Лабораторная работа номер 1. Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Химия нефти и газа

• Название: Отчет по лабораторной работе 1 по дисциплине Химия нефти и газа
• Дата: 07.06.2022
• Размер: 441.5 Kb.
• Имя файла: Лабораторная работа номер 1.doc
• Тип: Отчет; #574954

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа природных ресурсов

Направление 21.03.01 Нефтегазовое дело

Отделение нефтегазового дела

Специализация – «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки»
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 1
по дисциплине: Химия нефти и газа
Студент,

группы 2Б11 В. В. Кондратьев

(подпись, дата)
Преподаватель

Ассистент ОНД ИШПР С.Н. Джалилова
_______________

оценка

Томск – 2022

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ГАЗОВ МЕТОДОМ ХРОМАТОГРАФИИ

В настоящее время лидирующее положение при исследовании со­става нефти, конденсатов, нефтепродуктов, природных и попутных га­зов, сжиженного газа получили физико-химические методы анализа, в том числе, хроматография.

Физические основы и аппаратная реализация метода газовой хроматографии

Газовая хроматография как эффективный метод разделения и ана­лиза сложных смесей газов, жидкостей и твердых тел получила широкое признание в 50-х годах нашего столетия и с тех пор непрерывно разви­вается и совершенствуется.

Термин «хроматография» происходит от греческих слов chromatos -цвет, окраска и grapho- пишу, описываю. В 1903-1906 гг. русский уче­ный-ботаник М.С. Цвет в результате экспериментов разделил сложную смесь растительных пигментов из листьев растений при пропускании ее петролейно-эфирного раствора через вертикальную стеклянную колон­ку, заполненную порошкообразным карбонатом кальция. При этом воз­ник ряд окрашенных зон, по числу которых можно было судить о слож­ности состава анализируемой смеси. Пропуская через колонку различ­ные растворители (полярные, неполярные), оказалось возможным регу­лировать степень распределения зон по длине колонки: сдвигать или раздвигать их, тем самым способствуя повышению точности после­дующего качественного и количественного определения. Так была соз­дана жидкостная адсорбционная хроматография.

В дальнейшем в качестве подвижной фазы стали использовать не только жидкость, но также пар или газ.

Любую разновидность хроматографии можно определить как ди­намический метод разделения смеси веществ, основанный на много­кратно повторяющемся процессе перераспределения компонентов меж­ду двумя несмешивающимися фазами, одна из которых является непод­вижной, а другая - подвижной:

• 
  неподвижная фаза - твердый адсорбент или суспензия адсорбента в жидкости, или жидкость, наносимая на поверхность твердого носителя;
  
• 
  подвижная фаза - газ или жидкость, протекающие вдоль слоя не­подвижной фазы.
  
• 
  Понятие (термин) газовая хроматография объединяет все методические варианты хроматографии, в которых подвижная фаза газообразна.
  
• 
  К газожидкостной (распределительной) хроматографии (ГЖХ) от­носятся все методические варианты газовой хроматографии, в которых в качестве неподвижной фазы используется слой жидкости, нанесенный на поверхность твердого носителя (зернистый мелкодисперсный мате­риал или внутренние стенки колонки).
  
• 
  Газоадсорбционная хроматография (ГАХ) включает все методиче­ские варианты газовой хроматографии, в которых неподвижной фазой является активное дисперсное твердое тело (адсорбент); древесный уголь, силикагсль, графитированная сажа и др.
  

Имеется возможность использовать одновременно оба способа в одной колонке, когда в качестве наполнителя применяется так называе­мый модифицированный адсорбент, представляющий собой твердый адсорбент сравнительно небольшой активности, на который нанесена какая-либо жидкость (например, вазелиновое масло) в количестве, недостаточном дня заполнения всей поверхности адсорбента. Жидкость расположится на наиболее активных ее центрах. Такой модифициро­ванный адсорбент обладает в определенной степени свойствами и твер­дого адсорбента и нанесенной жидкости.

В связи с тем, что многочисленные варианты хроматографии в на­стоящее время используются и для решения неаналитических задач, хроматографию в целом можно определить и как «область науки, изу­чающую процессы, основанные на перемещении зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы и связанные с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов».

Принципиальная схема газохроматографического анализа следующая.

