Medición de H₂ S en Petróleo Crudo y Crudo Headspace Usando Multidimensional Cromatografía de Gases, Decanos de conmutación y detección-Azufre selectiva

El análisis preciso del crudo es esencial para la industria de petróleo y gas, como reglamentos y economía de la salud y seguridad son funciones de la calidad del aceite. Con el fin de proteger a los transportadores de muestras crudas, es necesario determinar las propiedades de las muestras de crudo para desarrollar las normas de seguridad que se aplicará en el caso de un escape o derrame. En particular, la cuantificación de sulfuro de hidrógeno (H ₂ S) es importante, debido a su alta toxicidad en la fase de gas; exposiciones tan bajas como 100 ppm pueden ser fatales (http://www.cdc.gov/niosh/idlh/7783064.html) ^1,2. Disuelto H ₂ S en muestras crudas se considera generalmente que es corrosivo ^3,4, y se puede desactivar los catalizadores utilizados para tratar el aceite ^5-7. La eliminación de H ₂ S a partir de corrientes de crudo es ideal, pero sin un método para medir disuelto H ₂ S, es difícil evaluar el éxito de los tratamientos de eliminación. Por estas razones, este protocolo fue desarrollado para medir dissolved H ₂ S en muestras de crudo pesado, tales como arenas petrolíferas canadienses crudos.

Una serie de métodos estándar existe para la cuantificación de H ₂ S en muestras de petróleo o combustible basado más ligeros, pero ninguno ha sido validado para su uso con los crudos más pesados ​​comúnmente extraídos de las arenas petrolíferas de Canadá. H ₂ S y mercaptanos se determinan usando una técnica de titulación por Universal Oil Products (UOP) método 163 ^8, pero este método adolece de sesgo usuario interpretación que resulta de la lectura manual de curvas de valoración. Instituto de método de Petróleo (IP) 570 utiliza una especialidad H ₂ S analizador que calienta las muestras de aceite de combustible ^9, y se beneficia de la simplicidad y la portabilidad, pero carece de precisión con muestras más pesados ^​​10. La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) Método D5623 utiliza cromatografía de gases (GC) con enfriamiento criogénico y detección selectiva de azufre para medir H ₂ S en líquidos derivados del petróleo ligeros11,12. Esta norma podría ser mejorado para utilizar una separación ambiente y también ser aplicada a crudos más pesados, por lo que se utiliza como base para el protocolo discutido en el presente documento.

GC es una técnica muy usada para el análisis de muestras de petróleo. Las muestras se vaporizan en una entrada de agua caliente, y separaciones se producen en la fase gaseosa. La separación de fases gas GC hace ideal para el análisis de H ₂ S, ya que es fácilmente liberado de la muestra de líquido durante el calentamiento en la entrada. Métodos GC pueden ser creados y adaptados para diferentes muestras, dependiendo de los programas de temperatura usados, columnas implementados, y el uso de cromatografía multidimensional ^{13-15 de.} Ha habido una serie de acontecimientos recientes para la medición de H ₂ S utilizando GC. Luong et al. H ₂ S y otra medición compuesto de azufre luz en destilados ligeros y medios usando GC multidimensional y conmutación Decanos demostrado, pero el método no tienesin embargo, ha aplicado a crudos más pesados ^​​16. Di Sanzo et al. H también cuantificado ₂ S en la gasolina que utilizan GC, sin embargo, también no se ha utilizado en crudos más pesados, y requiere de refrigeración ¹⁷ sub-ambiente. El método presentado aquí demuestra un tiempo considerable ahorro de más de estos métodos anteriores, con un tiempo de análisis de 5 min completado, en comparación con 10 min (Luong) y 40 min (Di Sanzo). Por desgracia, la aplicación de estos métodos en nuestro laboratorio para comparar la precisión no fue posible debido a los equipos y restricciones de tiempo.

GC Multidimensional permite al usuario explotar la selectividad de dos columnas, en lugar de una sola columna. En GC convencional, la separación se produce en una columna. En el caso de GC multidimensional, la muestra se separa en dos columnas diferentes, mejorando la separación y la selectividad. El interruptor de Decanos es un dispositivo utilizado para emplear una configuración de columna de dos dimensiones. El conmutador utiliza una válvula externa de direflujo de gas ct desde una entrada en el interruptor para uno de los dos puertos de salida ^18-20. El efluente de la primera columna puede ser dirigida en cualquier dirección; En este caso, los gases de azufre de luz son "corte corazón" ²¹ de la primera separación a un tubular abierto capa porosa (PLOT) en la columna para separación secundaria, que se ha demostrado ser excelente para la separación de H ₂ S de otros gases de azufre luz (http://www.chem.agilent.com/cag/cabu/pdf/gaspro.pdf) ^22-24. Un detector de quimioluminiscencia de azufre se utiliza para la detección, proporcionando selectividad para compuestos de azufre y la eliminación de la posible interferencia de cualesquiera otros gases ligeros que pueden haber sido transferidos a la columna PLOT durante el corte del corazón. Hidrocarburos de la muestra de aceite crudo se retienen en la columna de la primera dimensión y se eliminan durante un procedimiento de toma retroactiva; esto protege la columna de la PARCELA de cualquier contaminación ^25-27. Este enfoque también ha sido aplicado con éxito para el analanalysis de inhibidores de la oxidación en aceites de transformadores ^28.

En este documento, un método GC bidimensional se emplea para el análisis y la cuantificación de H ₂ S disuelto en muestras de crudo pesado. El método se muestra para ser aplicable en un amplio intervalo de concentraciones de H ₂ S, y también se puede utilizar para medir H _{2 S en} muestras de fase gas.