Применение метода жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением для определения группового углеводородного состава высоковязких масляных фракций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный технический университет, Россия, г. Самара

Применение метода жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением для определения группового углеводородного состава высоковязких масляных фракций

Шейкина М.А.

старший преподаватель, канд. тех. наук

Как известно, углеводородные масла представляют собой сложные многокомпонентные системы, получаемые путем очистки дистиллятов нефти. Основными компонентами масел являются углеводородные соединения, которые представлены, в основном, насыщенными и ароматическими углеводородами. Сложный состав сильно затрудняет экспрессное определение и идентификацию входящих в масла углеводородов, особенно ароматических, оказывающих наиболее сильное влияние на химическую и термическую стабильность. От углеводородного состава масел, строения углеводородов и соотношения их в смазочных маслах зависят главнейшие эксплуатационные свойства масел: вязкостная и вязкостно-температурная характеристики, смазочные свойства. С другой стороны, количественные и качественные показатели процесса производства масла из фактического сырья, поведение масла в условиях эксплуатации также определяются углеводородным составом масла. Поэтому выделение и изучение отдельных групп углеводородов и их производных, составляющих масляные фракции и определяющих их свойства, является важным этапом в разработке масел. Имеется большое число различных методов определения углеводородного состава масел, которые основываются на разделении углеводородных смесей на отдельные группы углеводородов при помощи фракционирования, кристаллизации, селективной экстракции растворителями, адсорбции и т.д. Из применявшихся ранее методов некоторые вытеснены более современными, информативными, оперативными и точными. Наиболее широкое распространение получил метод хроматографии, основанный на избирательной способности углеводородов адсорбироваться на определенных адсорбентах.

В процессе формирования химического состава нефтяных высоковязких масел и разработки технологий их производства для исследования группового углеводородного состава высоковязких масляных фракций был предложен метод жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением на хроматографической установке «Градиент-М», который является экспрессным (на определение углеводородного состава одного образца уходит 1,5 ч), экономичным (на определение углеводородного состава одного образца затрачивается 4 мл растворителя) и применим для анализа продуктов ограниченного количества (для определения углеводородного состава образца необходима навеска менее половины грамма).

Определения группового углеводородного состава образцов проводили в соответствии с «Методикой измерений группового химического состава тяжелых нефтепродуктов методом жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением» (МВИ № 222.0223/01.00258/2014) [1,2]. Данная методика предназначена для определения группового углеводородного состава тяжелых нефтепродуктов (остаточных масел, битумов, гудронов, крекинг-остатков, асфальтенови т.п.) с разделением на семь групп: парафино-нафтеновые углеводороды, легкие, средние, тяжелые ароматические углеводороды, смолы 1, смолы 2, асфальтены. Принцип работы жидкостного хроматографа [1,2] заключается в разделении анализируемого продукта в хроматографической колонке потоком подвижной фазы, состоящей из смеси растворителей, переносе элюента в виде пленки на транспортирующую цепочку, удалении компонентов подвижной фазы в испарителе, термоокислительной деструкции разделенных компонентов анализируемого вещества в окислительной ячейке и детектировании образовавшейся двуокиси углерода детектором по теплопроводности. Запись сигналов детектора на экране монитора представляет собой хроматограмму, причем каждой группе смеси соответствует определенный пик.

Жидкостной хроматограф состоит из двух основных частей: аналитической, т.е. собственно аналитической колонки, в которой происходит разделение исследуемой смеси, и детектирующей [1]. Колонка выполнена из стеклянного капилляра; в верхней части колонка имеет резервуар для элюента. Заполненная адсорбентом колонка используется для выполнения только одного анализа. После каждого анализа адсорбент заменяется свежим. Колонка расположена в герметизирующем штативе посредством фиксаторов. Посредством иглы элюент подается на цепочку - транспортер. Цепочка-транспортер изготовлена из нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм. Простейшая форма звеньев обеспечивает легкое и полное удаление элюента. Цепочка образует замкнутую петлю. Скорость движения цепочки - 120 мм/мин. В испарителе происходит удаление элюента. В окислительной ячейке происходит превращение разделенных групп в двуокись углерода. Окисление продуктов сгорания до двуокиси углерода и воды осуществляется с помощью окиси меди. После прохождения кварцевого буфера продукты горения подвергаются осушке в осушительном патроне, после чего поступают в рабочую камеру катарометра. Поток воздуха по тракту «окислительная ячейка - катарометр» создается с помощью насоса.

Процесс проводят при температуре реактора - 760 єС, расходе катарометра -10 мл/мин, расходе испарителя - 7 мл/мин. Анализируемую пробу разогревают, перемешивают и берут навеску не более 0,05 г на аналитических весах, которую растворяют смесью бензола и циклогексана 1:1 из расчета 7 мл смеси бензола с циклогексаном на 1 г пробы. Подготовленную колонку заполняют силикагелем. Микрошприцем вводят в верхний слой силикагеля, находящегося в колонке, 2 мкл раствора нефтепродукта. Медицинским шприцем осторожно вводят в резервуар хроматографической колонки 1,5-2 мл первого элюента. После ввода исследуемой смеси и заливки элюента заполненная сорбентом колонка устанавливается в штативе, герметично закрепляясь неподвижным нижним и подвижным верхним фиксаторами. Устанавливается значение давления 0,5 атм и активизируется регулятор давления. Программное обеспечение прибора позволяет при необходимости записывать данные экспериментов и представлять их в виде отчета [1]. Расчет полученных хроматограмм проводят методом внутренней нормализации, путем измерения площадей пиков, записанных на картограмме. За результат берут среднее арифметическое значение двух параллельных определений для каждой группы. Ошибка не должна превышать ±10 % относительно среднего значения.

Важной областью практического применения описанного выше метода является разработка углеводородного состава высоковязкого компрессорного масла IV эксплуатационной группы, предназначенного для применения в компрессорах высокого давления, работающих при температурах нагнетания свыше 200 °С и давлениях сжатого воздуха до 400 атм. Как известно [2], основные эксплуатационные характеристики компрессорного масла обеспечиваются групповым углеводородным составом базовой основы масла. На основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований углеводородного состава аналога масла и влияния ароматических углеводородов на термоокислительные свойства компрессорных масел [2] было установлено, что наиболее предпочтительными типами углеводородов в составе основы масла IV эксплуатационной группы являются парафино-нафтеновые углеводороды, содержание ароматических углеводородов должно составлять 19-22 % мас. В процессе работы на хроматографе «Градиент-М» был определен групповой углеводородный состав более чем 150 образцов высоковязких остаточных нефтепродуктов, в том числе остаточных базовых масел различных производителей, высоковязких гидрогенизатов, полученных в процессе гидрирования остаточных компонентов, а также основы компрессорного масла и самого масла. Проведенные исследования с использованием данного метода позволили специалистам определить оптимальный углеводородный состав высоковязкой основы компрессорного масла IV эксплуатационной группы, выбрать перспективную высококачественную масляную нефть и оптимальные условия ее переработки по современной технологии с использованием каталитических гидрогенизационных процессов, обеспечивающих получение основы масла заданного углеводородного состава с регламентированным содержанием углеводородов различного строения.

В настоящее время данная методика применяется при промышленном производстве основы компрессорного масла для оперативного контроля углеводородного состава, так как именно использование в качестве основы масла гидрированного остаточного компонента с содержанием ароматических углеводородов 19-22 % мас. обеспечивает требуемый уровень термоокислительной стабильности компрессорного масла IV эксплуатационной группы [2].

Таким образом, применение метода жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением к нефтяным высоковязким масляным фракциям позволяет оперативно проводить исследования группового углеводородного состава нефтяных остаточных базовых масел и оценивать его влияние на уровень эксплуатационных свойств масел. В перспективе метод расширяет возможности для создания высококачественных масел специального назначения программируемого углеводородного состава и их производства на отечественных предприятиях.

Список литературы

масло углеводород смесь

1. Виноградов О.В. Лабораторная установка для хроматографического анализа «Градиент-М» конструкции ИНХП РБ. Методика определения группового состава нефтепродуктов, выкипающих выше 300єС. Уфа, 2009.

2. Шейкина М.А. Разработка и внедрение технологии производства основы масла для компрессоров высокого давления: дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук / Уфа: СамГТУ, 2016. - 151 с.

Размещено на Allbest.ru