Перед началом анализа хроматографическую колонку, содержа­щую неподвижную фазу, непрерывно промывают практически несорбирующимся (инертным) газом. Затем в этот газ-носитель у входа в ко­лонку вводят порцию (дозу) анализируемой смеси компонентов, напри­мер, А, В иС.

Вследствие различий в сорбции или растворимости при движении через слой неподвижной фазы компоненты группируются в зоны, отде­ленные друг от друга инертным газом носителем G(рис. 1, а). Из-за диффузионных процессов в подвижной и неподвижной фазах границы зон размываются, поэтому максимальная концентрация каждого компонента оказывается сосредоточенной в центре зоны. Если на выходе из колонки регистрировать изменение во времени какого-либо физического свойства газового потока (так называемое дифференциальное детектирование), то выходная хроматографическая кривая - хроматограмма - запишется в виде пиков, возвышающихся над нулевой (базовой) линией (рис. 1, 6).



Рис.1. Проявительная газовая хроматография: а - участок колонки с распределением хроматографических зон; б – хроматограмма
Времена выхода компонентов, отсчитываемые от момента ввода пробы до момента регистрации вершины пика, или объемы газа-носителя, затраченные на перенос через колонку каждого компонента, дают качественную характеристику анализируемых веществ. Сопостав­ление площадей (или высот) хроматографических пиков позволяет с вы­сокой точностью выполнять количественные определения.

Одним из недостатков газохроматографического анализа при по­стоянных температуре и скорости газа-носителя является то, что, анали­зируя смесь компонентов, сильно различающихся по характеристикам удерживания, трудно выбрать оптимальные температуру колонки и ско­рость газа-носителя.

При невысокой температуре колонки (или небольшой скорости га­за-носителя) лишь пики первых, как правило, наиболее летучих компо­нентов, будут резко очерчены на хроматограмме. Пики последующих компонентов, вследствие все большего размывания потоком газа-носителя, будут регистрироваться на хроматограмме все более широки­ми и в пределе могут слиться с нулевой линией. Общая продолжитель­ность анализа при этом составит довольно значительное время.

При повышенной температуре колонки или увеличенной скорости газа-носителя четко пропишутся на хроматограмме пики наименее ле­тучих соединений пробы, последними выходящие из колонки. Общее время анализа будет небольшим, однако наиболее летучие (наименее удерживаемые) компоненты выйдут из колонки частично или полно­стью неразделенными.
Принципиальная схема хроматограф

Газовый аналитический хроматограф представляет собой совокуп­ность взаимодействующих систем, предназначенных для проведения анализа в оптимальном режиме хроматографического разделения ис­следуемой смеси с целью определения ее состава.

Газовый хроматограф состоит из следующих основных частей: сис­темы подготовки газа-носителя, дозатора, хроматографической колон­ки, детектора, системы термостатирования.

Принципиальная (функциональная) схема аналитического лабора­торного газового хроматографа представлена на рис. 2.

Газ-носитель из баллона высокого давления 1 через регулятор рас­хода 2, захватив из крана-дозатора или испарителя пробу анализируе­мой смеси, направляется в хроматографическую колонку 5. После ко­лонки газ-носитель вместе с компонентом смеси поступает в детектор 6 и далее - в атмосферу. Детектор преобразует изменение физических или физико-химических свойств бинарных смесей (компонент - газ-носитель по сравнению с чистым газом-носителем) в электрический сигнал, который регистрируется самописцем 7. Температура колонки и детектора поддерживается постоянной термостатами 4.

Современный хроматограф серии «Кристалл» состоит из анали­тического блока и станции управления, контроля и обработки хрома­тографической информации, в качестве которой используется компь­ютер и специальная программа (рис. 3). Один компью­тер может работать в реальном времени с несколькими аналитиче­скими блоками.



Рис. 2. Принципиальная схема газового хроматографа: 1-баллон с газом-носителем; 2-регулятор расхода; 3-место ввода пробы (кран-дозатор, испаритель); 4- термостаты; 5-колонка; 6-детектор; 7- регистратор
Хроматограф полностью автоматизирован, начиная от ввода пробы и заканчивая обработкой хроматографической информации, в т. ч. реа­лизованы функции автоматического регулирования температуры термо­статов, расходов газа-носителя и вспомогатетьных газов, автоматиче­ского поджига детекторов и контроля горения пламени в процессе рабо­ты; измерения сигналов детекторов.


