Методы разделения компонентов нефти

метки: Компонент, Разделение, Анализ, Температура, Хроматография, Фракция, Смесь, Колонка

987kb.

13.05.2008 13:08

---

• Смотрите также:
• [ реферат ]
• [ документ ]
• [ документ ]
• [ документ ]
• [ реферат ]
• [ документ ]
• [ документ ]
• [ стандарт ]
• [ документ ]
• [ документ ]
• [ дипломная работа ]
• [ документ ]

Методы анализа нефти и нефтепродуктов.docx

^

Хроматография — физико-химический метод разделения и анализа, основанный на распределении компонентов между двумя фазами — неподвижной и подвижной, непрерывно протекающей через неподвижную фазу.

адсорбционной хроматографии

осадочной хроматографии

Наибольшее распространение получила классификация разновидностей хроматографии по признаку агрегатного состояния сосуществующих фаз:

^	Подвижная фаза	Название и принятое обозначение	Варианты хроматографии
Жидкая (растворитель)	Газовая (газ-носитель)	Газожидкостная (ГЖК)	Колоночная, капиллярная, с программированием температуры
	Жидкая	Жидкость-жидкостная (ЖЖХ)	Колоночная, бумажная
Твёрдая (адсорбент)	Газовая (газ-носитель)	Газовая адсорбционная (ГАХ)	Колоночная, с программированием температуры
	Жидкая	Жидкостно-адсорбционная (ЖАХ)	Ионообменная, колоночная, тонкослойная, градиентно-элюентная

Разделение компонентов можно осуществлять в колоннах насадочного типа (колоночная хроматография), капиллярах, заполненных неподвижной жидкой фазой (капиллярная хроматография), на фильтровальной бумаге (бумажная хроматография), на тонком слое сорбента, нанесенном на стеклянную пластинку (тонкослойная хроматография).

Разделять смеси можно при постоянной температуре и давлении или с программированием, т.е. с постепенным повышением по заданной программе температуры или давления газа-носителя. Все варианты хроматографии являются молекулярными, а жидкостно-адсорб-ционная хроматография может быть и ионообменной, осуществляемой при обмене ионов разделяемых компонентов с поверхностными ионами ионообменного адсорбента.

В соответствии с методикой проведения анализа различают три варианта хроматографии (рис. 1): фронтальный ( а ),проявительный, или элюентный, (б) и вытеснительный (в).

фронтальном анализе

понентов. Метод не нашел широкого применения, так как он не дает полного разделения: в чистом виде выделяется только наиболее слабо адсорбирующийся компонент.

Рис. 1 Схемы хроматографи-ческого анализа

проявительном (элюентном) анализе

вытеснительном анализе

Газожидкостная хроматография

1. высокая разделяющая способность — ни один другой метод не позволяет так быстро (в течение 0,5-1 ч) проанализировать фракции нефти, состоящие из десятков и сотен компонентов; предельная эффективность колонок, достигнутая в ГЖХ, составляет приблизительно 10 ⁶ теоретических тарелок;

2. высокая чувствительность — метод позволяет определять микропримеси с концентрацией до 10- ¹⁰ %; чувствительность детектирования в газах на несколько порядков выше, чем в жид

3. костной хроматографии;

4. быстрота анализа — скорость диффузии в газах приблизительно в 1000 раз выше, чем в жидкостях, поэтому в колонке быстро устанавливается равновесие и достигается высокая удельная эффективность;

5. малый размер пробы, необходимый для анализа (десятые доли миллиграмма);

6. достаточно высокая точность анализа — средняя относительная погрешность измерения концентраций 5 %, а на хроматографах высокого класса с более тщательной стабилизацией основных параметров 2 % (отн.);

7. сравнительная простота аппаратурного оформления (рис. 2)

При ГЖХ хроматографическую колонку заполняют неподвижной фазой — инертным измельченным твердым носителем, пропитанным растворителем. Через термостатированную колонку с определенной скоростью пропускают поток газа-носителя, в который вводят с помощью микрошприца анализируемую пробу. Анализируемая смесь испаряется в испарителе, нагретом до температуры выше конца кипения фракции, и затем разделяется в хроматографической колонке.

