Качественный и количественный анализ углеводородов нефтей и нефтяных фракций — это трудная задача для классических аналитических методов, так как такие смеси содержат большое число не только углеводородов, но и их изомеров, которые отличаются часто лишь положением заместителей в бензольном кольце и имеют близкие по величине физико-химические константы (температура кипения, плотность и т. д.) [1,2]. Сочетанием классических и современных физико-химических методов исследования, таких как адсорбционная жидкостная хроматография и газо-жидкостная хроматография, эти проблемы можно решить [3].
В данной работе таким путем будут проанализированы ароматические углеводороды местного бензина АИ-80.
Так как в работе проводились ступенчатые процессы облагораживания бензина путем деароматизации, затем денормализации, то далее излагается общая методика хроматографического выделения этих углеводородов. Как отмечается в [4], к современным и перспективным автомобильным бензинам предъявляются жесткие требования по содержанию ароматических углеводородов — как по их количеству, так и непосредственно по бензолу.
Методика хроматографического выделения углеводородов из бензина
Для этого собирается лабораторная установка, которая представлена на рис. 1. Адсорбенты использовались фр. 0,25–1,0 мм.
В стеклянную хроматографическую колонку с краном засыпается адсорбент, который предварительно дегидратирован и определена его сорбционная емкость по нефтяным сорбатам. В свободную часть колонки сверху заливается расчетное количество бензина (оно рассчитывается согласно групповому содержанию углеводородов в бензине). При закрытом кране вся система выдерживается сутки для установления адсорбционного равновесия. Затем приливается легкий петролейный эфир (к.к. 40°С) и со скоростью 1 капля в 1 секунды элюируются не адсорбировавшиеся вещества до показателя преломления чистого петролейного эфира.
Рис. 1. Лабораторная установка для адсорбционного выделения углеводородов бензина: 1 — стеклянная колонка, 2 — адсорбент, 3 — приемник
Для десорбции адсорбировавшихся веществ в колонку заливается полярный растворитель из элюотропных рядов (например, ацетон, этиловый спирт, серный эфир или др.) и оставляется на сутки, затем происходит элюирование со скоростью 1 капля в 1 сек. В случае десорбента этанола смесь адсорбировавшихся веществ из бензина можно отмыть в делительной воронке дистиллированной водой, в других случаях — растворители отгоняются. Для бензина и выделенной смеси ароматических углеводородов определяют физико-химические показатели.
Для использования сорбентов с целью улучшения качеств бензина определяли их емкость из жидкой фазы в динамических условиях по различным эталонам нефтяных компонентов: бензолу, нафталину, н-гексану криоскопическим методом (разработка ИОНХ АН РУз) [5].
Величины адсорбционной емкости использованных в работе сорбентов положены в основу проводимых процессов деароматизации и денормализации.
Следует учесть, что вначале необходимо проведение деароматизации, затем денормализации, т. к. цеолит содержит связующий компонент и он может адсорбировать ароматические углеводороды. Обычно связующим компонентом цеолитов являются природные глины. По данным Адыловой Т. Т. связующий компонент может адсорбировать до 3 % ароматических углеводородов [6].
Поэтому для исследования индивидуального состава углеводородов бензина АИ-80 вначале провели деароматизацию топлива на силикагеле КСК. Для улучшения сорбционной емкости он был активирован соляной кислотой. Активированный силикагель высушен при температуре 160°С в течении 6 часов.
Выделенные ароматические углеводороды имели следующие физико-химические характеристики: мол. масса (криоскопией в бензоле) 120, 
, 
.
Качественная и количественная идентификация ароматических углеводородов производилась методом газожидкостной хроматографии. Исследуемая смесь состояла из 13 компонентов (рис. 2).
Рис. 2. Хроматограмма разделения на полифазном сорбенте 5 % SE-52 –хроматон N-AW-DMCS смеси ароматических углеводородов исходного бензина: 1-бензол, 2-толуол, 3-этилбензол, 4 -м+п-ксилол, 5-изопропилбензол, 6-о-ксилол, 7-пропилбензол, 8–1-метил-3-этилбензол, 9–1,3,5-триметилбензол, 10–1,2,4-триметилбензол, 11–1,2-метилпропилбензол, 12–1,2-диметил-3-этилбензол, 13–1,3-диметил-2-этилбензол
Качественная расшифровка хроматограммы была сделана введением эталонов и по соответствующим номограммам. Количественный расчет сделан методом внутренней нормализации путем определения площадей пиков (таблица) [7].
Таблица
Качественный и количественный состав ароматических углеводородов бензина
|
№ |
Углеводороды |
% масс. |
|
1. |
Бензол |
5,03 |
|
2. |
Толуол |
16,32 |
|
3. |
Этилбензол |
3,36 |
|
4. |
м+n-ксилол |
21,00 |
|
5. |
Изопропилбензол |
1,89 |
|
6. |
о-ксилол |
20,5 |
|
7. |
Пропилбензол |
8,60 |
|
8. |
1-метил-3-этилбензол |
1,24 |
|
9. |
1,3,5-триметилбензол |
7,69 |
|
10. |
1,2,4-триметилбензол |
2,47 |
|
11. |
1,2-метилпропилбензол |
7,42 |
|
12. |
1,2-диметил-3-этилбензол |
2,36 |
|
13. |
1,3-диметил-2-этилбензол |
2,12 |
Согласно литературным данным углеводороды состава С10 содержат кроме указанных в таблице 1-метил-4-пропилбензол, 1-метил-3-изопропилбензол, 1,2-диэтилбензол, 1,3-диэтилбензол, третичный бутилбензол.
Таким образом, для улучшения эксплуатационных и экологических качеств бензина разработана комплексная методика выделения и анализа ароматических углеводородов из бензина с использованием адсорбционной жидкостной и газо-жидкостной хроматографии. При этом установлен индивидуальный качественный и количественный состав ароматических углеводородов бензина.
Литература:
1. Хайитов Р. Р. Хроматографический анлиз ароматических углеводородов бензина // Узб. хим. журн. — Ташкент, 2010. — № 3. — С. 71–73.
2. Нарметова Г. Р. Коллоидно — химические основы создания полифазных сорбентов для газо — жидко — твердофазной хроматографии: Автореф. дис. … д.х.н. — Ташкент, 1993. — 38 с.
3. Топливная засуха // Газета Аргументы и факты. — Международное издание, 2011. — № 3. — 22 с.
4. Рябова Н. Д. Адсорбенты для светлых нефтепродуктов. — Ташкент: ФАН, 1975. — 144 с.