Рис. 3. Хромапюграфический комтекс серии «Кристаллюкс»

Система подготовки газа-носителя

Газ-носитель из баллона загрязнен примесями кислорода, воды и органических соединений. Система детектирования, природа разделяе­мых веществ и неподвижной жидкой фазы предъявляют жесткие требо­вания к чистоте газа-носителя. Незначительные примеси кислорода приводят к изменению характеристик сорбента и изменяют времена удерживания. Поэтому требуется тщательная очистка газа от примесей. Кислород удаляется с помощью катализаторов при комнатной темпера­туре. Молекулярные сита хорошо очищают газ от паров воды. Органи­ческие соединения удаляются активированным углем.

На характеристики удерживания компонента сильное влияние ока­зывает скорость газа-носителя. Чтобы исключить колебания скорости потока во время опыта, хроматографы снабжаются устройствами для стабилизации и измерения скорости газа-носителя. Расход газа устанав­ливают с помощью дросселей. Стабилизация расхода газа осуществля­ется регулятором давления или регулятором расхода.

Точное значение скорости газового потока, проходящего через ко­лонку, необходимо знать для вычисления параметров удерживания. Расход газа-носителя на выходе из колонки периодически измеряют пенным расходомером. Для непрерывного наблюдения за скоростью га­зового потока предусмотрены ротаметры.

Дозирующие устройства

На эффективность разделения влияет величина и способ ввода про­бы в хроматограф. При введении пробы необходимо обеспечить иден­тичность ее состава с анализируемой смесью. Нарушение идентичности может быть вызвано потерей части пробы при введении ее в колонку (например, вследствие испарения), наличием в дозаторе непродуваемых («мертвых») объемов и другими причинами.

Величина пробы выбирается с учетом чувствительности детектора и сорбционной емкости колонки. Объем или масса пробы должны вос­производиться в пределах 1-3 %. Проба должна вводиться в колонку по возможности мгновенно, чтобы уменьшить размывание пиков на хроматограмме и не нарушить установившийся режим хроматографа.

Для дозирования и ввода газообразных смесей применяют краны-дозаторы. Объем сменных калиброванных петель позволяет вводить пробы от 0,1 до 10 мл.

Жидкие пробы вводят в колонку с помощью специальных микро­шприцев через термостойкое резиновое уплотнение испарителя. Объем пробы в зависимости от типа детектора колеблется в пределах 0,1-50 мкл.

Хроматографические колонки

Различают три основных типа аналитических колонок - насадочные (набивные), микронасадочные и капиллярные (рис. 4).

Эффективность работы насадочных колонок зависит от типа и ко­личества жидкой фазы, размера частиц твердого носителя и метода за­полнения колонки.

Капиллярные колонки для ГЖХ представляют собой трубки диамет­ром 0.2-0,5 мм, внутренние стенки которых покрыты тонким слоем жидкой фазы. Длина таких колонок от 10 до 100-200 м. Эффективность капилляр­ных колонок доходит до 1000 теоретических тарелок на метр длины.



Рис. 4. – Хроматографические колонки: а-насадочная колонка, б-микронасадочная, в-капилярная колонка.
Детекторы

Хроматографический детектор - это устройство, предназначенное для обнаружения и количественного определения выходящих из колон­ки в потоке газа-носителя компонентов анализируемой смеси.

В газовой хроматографии чаше используют дифференциальные де­текторы, которые в отличие от интегральных измеряют мгновенную концентрацию компонента в потоке газа-носителя.

В настоящее время создано несколько десятков типов детекторов. В современных хроматографах применяют детекторы, использующие некоторые физические свойства газа, такие как: теплопроводность, плотность, теплота сгорания, способность молекул газа ионизироваться (приобретать электрический заряд) и некоторые другие. Во всех случаях используется различие физических свойств газа-носителя, с одной сто­роны, и компонентов газа, с другой.

Если через детектор проходит только газ-носитель, то детектор не реагирует (его сигнал равен нулю); как только в него начнет по­ступать газ-носитель с каким-либо компонентом анализируемой сме­си, то возникает сигнал, пропорциональный концентрации компонен­та в газе-носителе.

Подчеркнем, что поскольку детектор установлен после хроматографической колонки, то он имеет дело уже не со сложной многокомпонентной смесью, а лишь с чистым газом-носителем или его смесью с одним из компонентов пробы газа.