Выходящий из колонки поток газа-носителя, содержащий пары разделенных компонентов смеси, проходит через одну из камер детектора. Через камеру сравнения детектора пропускается чистый газ-носитель. Принцип действия детекторов может быть различным. Например, в катарометрах, достаточно широко применяющихся в качестве детекторов в газовой хроматографии, используют различия в теплопроводности газа-но

сителя и анализируемых компонентов. Различие теплопроводности газовой среды в камерах катарометра при прохождении через одну из них компонента смеси приводит к возникновению разности температур и электрических сопротивлений нитей накаливания, находящихся внутри камер, и в. результате — разбалансированию моста Уитстона, сигнал катарометра усиливается потенциометром и регистрируется самописцем на хроматограммев виде пика соответствующего компонента.

Рис..2. Принципиальная схема газового хроматографа:

1- баллон с газом-носителем; 2 — редуктор; 3 — вентиль тонкой регулировки; 4 — осу

шитель; 5 -манометр; 6 — подогреватель; 7 — узел ввода пробы; 8 — детектор; 9 — хроматографическая колонка; 10 — термостат; 11 — измеритель скорости потока; 12 — элек

тронный потенциометр

Широко распространены в газовой хроматографии также пламенно-ионизационные детекторы, отличаю-щиеся более высокой чувствительностью по сравнению с катарометрами. Иногда используются и специальные детекторы (электронозахватный, микрокулонометрический, инфракрасный и т.п.), высокоселективные по отношению к определенным группам

соединений. В конце 80-х годов в практику введены атомно-эмиссионные детекторы, селек

тивные при анализе элементов, например, серосодержащих компонентов нефтяных фракций.

В ГЖХ используют различия в летучести компонентов смеси, в геометрической структуре их молекул и интенсивности взаимодействия с неподвижной фазой. Селективные неподвижные фазы обеспечивают различную растворяющую способность по отношению к анализируемым веществам и взаимное смещение зон компонентов смеси. Различают селективность как способность к разделению каких-либо двух компонентов, групповую селективность как способность к разделению компонентов двух гомологических рядов, например алканов и аренов, а также селективность по молекулярным массам — способность к разделению компонентов одного гомологического ряда. Как и в процессах экстракции, экстрактивной и азеотропной ректификации, абсорбции, селективность растворителей в ГЖХ можно характеризовать отношением коэффициентов активности разделяемых компонентов в растворителе. Значения коэффициентов активности связаны с параметрами удерживания компонентов в хроматографической колонке.

Время от момента пуска пробы в колонку до выхода максимума пика называется временем удерживания t _R (рис.3).

Оно складывается из времени пребывания компонента в газовой фазе t ₀ и времени, когда молекулы находятся в сорбированном состоянии, t _R ‘. Значение t ₀ зависит от доли пустот в заполненной колонке («мертвого объема»).

Оно может быть определено по времени удерживания практически несорбирующихся веществ, например воздуха. Истинная удерживающая способность колонки характеризуется исправленным временем удерживания:

Рис . .3. Расчет времени удерживания компонентов при хроматографическом анализе

Время удерживания соединений на данной неподвижной фазе зависит от условий хроматографического анализа: скорости газа-носителя, количества растворителя в колонке. Для сравнения удерживания различных соединений на одной и той же неподвижной фазе или одного и того же вещества на различных неподвижных фазах часто используют значения удельных удерживаемых объемов — V _g . Удельный удерживаемый объем — это объем газа-носителя, приведенный к нормальным условиям и отнесенный к 1 г растворителя в колонке, который надо пропустить, чтобы элюиоровать данное вещество:

Здесь F — объемная скорость газа-носителя; ω — масса растворителя в колонке; Т — температура измерителя скорости потока газа-носителя, К; j — поправка, учитывающая сжимаемость газа-носителя в колонке и рассчи

тываемая по формуле:

где P ₁ P ₂ — давление соответственно на входе в колонку и выходе из нее.

Зная удельные удерживаемые объемы, можно рассчитать коэффициенты активности разделяемых компонентов в растворителе при состоянии, близком к бесконечному разбавлению, и оценить селективность данной неподвижной фазы:

где R — универсальная газовая постоянная; М — молекулярная масса растворителя;

• давление насыщенного пара компонента при температуре колонки.

