3. Методы исследования легкокипящих углеводородов нефтей.
Нефть
В зависимости от оборудования в лаборатории и от задач проводимого исследования процесс определения индивидуального углеводородного состава фракции может проводиться двумя способами. Первый включает в себя процесс разделения нефти на соединения, предварительно обезвоженной и очищенной от механических примесей. А второй способ заключается в определении углеводородного состава непосредственно из уже выделенной вакуумной перегонкой бензиновой фракции (см рис 2).
Определение индивидуального углеводородного состава бензиновой фракции (жидкостная хроматография)
Удаление механических примесей, обезвоживание нефти
Сухая нефть
Атмосферно-вакуумная перегонка нефти на температурные фракции
Фракция с tкип до 200 °C (бензины)
рис 2. схема исследования индивидуального состава бензиновой фракции нефтей
Хроматография - метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на распределении вещества между двумя фазами. Одна из этих фаз неподвижная, с большой поверхностью, а другая газ или жидкость, проходящие через неподвижную фазу. Понятие «газовая хроматография» объединяет все методические варианты хроматографии, в которых подвижная фаза газообразна. [Чалая, Каширцев, 1997].
Рассмотрим подробней схему хроматографа и процесс обработки пробы.
рис. 3. Схема лабораторного газового хроматографа (Чалая, Каширцев, 1987).
1-баллон с газом носителем, 2-игольчатый вентиль, 3-регулятор потока газо-носителя (дроссель), 4-дозирующее устройство, 5-колонка, 6-термостат, 7-ротаметр, 8-детектор, 9,10-системы для подачи газов в детектор, 11-электронный блок обработки сигнала,12-самописец.
Хроматограф состоит из нескольких блоков (см. рис 3) , плотно контактирующих друг с другом. Все они блоки предназначены для проведения исследования в наиболее оптимальном режиме хроматографического разделения смеси с целью определения состава.
В качестве газа-носителя в хроматографии используют инертный газ (чаще всего гелий, иногда водород), который находится в сжатом состоянии в специальном баллоне. При анализе бензинов дозатором является шприц с пробой, который не подключен к баллону с газом. С помощью него проба вводится в испаритель. Жидкая проба, смешиваясь с газом испаряется. Далее поток газа-носителя переносит смесь в колонку, где происходит разделение смеси на отдельные компоненты. Колонка может быть изготовлена из спиралевидной или прямой трубки. Материал для изготовления колонки разнообразен. Это может быть либо закаленное стекло или же кварц. В 70х годах использовали тонкостенные кварцевые капиллярные колонки. В газожидкостной хроматографии используется капиллярная колонка. Диаметр такой трубки очень мал и варьирует от 0,05-0,35мм. Точность разделения смеси зависит от диаметра. Длина же в сотни раз больше диаметра и составляет до 50-100 метров. Для анализов бензиновой фракции нефти в наши дни используется колонка изготовленная из стекла, так как оно обладает наименьшей адсорбционной и каталитической активностью. В колонке компоненты пробы распределяются между газом-носителем и жидкой неподвижной фазой, образуя отдельные зоны. Газ-носитель выносит эти зоны из колонки и детектором производится их регистрация, устройством дающим информацию о пробы и преобразующим его в электрические сигналы. Эти сигналы обрабатываются и записываются в виде хроматограммы автоматически. Хроматограмма это графическое изображение результатов хроматографического анализа в координатах сигнал детектора – время. В зависимости от поставленных задач, определяется четкость разделения на пики. Это может быть как подробный анализ, так и поверхностное определение максимальных пиков. В случае качественного анализа главным критерием будет являться полное отсутствие искажения удерживаемого объема исследуемой вещества, за счет соседних компонентов. В случае количественного анализа четкость разделения должна быть такой, чтобы эти значение не искажались вследствие взаимного перекрывания зон. Такой анализ проводится на основе площадей или высот хроматографических пиков [Чалая, Каширцев, 1987]. Ниже представлен пример хроматограммы бензиновой фракции (см. рис 4).
Рис 4. пример хроматограммы бензиновой фракции.
Метод газожидкостной хроматографии в настоящее время имеет достаточно широкую область применения. Данный метод обладает рядом значительных преимуществ перед другими методами, что склоняет ученых к использованию именно газожидкостной хроматографии. Жидкостная хроматография является наиболее удобным способом разделения и проведения количественного и качественного анализа соединений.