Один из наиболее широко используемых детекторов - детектор по теплопроводности или катарометр. В нем для обнаружения в потоке газа-носителя компонентов пробы используется различие теплопровод­ности газа-носителя и компонента. Типовая конструкция представляет собой массивный металлический корпус 6 (рис. 5), в котором имеются две камеры: сравнительная 1 и измерительная 2. В них находятся про­волочные или полупроводниковые сопротивления R₂обладающие относительно большими температурными коэффициентами и представ­ляющие собой два плеча схемы моста Уитстона. Камеры детектора включены в газовую схему хроматографа следующим образом: Газ-носитель с постоянной скоростью поступает в сравнительную камеру 1 детектора, откуда проходит через канат крана 3 или через пробоотбор­ный объем 5 в хроматографическую колонку 4 и далее через измери­тельную камеру 2 детектора выходит наружу. Схема моста питается по­стоянным током, но в отличие от традиционных мостовых измерений ток питания схемы велик, в результате чего сопротивления R ₃ и R₂на­греваются и их температура будет выше, чем у окружающих их метал­лических стенок камер. Часть тепла нагретых сопротивлений передается окружающим стенкам, главным образом, благодаря теплопроводности газа-носителя. При постоянных условиях нагрева сопротивлений (по­стоянная величина тока питания детектора), постоянном расходе газа-носителя (поддерживаемым регулятором) и постоянной температуре корпуса детектора (для чего он термостатируется) через некоторое вре­мя в обеих камерах установится тепловое равновесие, при котором со­противления R₃и R₂будут иметь постоянную температуру, превышаю­щую температуру стенок детектора обычно на 30-50 °С. Величина этих сопротивлений будет также постоянной, и установится равновесие из­мерительной схемы моста Уитстона.



Рис. 5.- Принципиальная схема хроматографа с детектором по теплопроводности
Такое равновесие, фиксируемое регистратором в виде «нулевой ли­нии», будет до тех пор, пока все перечисленные факторы будут неизмен­ными, т.е. пока через обе камеры проходит только газ-носитель с опре­деленной, свойственной данному газу, теплопроводностью. В тот мо­мент, когда из колонки выделится первый компонент пробы (например, метан), имеющий другую (пусть в данном случае меньшую) величину теплопроводности, чем газ-носитель, то и смесь его с газом-носителем будет иметь меньшую теплопроводность. Когда смесь попадает в изме­рительную камеру детектора, в ней нарушается тепловой режим, по­скольку меньшее количество тепла будет переноситься новой газовой смесью на стенки камеры детектора. В результате температура данного плеча моста R₂ повысится, а, следовательно, увеличится его сопротивле­ние, и равновесие схемы нарушится (мост разбалансируется), что и за­фиксирует регистратор, как отклонение его указателя. Через некоторое время из колонки вновь будет выходить только газ-носитель, восстанавливая первоначальные условия в измерительной камере. Указатель реги­стратора постепенно вернется в прежнее (нулевое) положение и таким образом на ленте прибора будет записана кривая в виде пика. Выход из колонки следующего компонента пробы (например, этана) создаст такой же характер изменений в измерительной камере и будет записан новый пик (этана) и т.д. до тех пор, пока из колонки не выйдут все составляю­щие исследуемую пробу компоненты. В результате будет записана кри­вая в виде ряда пиков, называемая хроматограммой (рис. 6).



Рис. 6 – Хроматограмма. Идентификация компонентов.

Величина сигнала зависит как от природы компонента, так и от со­держания его в анализируемой смеси. Чем выше концентрация компо­нента, тем больше будет пик, поскольку резче изменятся условия в из­мерительной камере.

Находят применение и другие виды детекторов:

1. 
   Детектор по теплоте сгорания (термохимический), использует эффект теплоты сгорания компонентов анализируемой пробы в присутст­вии катализатора - платинового проволочного сопротивления, являющего­ся одновременно и чувствительным элементом детектора.
   
2. 
   Детектор по плотности газов (денситометрический). В этом де­текторе используется различие плотностей газа-носителя и компонентов анализируемой пробы.
   
3. 
   Пламенно-ионизационный детектор. Ионизация анализируемых веществ происходит в процессе их сгорания в пламени водорода, что вызывает соответствующее возрастание ионного тока.
   

Система термостатирования

Хроматографические колонки, детекторы, испарители работают при определенных температурных режимах.

Выбранная температура колонки должна поддерживаться постоян­ной с погрешностью, не превышающей 0.2 °С.

