Определение компонентного состава нефтяной фракции методом жидкостно-адсорбционной хроматографии

Цель работы: освоить метод жидкостно-адсорбционной хроматографии для разделения нефтяных фракций на классы.

Объекты исследования

• Негидроочищенный вакуумный газойль;

• Гидроочищенный вакуумный газойль.

Теоретическая часть

При разделении нефтяного сырья жидкостно-адсорбционная хроматография применяется как для рутинного анализа, так и глубокого исследования химического состава нефти и нефтепродуктов:

• определение группового углеводородного состава нефтепродуктов с количественной оценкой содержания основных классов веществ и групп полярных соединений, например для группового разделения углеводородов на алкано-циклоалкановую и ареновую фракции, а также для разделения аренов по степени цикличности и смол по полярности;

• выделения одного или двух наиболее важных для данной фракции классов разделения веществ с целью его последующего исследования;

• препаративное разделение нефтепродуктов на классы или узкие фракции с последующим детальным изучением выделенных групп.

Главными факторами в жидкостно-адсорбционной хроматографии являются взаимодействия с адсорбентом вещества и подвижной фазы. Основой разделения смесей веществ в хроматографии является различная скорость перемещения разделяемых компонентов по слою неподвижной фазы в колонке, реализуемая потоком подвижной фазы.

Линейная скорость их перемещения зависит от их равномерного распределения между несмешивающимися подвижной и неподвижной фазами. В основе адсорбционного разделения лежит концентрирование молекул вещества на границе раздела двух несмешивающихся фаз, молекулы вещества и растворителя конкурируют за место на поверхности адсорбента, следовательно, адсорбция одних сопровождается десорбцией других. Компоненты, молекулы которых находятся преимущественно в подвижной фазе, движутся по хроматографической колонке быстрее компонентов, обладающих большим сродством к неподвижной фазе.

Таким образом, в адсорбционной хроматографии разделение веществ, входящих в смесь и движущихся по колонке в потоке растворителя, происходит за счет их различной способности адсорбироваться на поверхности и десорбироваться с поверхности адсорбента.

Достигаемое при этом разделение зон компонентов обуславливается их различным взаимодействием как с растворителем, так и с адсорбентом. В частности, различная адсорбционная способность даже очень близких по структуре соединений используется в адсорбционной хроматографии.

Ход работы

Материалы и оборудования:

Пробирки, колбы круглодонные (250мл); шприцы одноразовые (10-12мл); стаканы стеклянные (50мл;250мл);цилиндр мерный (100мл); воронка с резинкой на кончике; набивная палочка; колонка стеклянная (50мл); пенициллинки; роторный испаритель; хлороформ; гексан; гексан-толуол (6:1); спирт-толуол (1:1);оксид алюминия (А1₂О₃); силикагель (>0,3 мм).

Подготовка к выполнению работы:

1. Активировать силикагель и Al₂O₃при 150-180°С в течение 3-4 часов.

2. Провести деасфальтизацию путем растворения пробы 40-кратным объемом гексана, раствор оставить на 24 часа в темном месте для осаждения асфальтенов. Далее их отфильтровать и промыть гексаном до отсутствия масляного пятна. Осадок асфальтенов на фильтре смыть горячим бензолом, отогнать растворитель и довести до постоянной массы.

3. Подготовить рабочую поверхность (протереть спиртом).

4. Промыть роторный испаритель отгоном хлороформа, затем отгоном ПЭ, протереть места сцепки колб ваткой, смоченной спиртом.

5. Приготовить рабочие растворы (гексан-толуол; спирт-толуол)

6. Гомогенизировать пробу, добиваясь полного растворения в подходящем растворителе, растворитель не должен превосходить после ПЭ.

7. Растворить мальтены гексаном (1-2мл)

8. Подписать и взвесить пенициллинки.

Подготовка колонки

9. Промыть колонку хлороформом, затем н-гексаном, просушить. В кончик колонки плотно забить вату, на 2-3 см. Насыпать Al₂O₃ (0,5см), засыпать силикагель объемом 45-48 см³(до метки на бюретке 6 мл), простукивая набивной палочкой для равномерного распределения силикагеля. Надеть воронку с резинкой на кончике. Смочить силикагель н-гексаном в объеме 45 мл.

Парафинонафтеновая фракция

10. После того как н-гексан впитался, ввести раствор пробы, омывая пенициллинку шприцем (не допускать пересыхания силикагеля). Масса пробы должна быть такой, чтобы при введении ее в колонку, она не распределилась больше, чем на половину колонки. Когда вся проба впитается в силикагель, добавить н-гексан по 1 мл, 3 раза, затем провести вымывание парафинонафтеновых углеводородов в объеме 56 мл. Элюат собрать в пробирки по 2-3 мл.

Ароматическая фракция

11. В цилиндр налить раствор гексан - толуол (6:1) в объеме 120 мл. После того, как весь гексан впитается, после выделения парафинонафтеновой фракции, добавить раствор гексан-толуол по 1 мл, 3 раза. Провести десорбцию фракции ароматических углеводородов. Элюат собрать в пробирки по2-3 мл.

Смолы

12. В цилиндр налить раствор спирт-толуол (1:1) в объеме 100 мл. После того, как впитается раствор гексан-толуол, добавить раствор спирт-толуол по 1 мл (если пенициллинка после отмывания раствором гексан-толуол осталась грязной, промыть раствором спирт-толуол до того момента, пока раствор над силикагелем не станет прозрачным). Когда смолы опустятся (самое темное место) на 2/3 колонки (46 мл на бюретки), отбор элюата собрать в круглодонную колбу.

13. После завершения процесса деления мальтенов на фракции, четкость разделения и надежность получаемых результатов необходимо проанализировать методом рефрактометрии и формалитовой реакции.

Для элюатов из каждой пробирки измеряют показатель преломления на рефрактометре при 20°С. Далее в соответствии с полученными результатами элеат отнести к группе углеводородов (насыщенные углеводороды, ароматические углеводороды и смолы).

14. Далее провести отгон растворителя на роторном испарителе.

Колбу с фракцией закрепить на роторном испарителе. Для парафинонафтеновой фракции температура бани составляет 42-44°С, для ароматических УВ и смол 52°С. Растворитель отгонять до остатка в3-5 мл, который следует перенести в пенициллиновый флакон (перед этим пенициллиновый флакон нужно промыть хлороформом, просушить и взвесить на весах). Стенки колб промыть тем же растворителем, которым выделяли фракцию (для парафинонафтеновой фракции - гексан, для ароматических УВ и смол-хлороформ). Его также выливают во флакон.

15. Пенициллинки с выделенной фракцией высушить на воздухе до постоянной массы, затем взвесить на весах и рассчитать их содержание на навеску пробы.