Для идентификации компонентов смесей широко используют относительные параметры удерживания, в частности относи

тельное время удерживания:

где — исправленное время удерживания стандартного вещества (чаще всего какого-либо н -алкана), определенное при тех же условиях, что и .

В качестве относительного параметра для идентификации широко используют также индексы Ковача, рассчитываемые по формуле:

где t _n , t _{n +1} — исправленные времена удерживания н -алканов с числом атомов углерода п и п + 1.

Сущность системы Ковача состоит в том, что время удерживания данного соединения сопоставляется с временем удерживания н -алканов, значения индексов удерживания которых приняты равными числу углеродных атомов, умноженному на 100. При расчете индекса Ковача желательно подобрать алканы так, чтобы идентифицируемое соединение элюировалось между ними.

Значения относительных времен удерживания и индексов Ковача различных веществ, в том числе углеводородов, на многих типичных неподвижных фазах приведены в справочной литературе. Сопоставляя относительные характеристики удерживания компонентов смеси с литературными данными, проводят идентификацию. При наличии предполагаемого вещества в чистом виде некоторое количество его добавляют к анализируемой смеси и наблюдают за изменением высоты и формы пика. Если пик принадлежит добавляемому соединению, то его высота должна увеличиться, а ширина на половине высоты остаться неизменной. Для повышения достоверности идентификации аналогичный прием повторяют, используя колонку с другой неподвижной фазой, отличающейся по полярности от первой.

При отсутствии эталонов или эталонных смесей для идентификации можно использовать линейные зависимости между величинами lgWg (или индексов удерживания) и такими характеристиками анализируемых веществ, как число углеродных атомов в молекуле, температура кипения, логарифм давления насыщенного пара. Эти зависимости, как правило, достаточно хорошо выполняются для соединений одного гомологического ряда.

сложных смесей, нестабильных веществ, практически нелетучих высокомолекулярных соединений

хромато-масс-спектрометрия

В ряде случаев индивидуальные компоненты выделяют препаративной хроматографией и идентифицируют спектральными или другими независимыми методами.

Идентификация отдельных групп соединений возможна с помощью специальных детекторов, имеющих повышенную чувствительность к данным соединениям. Так, кулонометрический детектор, действие которого основано на титровании продуктов сгорания элюата электролитическим бромом, может использоваться для анализа серосодержащих соединений. Электронозахватный детектор имеет высокую чувствительность к фосфор- и галогенсодержащим соединениям, обладающим большим сродством к электрону.

количественный анализ

рассчитывают как произведение высоты пика на его ширину на половине высоты. При узких или не пол

ностью разделяющихся пиках меньшую погрешность при расчете состава дает использование вместо площадей пиков про

порциональных им значений произведений высот пиков на время или удельный удерживаемый объем.

В связи с тем что чувствительность детекторов к различным соединениям неодинакова, при количественном анализе смесей необходимо учитывать поправочные коэффициенты. При этом можно использовать несколько методов.

^

щадей ΣS _i всех пиков с учетом поправочных коэффициентов принимается за 100%. Калибровочные коэффициенты К опре

деляют, анализируя стандартную смесь известного состава, состоящую из тех же компонентов, что и анализируемая смесь. Для одного из компонентов принимают K _i = 1 и рассчитывают поправочные коэффициенты для остальных компонентов. Состав анализируемой смеси рассчитывают по формуле:

Метод можно использовать лишь в случае, если все компоненты смеси регистрируются на хроматограмме.

^

^

При методах внутренней нормализации и нормализации не требуется знать количество пробы, введенной в колонку.

Капиллярная хроматография

ности хроматографии, в частности при исследовании индиви

дуального состава нефтяных фракций. Капиллярные колонки — это металлические или стеклянные свернутые в спираль капилляры внутренним диаметром около 0,25 мм и длиной в не

сколько десятков метров, заполненные неподвижной фазой — растворителем.

