Методы анализа углеводородных газов

Перед выполнением полного анализа природного, попутного газа или газа нефтепереработки, содержащего непредельные углеводороды, проводят предварительный анализ с целью определения основных компонентов газа, непредельных углеводородов и алканов, а также наличия и количеств неорганических составных частей: углекислого газа, кислорода, водорода, сероводорода. Такой анализ позволяет установить, к какой категории относится дан­ный газ, и выбрать метод его полного анализа.

Для предварительного анализа газов используют приборы, работа которых основана на поглощении основных частей газа различными хи­мическими веществами (поглотителями). Примером таких приборов может служить аппарат марки ВТИ-2. Для того чтобы определить химический состав какого-либо газа на аппара­тах такого типа, образец газа определенного объема последовательно пропускают через адсорберы, содержащие различные химические пог­лотители, и измеряют объем газа после поглощения в каждом адсорбе­ре. Изменение объема газа после его поглощения позволяет вычислить процентный состав каждого компонента (% об).

Для определения углекислого газа СО₂ (оксида углерода (IV)) в качестве поглотителя используют водный раствор гидроксида калия или натрия

СО₂ + 2 КОН ® К₂СО₃ + Н₂О,

для определения кислорода – щелочной раствор пирогаллола

1/2 О₂ + 2 C₆H₃(ONa)₃ ® (NaO)₃C₆H₂–C₆H₂(ONa)₃ + Н₂О

или раствор гидросульфита натрия

О₂ + 4 NaНSО₃ ® 2Na₂SО₄ + 2SО₂ + 2H₂О

Для определения содержания олефинов газ пропускают через раствор брома в воде (бромную воду). Олефины реагируют с бромом, превращаясь
в дибромиды:

R–СН = СН₂ + Вr₂ ® R–СНBr–СН₂Br

Содержание водорода, углерода и суммы алканов в газе определяют после их полного окисления до образования H₂О и СО₂. Вначале определяют водород и оксид углерода (II), пропуская газ через трубку, наполненную нагретым оксидом меди (II) СuО. При окислении газов над СuО протекают следующие реакции:

H₂ + CuO®Cu + H₂O

СО + СuО ® Сu + СO₂

Водород окисляется до воды, пары которой конденсируются. При окислении оксида углерода (II) образуется такой же объем оксида углерода (IV). Уменьшение общего объема газа происходит только за счет окисления водорода, что позволяет определить его содержание. После поглощения углекислого газа раствором щелочи рассчитывают процентное содержание СО. Для определения содержания СО можно использовать также поглощение его суспензией, состоящей из сульфата меди (I) Cu₂SО₄ и b-нафтола в концентрированной серной кислоте.

Газообразные алканы определяют, пропуская газ через слой оксида меди при температуре 950 °С. При этом происходит их полное окисление. Например, метан окисляется по реакции

СН₄ + 4 СuО ® СO₂ + 2 Н₂O + 4 Сu

Углекислый газ, образующийся при окислении, поглощают раствором щелочи. По разности объемов газа до и после окисления и обработки раствором щелочи определяют содержание алканов.

Еслив газе содержится азот, он остается в остатке после анализа всех компонентов газовой смеси.

Наиболее быстрым и универсальным методом полного анализа газов является метод газовой хроматографии. Анализ проводят на газовых хроматографах (см. раздел 2.10). В качестве неподвижной фазы используют твердые адсорбенты, иногда модифицированные добавлением небольшого количества (5 – 10 %) жидкой фазы – вазелинового масла.