شعب

بررسی روش استاندارد تعیین انواع هیدروکربن در محصولات نفتی مایع بوسیله جذب سطحی شناساگر فلوئورسانس

گردآورنده: ابراهیم.آ

هيدروکربن هاي نفتی که شامل ترکیبات آروماتيک، اولفینی و اشباع هستند از جمله شايعترين آلاينده هاي زيست محيطي هستند. اين آلاينده ها مي توانند از منابع مختلفي همچون نشت نفت و انواع سوخت خودرو و هواپیما در محیط زیست وارد شوند. بيشتر اين ترکيبات جزو مواد سرطانزا و جهش زاي ژنتيکي محسوب مي شوند. لذا شناسايي اين مواد به کمک روشهاي حساس و ارزان آناليزي جهت کنترل کیفیت سوختهای تولیدی از اهميت بالايي برخوردار است. از روش واجذبی نمونه جذب سطحی شده بر روی سیلیکاژل در یک ستون کپیلاری می توان اجزاء ترکیبات هیدروکربن را بر اساس تمایل به جذب سطحی شان بر روی ستون سیلیکاژل جداسازی و مقدار آنها را برحسب درصد حجمی تعیین نمود.

 

روش استاندارد تعیین انواع هیدروکربن در محصولات نفتی مایع بوسیله جذب سطحی شناساگر فلوئورسانس شامل:

1- تعیین کل ترکیبات آروماتیک شامل آروماتیکهای تک و چند حلقه ای، اولفینهای آروماتیک، برخی دی انها،ترکیبات حاوی گوگرد و نیتروژن، و ترکیبات اکسیژنیت با نقطه جوش بالاتر،

2- کل ترکیبات اولفینی شامل آلکنها، سیکلو آلکنها و برخی دی انها،

3- کل ترکیبات اشباع شامل آلکانها و سیکلوآلکانها در محصولات نفتی است که زیر دمای oC 315 تقطیر شده اند. برای تعیین مقدار اولفینهای کمتر از 3/0 درصد حجمی از روش استاندارد D2710 استفاده می شود. نمونه های حاوی اجزاء تیره رنگ که باعث ایجاد تداخل در طیف کرواتوگرافی می شوند قابل آنالیز به این روش نمی باشند. این روش تست برای ترکیبات نفتی با نقطه جوش نزدیک به 315 درجه صحت کافی ندارد چراکه این ترکیبات به خوبی شویش نمی شوند و نتایج دقیق نیستند. این روش همچنین برای جداسازی اجزاء سوخت گازوییلی موتورهای احتراقی با یا بدون ترکیبات اکسیژنیت مانند الکلها و اترها (اتانول، MTBE) نیز بکار می رود. این روش برای ترکیبات سوختهای فسیلی مثل زغال سنگ و شیل[1] (سنگ رستی) کاربرد ندارد.

ترکیبات اکسیژنیت شامل متانول، اتانول، متیل-ترت-بوتیل اتر (MTBE)، ترت-آمیل متیل اتر (TAME) و اتیل-ترت-بوتیل اتر (ETBE) در تعیین غلظت انواع هیدروکربنها که بصورت نرمال در ترکیبات تجاری نفتی یافت می شوند تداخل ایجاد نمی کنند. این ترکیبات اکسیژنیت قابل شناسایی به این روش نیستند چراکه توسط واجذب کننده الکل شویش داده می شوند.

 

اهمیت و کاربرد روش

تعیین مقدار کل درصد ترکیبات اشباع، اولفینها و آروماتیکها در مواد نفتی از نظر بررسی کیفیت آن، مثلا بررسی ترکیبات گازوییلی بعنوان خوراک فرایند بهسازی کاتالیکی اهمیت دارد. همچنین اطلاعات بدست آمده از این روش تست برای بررسی برشهای نفتی و محصولات حاصل از کراکینک کاتالیزوری بعنوان مواد ترکیب شونده با سوخت موتور ماشین و هواپیما مفید می باشد. این اطلاعات همچنین بعنوان معیاری از کیفیت سوخت طبق آنچه در D1655 گفته شده می باشد.

 

ستون جذب سطحی کاپیلاری

این ستون (شکل 1) از جنس شیشه است و شامل یک بخش شارژر[2]، یک گردن کاپیلاری، بخش جداکننده و یک بخش آنالیز کننده می باشد. طبق شکل شماره 1 دو نوع از این ستون موجود می باشد یکی با لوله استاندارد (سمت چپ) و دیگری ستون لوله باریک (سمت راست). این دو ستون در بعضی نقاط از نظر ابعادی تفاوت دارند که در جدول 1 نشان داده شده است. برای راحتی کار معمولا از ستون جذب سطحی با لوله استاندارد استفاده می شود. هنگام استفاده از لوله استاندارد برای بخش آنالایزر، انتخاب لوله با کاپیلاری  مناسب ضروری است.

 

جدول 1- ابعاد ستون های جذب سطحی.

 

 

شکل 1- ستون جذب سطحی با دیواره استاندارد (سمت چپ) و ستون لوله باریک (سمت راست).

 

خلاصه روش آزمون

در این روش ابتدا انتهای ستون کپیلاری شیشه ای مخصوص جذب سطحی مسدود شده و دیواره خارجی ستون شیشه ای مرطوب می شود. سپس ستون تا نیمه قسمت جداکننده با سیلیکاژل پر می شود. خصوصیات سیلیکاژل مورد استفاده در جدول 2 ذکر شده است. سپس مقدار کمی دای ژل به ستون اضافه می شود و دوباره بقیه ستون با سیلیکاژل پر می شود تا نیمه قسمت شارژر.  سپس مقدار mL 03/0±0 75/0 از نمونه به داخل ستون که با سیلیکاژل فعال پرشده است بوسیله یک سرنگ هیپودرمیک با سوزنی به طول mm102 و قطر شماره 18،20 یا 22 تزریق می شود. برای نمونه های فرار قبل از نمونه برداری ابتدا دمای نمونه و سرنگ تزریق به oC ≤4 رسانده می شود. نمونه باید mm30 زیر سطح بالایی سیلیکاژل پرکننده ستون در قسمت شارژر تزریق شود. سپس بخش شارژر ستون بوسیله ایزوپروپیل الکل تا قبل از اتصال کروی پر می شود. در نیمه قسمت جداکننده  ستون ماده رنگی فلوئورسنت قرار داده می شود تا در اثر نور ماوراء بنفش منبع خارجی (با طول موج nm 365) مناطق رنگی مربوط به اجزاء آروماتیک، اولفین و اشباع را بعد از جداشدن در ستون نمایانگر کند.

به این ماده اصطلاحا دای ژل گفته می شود و شامل مخلوطی از پترول قرمز  AB4 دوباره کریستالی شده و اولفینها و آروماتیکهای رنگی بدست آمده توسط جذب سطحی کروماتوگرافی رسوب داده شده بر روی سیلیکاژل می باشد و دور از نور محیط نگهداری می شود. اجزاء هیدروکربن شامل ترکیبات آروماتیک، اولفینها و ترکیبات اشباع به ترتیب در اثر فشار ایجاد شده توسط گاز هوا یا نیتروژن در بالای ستون به سمت پایین ستون بر اساس تمایل به جذب سطحی شان بر روی ستون سیلیکاژل شویش و جداسازی می شوند. فشار گاز برای 5/0 ± 5/2 دقیقه اول kPa 2 ± 14 و برای 5/0 ± 5/2 دقیقه دوم kPa 2 ± 34 و برای ادامه کار kPa 28-69 تنظیم می شود. البته برای نمونه های از نوع گازوییل یا سوخت جت فشار kPA 69-103 مورد نیاز است. هر چه وزن مولکولی نمونه بیشتر باشد فشار گاز بیشتری مورد نیاز است. معمولا زمان یک ساعت زمان مناسبی برای جداسازی ترکیبات نمونه می باشد. هر کدام از این ترکیبات رنگ مخصوص به خود را دارند. در اثر برخورد نور ماوراء بنفش ترکیبات آروماتیک رنگ آبی، اولفینها سبز-زرد و ترکیبات اشباع بی رنگ دیده می شوند. پس از علامت گذاری هر منطقه رنگی شده روی ستون با توجه به اندازه طولی هر منطقه (cm) و مقدار کل منطقه جداسازی درصد هر جزء جداشده بدست می آید (شکل 2). برای علامتگذاری مناطق جداسازی شده بعد از ورود حلقه قرمز مربوط به الکل آروماتیک به اندازه mm350 به بخش آنالایزر سریعا شروع به علامتگذاری هر بخش می نماییم.

 

جدول 2- ویژگیهای سیلیکاژل برای ستون جذب سطحی.

 

شکل 2- ترکیبات آروماتیک، اولفین و اشباع جداسازی شده.

محاسبه و گزارش نتایج

برای محاسبه مقدار آروماتیک، اولفین و اشباع مقادیر بدست آمده از ستون با اختلاف 1/0 درصد حجمی در فرمولهای زیر جایگزین می شوند. مقادیر بدست آمده بصورت درصد حجمی آروماتیک، اشباع و اولفین گزارش می شوند.

 

 

La= طول قسمت آروماتیک (mm)، Lo= طول قسمت اولفین (mm)، Ls= طول قسمت اشباع (mm)وL= مجموع La+Lo+Ls است.

 

دقت، تکرارپذیری و تجدید پذیری

بسته به نوع سوخت دو نوع دقت در این روش بکار گرفته می شود. نوع اول  مربوط به سوختهای حاوی اجزاء اکسیژنیت در گستره غلظتی 99-5 درصد حجمی آروماتیک، 55-1 درصد حجمی اولفین و 95-1 درصد حجمی ترکیبات اشباع در مواد نفتی که نقطه جوش نهایی آنها oC >315 است نمی باشد. نوع دوم مربوط به ترکیبات نفتی است که حاوی ترکیبات اکسیژنیت (مانند MTBE و اتانول)، و سوختهای غیر اکسیژنیت احتراقی-جرقه ای (مانند گازوییل) حاوی 40-13 درصد حجمی آروماتیک، 33-4 درصد حجمی اولفین و 68-45 درصد حجمی ترکیبات اشباع می باشند

مقالات تخصصی

پارابن چیست؟

پارابن ها دسته ای از مواد نگه دارنده های مصنوعی هستند که از نظر شیمیایی، استر اسید پارا هیدروکسی بنزوئیک می باشند. متیل پارابن، پروپیل

ادامه مطلب »