Точность поддержания температуры детектора зависит от его типа. Для катарометра требуется более стабильное термостатирование, чем для колонки: максимальные колебания температуры не более 0,02 °С. Пламенно-ионизационный детектор может устойчиво работать без спе­циального термостата.

Требуемые температурные режимы колонки, детектора и дози­рующих устройств достигаются помещением их в соответствующие термостаты, управляемые терморегулятором. Если необходимо повышать температуру колонки в процессе анализа, используют программа­тор температуры.

Хроматографы снабжаются воздушными термостатами с вентиля­торами. Термостаты, предназначенные для работы с программировани­ем температуры, имеют меньшую теплоемкость, так как должны быстро прогреваться при ограниченной мощности нагревателей.

Программирование температуры

Программирование температуры колонки применяется при анализе сложных смесей с широким диапазоном температур кипения (более 100 К). Общее время анализа значительно сокращается по сравнению с работой в изотермическом режиме.

Чаще всего используется линейный закон (постоянная скорость по­вышения температуры) или линейно-ступенчатый режим, при котором участки повышения температуры чередуются с изотермическими сту­пенями. Система программирования обеспечивает скорости нагрева от 0,5 до 25 °С/мин.

Линейное программирование осуществляется с помощью электро­двигателя, изменяющего сопротивление потенциометра задания темпе­ратуры и одновременно поворачивающего температурную шкалу про­грамматора. Необходимая скорость нагрева достигается установкой со­ответствующего питания двигателя программатора.

Термостаты и терморегулятор с программатором составляют сис­тему термостатирования, в которую может также входить устройство для измерения температуры.

Регистрация результатов анализа

Сигнал детектора, преобразованный усилителем, записывается в виде хроматограммы автоматическим регистратором: дисплеем или потенциометром. Обычно регистрируется зависимость величины сигна­ла детектора от времени. Хроматограмма природного горючего газа, полученная на хроматографе серии «Кристалл», приведена на рис. 7.



Рис. 7 – Хроматограмма природного горючего газа

На хроматограмме одному компоненту всегда будет соответство­вать один пик. Однако нельзя сказать, что одному пику всегда соответ­ствует только один компонент. Если из колонки одновременно выдели­лись два компонента (не разделившись), то они также зарегистрируются в виде одного пика.

Газ-носитель

Природа газа-носителя оказывает влияние на работу детектора и характеристики колонки. Кроме обеспечения высокой чувствительно­сти детектора, газ-носитель должен быть инертным по отношению к разделяемым веществам и сорбенту, иметь небольшую вязкость для поддержания минимального перепада давления на колонке, быть взрывобезопасным и достаточно дешевым.

Детектор по теплопроводности измеряет различие в теплоопроводности чистого газа-носителя и смеси газа-носителя с веществом, выхо­дящим из хроматографической колонки. Поэтому наибольшая чувстви­тельность может быть получена в том случае, когда теплопроводность анализируемого вещества сильнее отличается от теплопроводности га­за-носителя. Большинство органических веществ имеют низкую тепло­проводность и для их анализа целесообразно использовать газы-носители с возможно более высокой теплопроводностью. Такими газами являются водород и гелий, но на практике водород ввиду его взрывоопасности применяется значительно реже гелия. Так как гелий является довольно дефицитным и дорогим газом, а работа с водородом небезопасна, в некоторых случаях в качестве газов-носителей могут ис­пользоваться азот, аргон, углекислый газ или воздух. Однако характери­стики детектора по теплопроводности (чувствительность, линейность) при работе с этими газами значительно ухудшаются. Кроме того, при анализе веществ с большей теплопроводностью, чем у газа-носителя, появляются отрицательные пики.

Теплопроводность газов зависит от подвижности их молекул. Ско­рость молекул является функцией молекулярного веса: чем меньше мо­лекула, тем больше ее скорость и тем выше теплопроводность газа. По­этому водород и гелий, имеющие наименьшие размеры молекул, обла­дают самой большой теплопроводностью.

Неподвижная фаза

Эффективность хроматографического разделения во многом зави­сит от выбора неподвижной фазы. Правильный выбор неподвижной фа­зы, в свою очередь, зависит от природы анализируемого вещества. При выборе стационарной фазы следует учитывать, что неполярные вещест­ва обычно лучше разделяются на неполярных фазах. Сильное влияние на качество разделения оказывают водородные связи, которые возника­ют между анализируемым веществом и жидкой фазой. На процесс раз­деления влияют и донорно-акцепторные связи.

