ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методы исследования химического состава нефти и продуктов ее переработки Способы разделения компонентов нефти из "Химия и технология нефти и газа" Основной принцип исследования химического состава нефти заключается в том, что, комбинируя разнообразные методы разделения веществ, достигают вначале постепенного упрощения состава отдельных фракций исходной нефти. Химическая природа и молекулярное строение отдельных компонентов нефти при этом не должны изменяться. Полученные фракции затем анализируются химическими, хроматографическими, спектральными и другими методами. В результате такого исследования в зависимости от молекулярного веса и сложности смеси в выделенных фракциях удается установить либо содержание отдельных индивидуальных веществ (при анализе газов и легких фракций до 150°С), либо содержание отдельных групп углеводородов или других компонентов нефти, либо относительное распределение структурных эле- ментов в гибридных молекулах (в тяжелых фракциях нефти). [c.57] Для разделения нефти на более или менее однородные группы и фракции применяются самые разнообразные методы. К ним относятся перегонка, ректификация, адсорбция — десорбция, термодиффузия, экстракция, кристаллизация, получение твердых комплексов и некоторые другие. [c.57] В отдельных случаях, например при анализе газов или несложных жидких смесей углеводородов, методы разделения могут служить непосредственно для количественного определения отдельных компонентов смеси. Это прежде всего относится к газо-жидко-стной хроматографии и низкотемпературной ректификации газов. [c.57] Ниже дается общая характеристика способов разделения. [c.57] Ректификация. Перегонка с ректификацией — самый распространенный способ точного фракционирования по температурам кипения. Принцип работы лабораторных ректификационных установок заключается в том, что пары жидкости из колбы или куба отводятся не в конденсатор, как при простой перегонке, а поступают в ректификационную колонку, чаще всего насадочного типа. Поднимаясь по колонке, пары достигают верха и оттуда поступают в дефлегматор-конденсатор, где они конденсируются. Полученный конденсат частично отбирается через холодильник в приемник, но больщая его часть вновь попадает в колонку, стекая по насадке сверху вниз. Эта часть конденсата называется флегмой. Таким образом, в колонке образуются два потока нагретые пары движутся по колонке снизу вверх, а охлажденная жидкая флегма — сверху вниз. Между жидкой и паровой фазами по всей высоте колонки происходит интенсивный теплообмен. В результате нагретые пары испаряют из жидкой фазы наиболее летучие компоненты, а более холодная флегма конденсирует из паров наименее летучие составные части. При этом теплота конденсации нижележащего слоя используется для испарения жидкости выщележащего слоя. Следовательно, жидкость и пар в результате многократного повторения процессов испарения и конденсации все время обмениваются компонентами. Этот процесс можно уподобить последовательному повторению процесса простой перегонки, если в колбу каждый раз загружать отгон от предыдущей перегонки. [c.58] При разгонке бинарной смеси в результате ректификации пар на верху колонки, а следовательно, и отбираемый конденсат будет сильно обогащен низкокипящим компонентом, а пар в низу колонки, а следовательно, и жидкость в колбе, наоборот, — высо-кокипящим. При ректификации многокомпонентной смеси, например бензина, отбор можно производить через любые интервалы температур (через 10, 5 и 1 и даже 0,5 град) и получать, таким образом, узкие фракции с небольщим количеством компонентов. [c.58] Четкость погоноразделения лабораторных ректификационных колонок зависит от многих факторов. Большое значение имеют материал и форма насадки, которая должна обладать сильноразвитой поверхностью, на ней и происходит соприкосновение паров с флегмой. Чем лучше качество насадки, тем меньше высота, эквивалентная одной теоретической тарелке (ВЭТТ). С этой величиной связана и высота колонки. Не менее важное значение имеет правильно выбранное флегмовое число, т. е. отношение объема флегмы к объему отбора за одинаковый промежуток времени, а также скорость отбора дистиллята. [c.58] Эффективность лабораторных колонок принято оценивать числом теоретических тарелок в рабочих условиях (ЧТТ). В зависимости от состава перегоняемых смесей на практике используются колонки с ЧТТ от 20 до 150 и выше. [c.59] Лабораторные ректификационные установки применяются для самых различных целей. На них можно разгонять при низких температурах с помощью жидкого азота или твердой двуокиси углерода смеси газообразных углеводородов. При атмосферном давлении ректифицируются смеси, перегоняющиеся в интервале 30— 200 °С. И, наконец, под вакуумом разгоняют на узкие фракции вы-сококипящие погоны нефти. [c.59] Молекулярная перегонка, или перегонка в глубоком вакууме. Этот вид перегонки предназначен для разделения наиболее высокомолекулярных веществ, которые при обычной вакуумной перегонке даже под разрежением до 0,1 мм рт. ст. разлагаются. Молекулярная перегонка проводится под очень низким давлением (1 10-з-4- 1 10 мм рт. ст.). В таких условиях, т. е. почти в полной пустоте, молекулы исходной жидкости свободно испаряются с поверхности при температурах ниже их температуры кипения. Средняя длина пробега молекулы