectra of sample before and after heat stability

由图1 可知，该热载体可能是具有烷基和氨基取代的芳烃类合成型热载体。而从它的热稳定性实验后流体的红外谱图整体的谱带类型基本没有变化，特别是毛刺型状甚至比较新流体更甚，当然也有可能一定程度上其配制测试浓度略较新流体浓度大有一定影响，但是主要的结果是热载体在热稳定性实验后的性质没有发生改变所致。

2.2 No.2 样的红外光谱

它的热稳定性实验前后的FTIR 光谱见图2。

由图2 可知，新鲜样品是矿物油类流体，谱图显著的特点为“毛刺型”状谱峰，而且在高波数处也是“毛刺型”状的强谱带。然而，对于热稳定性实验后，基本的特征强峰基本一样，可“毛刺型”状消失了。这里也只有比较“干净的”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。这就表明热载体的组成分布已经改变了，换言之，流体发生了变质的情况，属于不合格产品，与国标检测项目结果相一致。

图2 样品的热稳定性前后红外光谱Fig.2 FTIR spectra of sample before and after heat stability

2.3 No.3 样的红外光谱

它的FTIR 光谱见图3。

由图3 可知，这个热载体的特点不同于如上流体，热稳定性实验前后均是既没有毛刺型现象出现，也没有吸附和溶解CO2谱带。对于新流体，可以说几乎是典型的矿物油标准红外谱，这些峰值是:2 923.46，2 853.67，1 632.19，1 457.18，1 376.95，721. 50 cm－1。但是实验后的峰值有:3 446. 20，2 923.58，2 853.78，1 632.35，1 461.21，1 376.91，721.84 cm－1，这里突出的是出现了新流体没有的以3 446.20 cm－1为典型峰的宽的较强谱带，这是流体发生了严重氧化导致的。因此，应为不合格产品，与国检项目结果符合。

图3 样品的热稳定性前后红外光谱Fig.3 FTIR spectra of sample before and after heat stability

3 结论

对有机热载体红外检测表明，对于矿物油类产品而言，如果新流体红外谱出现“毛刺型”密集谱带，则它的热稳定实验后流体毛刺型现象是否消失是判断该热载体合格与不合格的重要依据。对于不存在该现象的热载体，则实验流体红外谱在3 446 cm－1附近出现比较强的宽谱带，则表明热载体严重氧化而不合格。

［1］ Lecompte S，Ameel B，Ziviani D，et al.Exergy analysis of zeotropic mixtures as working fluids in organic rankine cycles［J］. Energy Conversion and Management，2014，85:727-739.

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［3］ 施飞虹.有机热载体锅炉及系统设计的几点探讨［J］.工业锅炉，2015(3):43-44.

［4］ 丁志松，李相涛. 有机热载体加装过滤装置的研究［J］.安全，2013(10):7-8.

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［6］ ［日］综合化学株式会社，热载体手册编辑委员会. 载热体手册［M］.北京:中国科学技术出版社，2005.

［7］ 岳勇. 液相有机热载体锅炉应注意的几个安全问题［J］.江苏劳动保护，2005(9):40-42.

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