A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
A multidimensional gas chromatography method for the analysis of dissolved hydrogen sulfide in liquid crude oil samples is presented. A Deans switch is used to heart-cut light sulfur gases for separation on a secondary column and detection on a sulfur chemiluminescence detector.
שיטה לניתוח מימן גופרתי מומס בדגימות נפט גולמיים מודגמת באמצעות גז כרומטוגרפיה. על מנת למנוע ביעילות הפרעות, משמשת שתי תצורת עמודה ממדית, עם מתג דיקנים המועסקים להעביר מימן גופרתי מהראשון לעמודה השנייה (לב-חיתוך). דגימות גולמי נוזליים מופרדות ראשונה בטור dimethylpolysiloxane, וגזי אור הם ועוד מופרד על עמודת צינור פתוח שכבה נקבובית ערובה (חלקה) כי הוא מסוגל להפריד מימן גופרתי ממיני גופרית אור אחרים-לחתוך לב. מימן גופרתי לאחר מכן זוהה עם גלאי chemiluminescence גופרית, הוספת שכבה נוספת של הסלקטיביות. בעקבות הפרדה וזיהוי של מימן גופרתי, מערכת backflushed להסיר את פחמימנים רותחים גבוהים הנוכחיים בדגימות גולמי וכדי לשמור על שלמות chromatographic. מימן הגופרתי מומס כבר לכמת בדגימות נוזל 1.1-500 עמ 'בערב, מפגין תחולה רחבה למגוון של דוגמאות. השיטה גם יושמה בהצלחה לניתוח של דגימות גז משקיות אמיץ נפט גולמי וגז תהליך, עם מדידה מ0.7 ל9,700 מימן גופרתי עמודים לדקה.
ניתוח מדויק של נפט גולמי הוא חיוני לתעשיית הנפט והגז, כמו תקנות בריאות ובטיחות וכלכלה הן פונקציות של איכות שמן. על מנת להגן על מובילים של דגימות גולמיים, יש צורך לקבוע את המאפיינים של דגימות גולמיים לפתח תקנות בטיחות ייושם במקרה של שחרור או לשפוך. בפרט, כימות של מימן גופרתי (H 2 S) היא חשובה, בשל רעילותו הגבוהה בשלב הגז; חשיפות נמוכות כמו 100 עמודים לדקה יכולה להיות קטלני (http://www.cdc.gov/niosh/idlh/7783064.html) 1,2. H 2 S מומס בדגימות גולמיים נחשב בדרך כלל להיות מאכל 3,4, ותוכל לבטל את הזרזים המשמשים לטיפול השמן 5-7. ההסרה של H 2 S מזרמים נפט הגולמי היא אידיאלית, אבל ללא שיטה למדידה מומסת H 2 S, זה קשה להעריך את ההצלחה של טיפולים להסרת. מסיבות אלה, פרוטוקול זה פותח כדי למדוד dissolved H 2 S בדגימות נפט גולמי כבדות כגון נפט גולמי חולות נפט קנדיות.
מספר השיטות סטנדרטיים קיימים לכימות של H 2 S בדגימות נפט או דלק מבוסס קלות יותר, אבל אף אחד אומתו לשימוש עם הנפט הגולמי הכבד שחולץ נפוץ מחולות הנפט הקנדיות. H 2 S וmercaptans נקבעים באמצעות טכניקת טיטרציה על ידי מוצרי יוניברסל שמן (UOP) שיטה 163 8, אך שיטה זו סובלת מהטית משתמש פרשנות שנובעת מקריאה ידנית של עקומות טיטרציה. מכון נפט השיטה (IP) 570 משתמש H 2 S מנתח מיוחד שמחמם דגימות מזוט 9, ונהנה מפשטות ואת הטלטלות, אבל חסר דיוק עם דגימות כבדות 10. האגודה האמריקנית לבדיקות וחומרים (ASTM) D5623 השיטה משתמשת גז כרומטוגרפיה (GC) עם קירור קריוגני וזיהוי סלקטיבית גופרית למדוד H 2 S בנוזלי נפט אור11,12. תקן זה יכול להיות שיפור להשתמש הפרדת סביבה וגם להיות מיושם על נפט גולמי כבד, ולכן הוא שימש כבסיס לפרוטוקול נדון במסמך זה.
