[化学]第三章石油化学组分分离及分析方法.ppt

油气储运应用化学 授课内容 第一章 绪论 第二章 油气储运化学基础知识 第三章 原油化学组成的分离及分析方法 第四章 原油处理 第五章 天然气处理与加工 第六章 油田污水处理 第七章 原油输送用化学剂 第八章 成品油添加剂 第三章 原油化学组分分离及分析方法 本章内容 精密分馏及分子蒸馏 气相色谱、液相色谱 元素分析法 光谱法 核磁共振、质谱法 §3.1 精密分馏、分子蒸馏 精密分馏 当需要将原油分离为更窄的馏分及将沸点差很小的混合物进行分离时，则要用分馏效率较高的精密分馏。 精密分馏装置 高效的分馏柱填料：填料应具有较大的比表面积和较高的空隙率； 较高的回流比：在一定范围内，回流比越大，分馏效率越高； 精密分馏 分馏柱的保温：最理想的分馏是在绝热的情况下操作，过多的散热会影响分馏效率，而且易形成液泛。 常用抽空的镀银夹层玻璃柱为绝热分馏柱或用分段电热保温 分子蒸馏 原油中重质组分的沸点很高，在一般能达到的减压条件下进行蒸馏（0.1KPa），也只能蒸馏出相当于常压沸点为530℃以下的馏分。如果再继续提高蒸馏温度，油样就会发生分散。对这部分高涨点馏分，需要用分子蒸馏（Molecular Distillation)或短程蒸馏（Short path distillation) 分子蒸馏原理 根据气体分子运动论，气体分子在两次连续碰撞间所行经的距离称为自由程。由于分子的混乱运动，所以自由程也是不断地无规则地变化，其平均值则称为平均自由程，以符号λ表示。 分子蒸馏原理 分子蒸馏原理 平均自由程与压力成反比，压力越低时，分子在单位时间内碰撞次数越少，平均自由程也越大。 分子蒸馏原理 对于原油中较大的分子，在0.1Pa的高真空下，其平均自由程可达到10cm左右。在这样低的压力下加热油样，其液相表面的分子会蒸发逸出。 分子蒸馏原理 如在与液相表面距离小于其平均自由程处设置一温度较低的表面，则从液相表面逸出的分子会在这个冷表面上冷凝。 分子蒸馏原理 分子蒸馏的特点：蒸馏时的温度并没有达到所分离物质在该压力下沸点，只有依仗液相的表面蒸发。这样可避免因温度过高而造成的分解。 §3.2 气相色谱法 气相色谱法 色谱法是俄国科学家茨维特于1906年首创，目前广泛用来作为分离和分析多组分混合物的有效方法。按照流动相的状态可分为气相色谱（Gas chromatogrphy,GC)和液相色谱法（Liquid chromatography,LC）两大类。 气相色谱法原理 利用试样中各组分在色谱柱的流动相和固定相之间具有不同的分配系数（即在固定相上具有不同的吸附值或溶解度）来进行分离的。 气相色谱法原理 被分离的混合物在进样口气化为气体后，由载气（流动相）携带进入色谱柱，由于载气的不断冲洗而向下游移动，其中吸附（或溶解）能力最弱的组分向下游移动的速度最快，而吸附（或溶解）能最强的组分向下游移动的速度最慢。 气相色谱法原理 经过一定的柱长后，由于组分在色谱柱中反复多次的分配，即使原来性质差异很小的组分，也能分开。这样，试样中各组分便能按其吸附（或溶解）能力由弱到强依次流出，从而使各组分得以分离。 气相色谱法原理 保留时间（tR）：从进样到色谱峰流出极大值时的时间。在特定的固定相及实验条件下，每一组分都有一个特定的保留时间，可以用它来作为定性指标。 气相色谱法原理 要对混合物中各组分进行定性和定量，它们的谱峰之间必须有足够大的距离，同时色谱峰必须很窄，才能达到完全分离的目的。 气相色谱法原理 色谱峰之间的距离是由物质在两相间的分配系数决定的，峰的宽窄由柱效率所决定。 分辩率（分离度）Rs是定量描述混合物中相邻两组分在色谱柱中分离情况的主要指标。 气相色谱法原理 分辩率（Rs）或分离度是相邻两谱峰中心间的距离与两谱峰的平均宽度之比 气相色谱法原理 Rs越大意味着这两组分分离得越好， 当 Rs≥1.5时，两组分即可完全分离。 气相色谱仪 气相色谱仪主要由载气系统、进样器、色谱柱、检测器及数据处理系统等组成。 气相色谱仪 1、载气：气相色谱所用的流动相载气一般由高压气瓶提供，常采用的载气有氢气、氮气、氦气或氩气，可根据不同的分析对象进行选择。 气相色谱仪 2、色谱柱：是气相色谱的核心部分，样品中各组分是在色谱柱中得到分离的。色谱柱分为填充柱及开管柱两大类，以填充柱为主。 气相色谱仪 2、色谱柱：填充柱中装有均匀涂布以固定液的很细的担体或吸附剂。柱材料一般是不锈钢、玻璃、石英或聚四氟乙烯等。 气相色谱仪 3、