Благодаря большой длине капиллярные колонки значительно более эффективны, чем обычные набивные, заполненные твердым носителем, пропитанным растворителем, длина кото

рых составляет несколько метров. Эффективность капиллярных колонок составляет до 3000—5000 теоретических тарелок на 1 м, т. е. при длине 200 м эффективность может достигать 10 ⁶ теоретических тарелок. Такие колонки успешно используют для разделения соединений с очень близкими летучестями, в том числе при анализе изотопов и изомеров.

При использовании набивных колонок даже анализ изомеров углеводородов С ₆ представлял определенные трудности, а капиллярные колонки с неполярной неподвижной фазой — скваланом — позволяют анализировать все изомеры не только гексана, но и гептана, октана. Применение капиллярных колонок позволило провести почти полную идентификацию компо

нентов бензиновых фракций нефтей, перегоняющихся до 175°С. Присутствующие в этих фракциях алкилбензолы можно анализировать после

предварительного их выделения жидкостной адсорбционной хроматографией, экстракцией или без предварительного выделения, непосредственно в исходной фракции — на колонках с высокоселективными неподвижными фазами.

Например, на полиэтиленгликоле (ПЭГ-600) индекс удерживания бензола при 100°С равен 988, т. е. бензольный пик на хромато-грамме выходит между нонаном и деканом. На еще более высокоселективной фазе — N,N’-бис(2-цианоэтил)формамиде индекс удерживания бензола при 180°С равен 1800, т. е. бензол удерживается так же, как октадекан.

Промежуточное положение между обычными набивными и капиллярными колонками занимают микронабивные колонки, имеющие внутренний диаметр 0,8—1 мм. Эффективность микронабивных колонок на единицу длины выше, чем капиллярных, за счет меньшей доли пустот в колонке. Микронабивные колонки эффективнее и обычных набивных с диаметром в несколько миллиметров, так как в них меньшую роль играют поперечная диффузия и стеночный эффект, приводящие к размыванию хроматографических полос.

^

Рекомендуется предварительно разделять бензиновую фракцию ректификацией, отбирая фракции н. к.— 125°С и 125— 150°С. Бензиновые фракции нефтей и конденсатов представ

ляют собой сложные смеси углеводородов различного строения: до 125 °С выкипают 70 компонентов, а в интервале 125— 150°С— 130 компонентов.

Хроматографирование проводят на капиллярной колонке длиной 50—100 м и внутренним диаметром 0,2—0,3 мм, заполненной скваланом. Анализ фракций н. к.— 125°С осуществляется при двух температурах, оптимальными являются 50 и 80 °С. Селективность неподвижной фазы зависит от температуры, поэтому при другой температуре (80°С) порядок выхода компонентов несколько меняется. Пики, представляющие собой дуплеты или триплеты, при другой температуре соответствуют индивидуальным углеводородам или выходят в других комбинациях.

Качественную расшифровку хроматограмм лучше всего начинать с идентификации пиков алканов, для чего в тех же условиях необходимо снять хроматограммы калибровочных смесей. Калибровочные смеси получают изомеризацией легкодо

ступных углеводородов ( н -октана, изооктана, н -нонана и др.) в присутствии бромида алюминия; при этом получают все изомеры исходного углеводорода, а также все алканы С₄ — С ₇ , так как наряду с изомеризацией протекает реакция деструктивного алкилирования. Для упрощения расшифровки в анализируемую бензиновую фракцию можно добавить смесь реперов: н -гексан, н -гептан, н -октан. Возросшие на хроматограмме пики относятся к этим углеводородам.

Для идентификации циклоалканов и аренов достаточно знать порядок их выхода на хроматограммах при соответствующей температуре.

Количественную

Фракцию 125—150 ^С С предварительно разделяют жидкостной хроматографией на силикагеле на ареновую и алкан-циклоалкановую часть, которые затем порознь анализируют на капиллярной колонке.

Арены хорошо разделяются на сквалане при 80°С, выходя в порядке повышения температуры кипения. Хроматограммы алкан-циклоалкановой части снимают при двух температурах (80 и 106 °С) или в режиме линейного программирования температуры

(например, при начальной температуре анализа 50°С и скорости подъема температуры 1°С/мин).

Анализ высококипящих компонентов, входящих в состав керосино-газойлевых и масляных фракций нефти, — значительно более сложная задача, по сравнению с анализом бензиновых фракций. Полная идентификация даже углеводородов керосиновых фракций — практически невыполнимая задача. Однако метод ГЖХ позволяет получать данные об индивидуальном составе отдельных групп углеводородов, предварительно выделенных из нефтяных фракций — н -алканов, углеводородов изопреноидного строения алкиладамантанов, аренов.

Для анализа высококипящих компонентов нефти методом ГЖХ необходимо использовать термостабильные неподвижные фазы, практически нелетучие при температуре анализа. Высокой термостабильностью характеризуются силоксановые неподвижные фазы. Например, верхний температурный предел применимости диметилсиликоновой жидкости OV-101, имеющей формулу [(CH ₃ )₂ Si0]_n , составляет 325—375°С. Фазы типа OV, как правило, неполярны или слабополярны.

Новая группа неподвижных фаз типа силара представляет собой полимеры, содержащие фенильные и цианалкильные функциональные группы, сшитые между собой полисилоксано-выми цепочками. Эти фазы обладают высокой полярностью и позволяют обеспечить селективность при высоких температурах (до 275°С), в этих условиях другие фазы становятся малоселективными.

Наиболее высокотемпературные фазы типа дексила, имеющие карборансилоксановую структуру, были предложены в 70-х годах. Так, формула дексила-300 — полимера со среднемолекулярной массой 10 000—20 000:

Интервал рабочих температур для этой неполярной малоселективной фазы 50—450 °С. Известны и более, полярные карборансилоксановые фазы, содержащие метилфенилсилоксановые или метилцианэтильные группы, с максимальной рабочей температурой использования 400°С.

Применение фаз типа дексила позволило анализировать углеводороды и гетерогенные соединения нефти молекулярной массой выше 800 с температурой кипения на 100—150°С выше по сравнению с фракциями, анализировавшимися методом ГЖХ ранее. Так, удалось проанализировать н -алканы до С₅₅ , полициклические арены до коронена включительно.

Газовая адсорбционная хроматография

Однако и ГЖХ не свободна от недостатков: летучесть и нестабильность неподвижных фаз затрудняет анализ микропримесей, а также высокомолекулярных соединений при высоких температурах; слабая растворимость газов в жидкостях и слишком малое время удерживания затрудняют анализ низкокипящих соединений.

Газовая адсорбционная хроматография (ГАХ) отличается большей термической стабильностью неподвижных фаз – адсорбентов — и может успешно применяться как при высоких температурах для анализа высококипящих соединений, так и при низких — для анализа природных и нефтяных газов. Для анализа слабоадсорбирующихся молекул газов и

легкокипящих углеводородов используют адсорбенты с большой удельной поверхностью- цеолиты, тонкопористые силикагели. По мере увеличения объема анализируемых молекул необходимо применять все более макропористые адсорбенты с менее развитой поверх

ностью. Выпуск однородных адсорбентов, в частности цеолитов и пористых полимеров, так называемых порапаков, на основе сополимеров стирола, этилстирола, дивинилбензола, N-винил-пирролидона, позволил уменьшить несимметричность пиков и расширить область применения ГАХ.

Интересным адсорбентом для ГАХ является графитированная сажа. Адсорбция на ней осуществляется за счет неспецифических дисперсионных сил, и при разделении смесей определяющую роль играет число контактов звеньев молекулы с плоской поверхностью частиц сажи. Например, время удерживания углеводородов С ₆ в соответствии с уменьшением поверхности контакта изменяется в следующем ряду: гексан > > бензол > циклогексан. Графитированную сажу применяют и для анализа изомеров и изотопов.

Перспективным новым адсорбентом является карбосфер (сферокарб) — углеродный адсорбент типа молекулярных сит с размером пор около 1,5 нм. На нем быстро элюируется вода, разделяются азот и кислород.

Анализ нефтяных газов может быть проведен методом ГАХ в системе из двух колонок. Первая колонка с цеолитом СаХ служит для определения содержания неуглеводородных компонентов и низкокипящих углеводородов, элюирующихся в следующем порядке: Н ₂ , О₂ , N₂ , CH₄ , СО, С₂ Н₆ , С₃ Н₈ , СО₂ , С₂ Н₄ . Анализ проводят в режиме программирования тем

ператур. Вторая колонка содержит в качестве адсорбента трепел Зикеевского карьера (ТЗК), модифицированный вазелиновым маслом. На этой неподвижной фазе анализируют углево

дороды С ₂ — С₅ , в том числе цис- и транс -изомеры, алкадиены, алкины. ТЗК — единственный адсорбент, на котором, не применяя низких температур, можно отделять изобутены от бутенов.

Жидкостная адсорбционная хроматография

ности. Хроматографические колонки заполняют силикагелем или двойным адсорбентом — оксидом алюминия и силикагелем. В качестве десорбентов при анализе керосиновых и масляных фракций для вымывания насыщенных углеводородов используют н-алканы C ₅ — С₇ , для десорбции ароматических и гетероатомных компонентов — бензол, спиртобензольные смеси, ацетон, хлороформ. Применение ступенчатого или непрерывного увеличения полярности подвижной фазы позволяет значительно уменьшить время удерживания веществ. Этот метод называется градиентным элюированием.

Пробу хроматографируют, разделяют на хроматографические фракции, определяют выход каждой фракции после отгона растворителей, показатель преломления , дисперсию и строят хроматограмму по оси ординат — выход фракции по оси абсцисс. Хроматограмма помогает сгруппировать соседние фракции. Фракцию до резкого подъема кривой относят к алкано-циклоалкановой. Границу между алкано-циклоалканами и аренами можно определять и по возрастанию дисперсии, а также по резкому увеличению объемов растворителя, пошедшего на десорбцию микрофракций.

Начало элюирования аренов можно устанавливать с помощью формолитовой реакции — по образованию комплексов с формалином в сернокислотной среде.

Проводя жидкостное адсорбционное хроматографирование алкано-циклоалканов (для фракций с началом кипения ≈ 250°С), можно разделить углеводороды по следующим под

группам:

1) нормальные или слаборазветвленные алканы, застывающие при температуре выше 20°С;

2) разветвленные алканы изостроения (= 1,45—1,47);

3) моноциклические циклоалканы (= 1,47— 1,48);

4) бициклические циклоалканы ( = 1,48—1,49); 5) три- и полициклические циклоал

каны (до резкого увеличения объема растворителя при десорб

ции).

Арены можно также подразделить на легкие, в основном моноциклические (< 1,53), средние — бициклические ( = 1,53-1,55) и тяжелые — три- и полициклические (> >1,55).

После тяжелых аренов иногда наблюдается понижение показателя преломления и затем выделяются смолистые вещества.

метод ФИА

Жидкость-жидкостная хроматография

ной хроматографии (ЖЖХ) молекулы образца распределяются между жидкими неподвижной и подвижной фазами (подобно жидкостной экстракции), которые не должны растворяться друг в друге.

Жидкость-жидкостная хроматография при исследовании химического состава нефтей применяется ограниченно. Ее можно проводить в колонках с носителем, пропитанным растворите

лем, или на бумаге. Так, методом ЖЖХ возможно концентрирование алканов из смесей с моно- и бициклическими циклоалканами бензиновых фракций при использовании в качестве неподвижной фазы анилина или метилового эфира этиленгликоля на силикагеле, а в качестве подвижной фазы — перфтор-алифатических соединений, обладающих повышенной растворяющей способностью по отношению к алканам.

В последнее время наблюдается возрождение ЖЖХ благодаря созданию совершенных жидкофазных хроматографов с чувствительными детекторами и автоматической записью хроматограмм. Для повышения скорости анализа и эффективности разделения ЖЖХ проводят под давлением до 30 МПа. Наиболее целесообразно использование ЖЖХ для исследования высокомолекулярных соединений нефти.

Бумажная хроматография

творитель улетучивается. При облучении бумаги ультрафиоле

товым светом зона смол дает ярко-желтую люминесценцию, а асфальтены — темно-коричневую.

тонкослойную хроматографию

графии недавно было установлено высокое содержание (до 15—20 %) алкенов в некоторых нефтях.

Гель-хроматография, или эксклюзионная хроматография

никают только в некоторые поры, путь их оказывается средним по длине.

Гель-хроматография применяется для анализа тяжелых нефтяных остатков, кипящих при температурах выше 400°С, котельных топлив, для анализа которых другие методы непригодны. В 1965 г. К. Альтгельт обнаружил возможность фракционирования асфальтенов методом гель-хроматографии. Разделение на фракции по молекулярной массе тяжелых нефте

продуктов, прежде всего битумов, позволяет получать более надежные данные при последующем исследовании их другими методами, например ЯМР.

В качестве колоночной насадки в большинстве случаев применяют сефадекс LH-20 и стиролдивинилбензольные гели, через которые алканы и циклоалканы элюируются растворителями по молекулярно-ситовому механизму. Порядок элюирования полициклических аренов зависит от применяемого растворителя. При использовании хлороформа, тетрагидрофурана и для аренов сохраняется порядок, типичный для гель-фильтрации. Однако при элюировании кетонами, спиртами, ацетонитрилом может проявляться адсорбционный эффект, вследствие которого с увеличением числа ароматических колец время удерживания соединений увеличивается.

Гель-хроматография не получила широкого применения из-за трудности надежной интерпретации результатов разделения. Тем не менее метод перспективен: внедрение его дает возможность вести контроль за изменении состава по молекулярным массам в процессах нефтепереработки, определять содержание отдельных фракций в нефтях, оценивать качество нефтепродуктов, идентифицировать сырые нефти, контролировать загрязнение окружающей среды нефтепродуктами.

Препаративная хроматография

ностью несколько десятков граммов вещества в сутки. Для выделения соединений с целью исследования их свойств или использования в лабораторных синтезах применяют специаль

ные препаративные хроматографы с колонками диаметром 100-200 мм и производительностью 1 кг в сутки и более. Для получения реагентов промышленного синтеза используют производственную хроматографию — колонны диаметром 1—3 м, имеющие производительность до 1000 т/год. Так разработаны хроматографические колонны диаметром 52—120 см для производства 100—1200 т/год тиофена, толуола и индола.

Основные преимущества хроматографии перед ректификацией заключаются в меньших энергетических затратах при низких значениях коэффициентов относительной летучести раз

деляемых ключевых компонентов, отсутствии большого числа колонн и возможности селективного удаления примесей за одну операцию.

Основной недостаток препаративной хроматографии — сравнительно низкая производительность. Увеличение диаметра колонок приводит к снижению эффективности разделения из-за стеночного эффекта: плотность неподвижной фазы у стенок колонки при их набивке всегда меньше, чем в центре. Поэтому доля пустот и скорость потока у стенок больше, чем в центре, что приводит к размыванию хроматографических полос.

Повышение эффективности разделения возможно при применении циркуляционной хроматографии, позволяющей осуществить препаративное разделение смесей с

коэффициентом относительной летучести α= 1,013 — 1,10, например разделение смеси этилбензола и н -ксилола.

Для повышения производительности возможно вместо обычного периодического процесса, при котором в каждый момент времени в разделении принимает участие только часть сорбента, применение непрерывной хроматографии с противоточным движением сорбента и подвижной фазы. Наиболее перспективен вариант, в котором слой сорбента неподвижен относительно стенок вращающейся кольцевой колонны, а газ-носитель можно вводить в различные точки колонны.

хромадистилляции

Метод можно использовать в аналитических и препаративных целях, а также для получения кривых истинных температур кипения (НТК) нефтяных фракций. Преимущества хромадистилляции перед ректификацией в последнем случае — более четкое разделение, вплоть до полного разделения компонентов, значительно меньшие объемы пробы (150 мкл) для анализа, более низкая температура анализа, что позволяет получать данные о фракционном составе более высококипящих нефтепродуктов.

Хромадистилляционная разгонка проводится на колонке с отрицательным температурным градиентом в режиме линейного программирования температуры и дает распределение узких фракций до 650°С. Для построения кривой НТК используют калибровочные графики в координатах h — (T _K /T _оп ) (h — сигнал детектора, соответствующий давлению насыщенного пара н -алканов при температуре опыта Т _оп ; Т _к — нормальная темпе

ратура кипения н -алканов).

Расхождение между двумя методами (хромадистилляционным и стандартным ректификационным на аппарате АРН-2) составляет 3-5°С.