GC הוא טכניקה המשמשת במידה רבה לניתוח דגימות נפט. דוגמאות מתאדים בכניסה חמה, והפרדות להתרחש בשלב הגז. הפרדת שלב הגז הופכת אידיאלית GC לניתוח של H 2 S, כפי שהוא שוחרר בקלות מהמדגם הנוזלי במהלך חימום בכניסה. ניתן ליצור שיטות GC ומותאמות למדגמים שונים, בהתאם לתוכניות הטמפרטורה משמשות, מיושמות עמודות, והשימוש בכרומטוגרפיה רב ממדית 13-15. יש כבר מספר ההתפתחויות האחרונות למדידת H 2 S באמצעות GC. ואונג et al. הפגין H 2 S ומדידת מתחם גופרית אור אחרת באור ותזקיקי ביניים באמצעות GC רב-ממדי ומיתוג דיקנים, אבל השיטה יש לאעדיין הוחל על נפט גולמי כבד 16. די Sanzo et al. H גם לכמת 2 S בבנזין באמצעות GC, אבל זה גם לא נעשה שימוש בנפט גולמי כבד, ודורש תת-סביבה קירור 17. השיטה המוצגת כאן ממחישה זמן ניכר חיסכון על פני השיטות הקודמות אלה, עם זמן ניתוח הושלם של 5 דקות, לעומת 10 דקות (ואונג) ו -40 דקות (Di Sanzo). למרבה הצער, היישום של שיטות אלה במעבדה שלנו כדי להשוות את הדיוק לא היה אפשרי בשל מגבלות ציוד והזמן.
GC הרב ממדי מאפשר למשתמש לנצל את הסלקטיביות של שתי עמודות, ולא בעמודה אחת. בGC הקונבנציונלי, הפרדה מתרחשת בעמודה אחת. במקרה של GC הרב ממדי, המדגם מופרד על שתי עמודות שונות, שיפור ההפרדה וסלקטיביות. מתג הדיקנים הוא מכשיר אחד משמש להעסיק תצורת טור דו-ממדית. המתג משתמש שסתום חיצוני לחמורזרימת גז CT מכניסה במתג לאחת משתי יציאות לשקע 18-20. שפכים מהעמודה הראשונה יכולים להיות מופנה לשני כיוונים; במקרה זה, גזי גופרית אור הם "חתך לב" 21 מההפרדה הראשונה לצינור פתוח שכבה נקבובית טור (חלקה) להפרדה משנית, אשר הוכחה להיות מעולה להפרדה של H 2 S מגזי גופרית אור אחרים (Http://www.chem.agilent.com/cag/cabu/pdf/gaspro.pdf) 22-24. גלאי chemiluminescence הגופרית משמש לזיהוי, מתן סלקטיביות לתרכובות גופרית וביטול הפרעה אפשרית מכל גזי אור אחרים שייתכן שהועברו לטור החלקה בחתך הלב. פחמימנים ממדגם הנפט הגולמי נשמרים על עמודת הממד הראשונה ויוסרו במהלך הליך backflush; זה מגן על עמודת עלילה מכל זיהום 25-27. גישה זו גם יושמה בהצלחה לאנאליתיסיס של מעכבי חמצון בשמני שנאי 28.
במסמך זה, שיטת GC דו ממדים מועסקת לניתוח והכימות של H 2 S מומס בדגימות נפט גולמי כבדות. השיטה מוצגת להיות ישים על פני טווח רחב של H 2 S ריכוזים, ויכולה לשמש גם למדידת H 2 S בדגימות שלב גז.
זהירות: יש להתייעץ בכל גיליונות הנתונים של בטיחות חומרים הרלוונטיים (MSDS) עבור חומרים לפני השימוש. בפרט, CS 2 הוא דליק מאוד ויש לאחסן ומטופלים כראוי. גז H 2 S הוא רעיל ביותר, וכל מכולות או שקיות המכילות גז H 2 S לא אמורים להיפתח או טיפלו מחוץ לfumehood פרק כראוי. עבודה עם דגימות נפט גולמי צריך להיעשות רק עם ציוד מלא מגן אישי (כפפות, משקפי מגן, מעבדה מעיל, מכנסיים ונעליים סגורות הבוהן), ואת כל הדגימות גולמי יש לפתוח, הועברו וטיפלו בfumehood. תקני גז מוסמכים יימסרו מהיצרן עם תאריך תפוגה, ולטיפול תוצאות מדויק ביותר יש לנקוט כדי להשתמש בסטנדרטים שלא פגו.