до столкновения ее с другими молекулами при таком вакууме достигает 1—5 см. Следовательно, если в приборе для перегонки расстояние между испарителем и конденсатором не будет превышать этой величины, то возможен последовательный отбор конденсата. [c.59] Разделение высокомолекулярных нефтяных веществ на фракции при молекулярной перегонке происходит не по температурам кипения, а по величине молекулярного веса, так как давление их упругости паров пропорционально молекулярному весу. Разделительная способность этого метода фракционирования зависит от относительных скоростей испарения молекул, находящихся в исходном продукте. [c.59] Адсорбция. Метод адсорбции-десорбции в последние 15—20 лет стал наряду с ректификацией доминирующим приемом при исследовании состава нефти и ее отдельных узких и широких фракций. Сущность метода заключается в том, что отдельные компоненты смеси могут избирательно последовательно и с различной энергией сорбироваться на том или ином сорбенте и таким путем отделяться от общей смеси. В дальнейшем при десорбции, осуществляемой тем или иным способом, эти компоненты выделяются в неизменном состоянии в виде отдельных фракций и могут исследоваться раздельно. Очевидно, что десорбция происходит в порядке, обратном адсорбции. Легче всего удаляются с поверхности адсорбента компоненты, обладающие наименьшей адсорбционной способностью. Современные адсорбционные приемы исследования и разделения базируются на хроматографическом методе, предложенном еще в 1903 г. русским ботаником Цветом. [c.59] Хроматография. Цвет установил, что при пропускании через столбик адсорбента экстрактов хлорофилла наблюдается образование окрашенных зон на адсорбенте и показал возможность разделения смесей органических веществ. Поэтому свой метод Цвет и назвал адсорбционной хроматографией, т. е. разделением веществ на твердых адсорбентах по окраске. В настоящее время этот метод применяется при разделении самых разнообразных смесей, и чаще всего неокрашенных, но термин хроматографии все же сохранился. [c.60] Существует много разновидностей хроматографического метода. При исследовании нефти, газа, нефтепродуктов и смесей углеводородов в основном применяются следующие виды хроматографии 1) газо-адсорбционная 2) хроматермография 3) жидкостная адсорбционная (вытеснительная, или проявительная, элюентная, или промывная) 4) газо-жидкостная, или распределительная. [c.60] Газо-адсорбционная хроматография применяется для анализа газов. Основана на адсорбции газообразных компонентов смеси твердыми поглотителями. Последовательная десорбция компонентов исходного газа осуществляется потоком инертного газа-носителя, например гелия или двуокиси углерода. Анализ проводится на автоматических приборах — хроматографах. [c.60] Хроматермография отличается от газо-адсорбционной хроматографии тем, что десорбция проводится при постепенно повышающейся температуре. Этим методом удается отделить от газовой смеси минимальные количества примесей. [c.60] Жидкостная адсорбционная хроматография — метод разделения жидких смесей с применением твердых адсорбентов, чаще всего различных марок силикагеля. По типу десорбции делится, в свою очередь, на вытеснительную и элюентную. Разделение, проводят в колонках различной конструкции, в которых находится адсорбент. Исследуемую жидкость вводят в колонку. Вязкие продукты предварительно растворяют в пентане или другом растворителе. Для ускорения прохождения по колонке пробы и десорбентов применяют давление инертного газа. В процессе адсорбции выделяется тепло. Под влиянием этого тепла и каталитического воздействия самого адсорбента возможно развитие таких химических реакций с адсорбированными веществами, как окисление и полимеризация. Во избежание этого колонку следует охлаждать. [c.60] При элюентной хроматографии десорбция проводится промывкой колонки большим количеством растворителя с низкой адсорбционной способностью. В качестве таких промывателей применяются пентан, гексан, гептан, петролейный эфир. При промывке происходит постепенное передвижение адсорбционных слоев сверху вниз по колонке. Естественно, что в первую очередь вместе с растворителем будет вытеснен из колонки компонент, адсорбированный в нижних зонах, т. е. обладающий наименьшим адсорбционным сродством к адсорбенту, а затем уже все остальные. Итак, при обоих методах десорбции на выходе из колонки можно отбирать определенные порции жидкости. Отбор ведут либо по объему, либо через определенные промежутки времени. Контроль за свойствами, а следовательно, и составом отбираемых фракций ведут чаще всего по показателю преломления. Для более четкого разделения десорбируемых групп углеводородов применяют также флуоресцентные индикаторы, вводимые вместе с пробой, которые позволяют по окраске видеть прямо в колонке границы адсорбционных зон. [c.61] Конечно, четкого разделения всех этих классов веществ друг от друга не происходит, одновременно с ароматическими углеводородами чаще всего сорбируются и сернистые соединения с тем же числом циклов. [c.61] Жидкостная адсорбционная хроматография широко применяется при исследовании состава бензинов, керосинов, газойлей, а также масел и других высомолекулярных погонов нефти. Для углеводородных смесей близкого молекулярного веса этот метод применим и для количественного группового анализа. [c.61] Вернуться к основной статье