Таким образом, основным фактором, определяющим качество раз­деления, является правильный выбор неподвижной фазы.

В газоадсорбционной хроматографии в качестве стационарной фазы широко применяются пористые полимеры (в виде шариков) – полисорбы, молекулярные сита, активированный уголь, оксид алюминия, силикагель.

К неполярным сорбентам относят активированный уголь, различные сорта которого отличаются размерами пор. Силикагель, оксид алюминия, молекулярные сита применяют как полярные адсорбенты. Сополимеры стирола и дивинилбензола (полисорбы) подразделяют на сорбенты средней полярности и неполярные (за рубежом аналогичные адсорбенты выпускаются под названием порапаки).

В газожидкостной хроматографии неподвижной фазой служит жидкости, нанесенная на твердый носитель, который должен отвечать определенным требованиям: быть химически инертным, термостойким, механически прочным и не обладать адсорбционной активностью. Число рекомен­дуемых жидких фаз в настоящее время очень велико: несколько сот. В це­лях систематизации жидкие фазы поделены на 14 классов. К важнейшим неподвижным фазам относятся: сквалан, апиезоны. силиконовые масла, си­ликоновые смазки, производные углеводородов и др. Оптимальная жидкая фаза, как правило, подбирается опытным путем.

Наличие большого количества наполнителей колонок делает хроматографический метод анализа газов в значительной степени универ­сальным. В настоящее время имеется возможность проводить по этому методу анализы очень большого количества веществ (сильно отли­чающихся по своим физическим свойствам), начиная с легких газов (например, водород, кислород, азот), до тяжелых углеводородов с количеством углеродных атомов выше 30.

При работе с жидкими (при стандартных температуре и давлении) углеводородами последние перед тем, как попасть в хроматографическую колонку, должны быть предварительно испарены. Следовательно, в этом случае уже будем иметь дело с парами веществ. Дальнейшее раз­деление их будет происходить так же как и разделение газов.

Адсорбенты, применявшиеся первоначально как единственные на­полнители (пока не была предложена газожидкостная хроматография), остались и теперь основными, для анализа легких газов и углеводоро­дов, включая фракцию С₂. Более тяжелые углеводородные газы лучше разделяются способом газожидкостной хроматографии, благодаря его указанным выше преимуществам. Последние не могут быть использо­ваны для легких газов потому, что не удается подобрать такие жидко­сти, в которых они имели бы необходимую для целей разделения рас­творимость, оставаясь при этом достаточно стойкими и с малой упруго­стью пара. С другой стороны, жидкости, так хорошо используемые для углеводородных фракций С₃-С₁₀, имеют принципиальный недостаток: при значительном повышении температуры колонки, что необходимо для разделения углеводородов с высокой температурой кипения, их уп­ругость пара становится значительной и, следовательно, они, испаряясь, быстро выносятся из колонки газом-носителем.

В связи, с расширением пределов анализируемых веществ в сторону возрастания их температур кипения, становится все труднее подобрать нужную жидкую фазу для разделения. Среда применяемых в настоящее время адсорбентов особое значение приобрели так называемые молеку­лярные сита. Они представляют собой искусственные цеолиты с раз­личной структурной решеткой и с порами определенного размера, при­чем того же порядка величины, что и размеры молекул, разделяемых с помощью их компонентов. Эти поры ведут в полости с очень большой поверхностью, но последняя становится доступной лишь тем молекулам газа, размеры которых позволяют им проникнуть внутрь этих полостей через узкие поры. Молекулярные сита изготавливают нескольких типов и применяют в основном для разделения смесей лег­ких газов, таких, как кислород, азот, аргон, водород, гелий, окись угле­рода и углеводороды до этана включительно. Молекулярные сита бла­годаря специальной технологии их изготовления обладают большой стабильностью своей структуры, а, следовательно, и своих адсорбци­онных свойств, при условии, если их не увлажнять и не засорять более тяжелыми углеводородами.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО, УГЛЕВОДОРОДНОГО И ГРУППОВОГО СОСТАВОВ ДИСТИЛЛЯТА ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА МЫЛЬДЖИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить фракционный, углеводородный и групповой состав, октановое число дистиллята газового конденсата Мыльджинского месторождения газохроматографическим методом.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА: Определение состава дистиллята с помощью пламенно-ионизационного детектора (ДИП). Принцип его действия основан на ионизации молекул анализируемых органических соединений в водородном пламени с последующим измерением ионного тока. Сигнал детектора прямо пропорционален количеству анализируемого вещества, поступающего в него в единицу времени. Для работы ДИП необходимы следующие газы: водород, который смешивается с элюатом и сгорает при выходе из горелки, и воздух, обеспечивающий горение водорода. воздух вводится и с помощью диффузора поступает к горелке. Сгорая в воздухе, водород почти не образует ионов, поэтому электропроводность чистого водородного пламени очень низкая (сопротивление пламени 1014Ом) и ток в цепи чрезвычайно мал (10-11– 10-12 А). Этот ток называют фоновым. Как только в водородное пламя попадают органические соединения, они (или продукты их горения) легко ионизируются, в результате чего электропроводность пламени резко возрастает. В цепи двух электродов возникает ионный ток, сила которого зависит от количества молекул органического вещества, поступающих в пламя вместе с водородом в единицу времени. Этот ток очень мал; он увеличивается усилителем и подается на самописец.

Для зажигания пламени в горелке есть специальный элемент, находящийся рядом с ней. Чтобы пламя в детекторе не погасло, имеется автоматическая система зажигания пламени, его контроля и сигнализации. Работа пламенно-ионизационного детектора зависит от правильного выбора скоростей газов. Потоки водорода со скоростью 500 мл/мин, воздуха 250 мл/мин и газа-носителя 50 мл/мин обеспечивают равномерное горение с образованием пламени между двумя электродами. Пламенно-ионизационный детектор обладает большой чувствительностью и малой инерционностью. Особенно широко применяется этот детектор в работе с капиллярными колонками и колонками малого диаметра, так как позволяет брать очень малые пробы. Недостатки пламенно-ионизационного детектора: применим только для анализа горючих веществ; не чувствителен к воде, муравьиной кислоте, воздуху, инертным газам, а также к газам и парам CS2, H2S, SO2, NO, NO2, N2O, CO, CO2, SiCl4, SiF4 и др.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. 
   Включение хроматографа.
   
2. 
   Ожидание готовности (выход хроматографа на режим): t=35 ºC; V_He=30 мл/мин; V_возд=200 мл/мин; tиспар=250 ºC; V_Н2=20 мл/мин.
   
3. 
   Отбор пробы микрошприцом V= 0,2 мкл.
   
4. 
   Ввод пробы, старт анализа.
   
5. 
   В испарителе происходит испарение пробы и проба поступает в колонку. Капиллярная колонка представляет собой неподвижную жидкую фазу, в которой происходит растворение анализируемых углеводородов. Колонка помещена в термостат, где происходит программируемый нагрев (_{tнач.кол.}=35 ºC; t_{кон.кол.}=375 ºC). В результате при определенной температуре происходит испарение углеводородных компонентов в определенном порядке (в соответствии с их свойствами), которые поступают в ДИП, где происходит анализ.
   
6. 
   Полученные данные регистрируются на ЭВМ с помощью программного обеспечения Хроматек-аналитик 2.5.
   
7. 
   Далее результаты обсчитываются с помощью внешней программы расчета «Хроматек-Gasoline».
   

ВЫВОДЫ:

1. 
   Получен фракционный состав газохроматографическим методом (таблица 1) Примерно при температуре 55 градусов цельсия начинается более активное выкипание, при дальнейшем нагревании при температуре в 95.30 градусов цельсия — 25 доля отгона.
   
2. 
   Получили углеводородный состав с помощью ПО «Хроматэк Аналитик 2.5» получено 13 пиков (таблица 2). Из таблицы видно, что основной компонент дистиллята газового конденсата — пропан с концентрацией 52.901. Выделяются из основной массы также пики с компонентами бутан и н-бутан (18.604 и 15.321)
   
3. 
   После анализа всех пиков был определён групповой состав с помощью программы «Хроматек Газалин 1.1» (таблица 3). Первую тройку по численному значению октанового числа составила 3 группы: нафтены (38922), изопарафины (31457), парафины (22111) соответсвенно.
   
4. 
   Определено октановое число (таблица 3) по исследовательскому методу октановое число = 77926 куда основной вклад вносят нафтены (31294), парафины (23364) и изопарафины (23364) соответственно. На основные компоненты приходится 7753.