1. הכנת התקנים
2. להגדיר מכשיר עד
איור 1. מחשבון מתג דיקנים. צילום מסך של הדיקנים לעבור תכנית מחשבון. פרמטרים למשתמש להתאמה מוצגים בתיבות הלבנות, ופרמטרי פלט מוצגים בתיבות כחולות.EF = יעד "https://www.jove.com/files/ftp_upload/53416/53416fig1large.jpg" = "_ blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
תנור גז כרומטוגרף 2. איור. Configuratiבהסדר הטור בתנור GC. FID: גלאי יינון להבה, SCD:. גלאי chemiluminescence הגופרית אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
3. מכשיר כיול
ניתוח 4. לדוגמא
איור 3. chromatogram גז עם שיא H 2 S עמוס. הזרקת גז מהאמיץ של מדגם נוזל גולמי שנערך על 30 מעלות צלזיוס, הוכחת עומס יתר של SCD. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
ניתוח נתונים 5.
להעלות / 53,416 / 53416fig4.jpg "/>
איור 4. מדגם גולמי זינק עם H 2 S. שני מעולף chromatograms הממחיש את השינוי הצפוי בעת spiking מדגם גולמי עם H 2 S. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
ניתוח איור 5. גז נתונים chromatogram. צילום מסך של תכנית ניתוח נתונים המדגישה את מיקומו של שיא H 2 S באזור שיא מדגם ולשמש כדי לקבוע את הריכוז של H 2 S. אנא לחץ כאן לצפייה גדולה יותר גרסה של נתון זה. אנא לחץ עליומחדש כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 6. גיליון אלקטרוני לדוגמא לניתוח נתונים. צילום מסך של תוכנת גיליונות אלקטרוניים מראה דוגמא של איך לחשב את הריכוז של H 2 S באמצעות השטח של השיא הסטנדרטי הכיול והשטח של שיא המדגם. אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.
על מנת לקבל כימות אמין של H 2 S לדגימות שני נוזל וגז, כיול נכון הוא הכרחי. לזריקות כיול וזריקות מדגם, שיא H 2 S לא צריך להיות חופף עם פסגות שכנות וצריך אזור שיא לשחזור. איור 3 מראה הזרקה של מדגם גז שבו הגז הוא מרוכז מדי לשיטה זו. נמצא כי ריכוזי גז של יותר מ...
כדי להשיג מדידה אופטימלית של H 2 S, שיטה זו מעסיקה מתג דיקנים, backflushing וגלאי chemiluminescence גופרית (SCD). טור dimethylpolysiloxane משמש כעמודת GC הממד הראשונה, ומשמש ללעכב את התנועה של פחמימנים כבדים הווה במדגם, כך שהם לא לזהם את טור העלילה. השפעה זו מוגברת על ידי מגניב (50 מעלות צלזיוס)...
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge support from the Government of Canada's interdepartmental Program of Energy Research and Development, PERD 113, Petroleum Conversion for Cleaner Air. N.E.H would like to acknowledge her Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada Visiting Fellowship.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Deans switch | Agilent | G2855A | Or equivalent flow switching device |
Restrictor tubing | Agilent | 160-2615-10 | Fused silica, deactivated, 180 µm |
HP-PONA column | Agilent | 19091S-001 | |
GasPro column | Agilent | 113-4332 | |
Sulfur chemiluminescence detector, 355 | Agilent/Sievers | G6603A | |
H2S calibration standard, in He | Air Liquide | Custom order | 211 ppm H2S |
CS2 | Fisher Scientific | C184-500 | |
Toluene, HPLC grade | Fisher Scientific | T290-4 | |
Gas bag, 2 L | Calibrated Instruments, Inc. | GSB-P/2 | Twist on/off nozzle |
250 µl gas tight syringe | Hamilton | 81130 | |
500 ml amber glass bottle | Scientific Specialties | N73616 | |
Open top screw caps | Scientific Specialties | 169628 | |
Tegrabond disc for screw caps | Chromatographic Specialties | C889125C | 25 mm, 10/90 MIL |
1 ml gas tight syringe | Hamilton | 81330 | |
2.5% H2S in He gas standard | Air Liquide | Custom order |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved