Комбинированный растворитель для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах Российский патент 2024 года по МПК G01N30/06 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу подготовки проб промысловых и сточных вод для определения точного содержания в них нефти и нефтепродуктов.

Существующий на данный момент метод определения нефти и нефтепродуктов в воде основан на предварительной экстракции нефти из воды органическим растворителем (ЕРБ 01-162-1.0-2010 Промысловая вода. Массовая концетрация нефти. Методика выполнения измеренеий; ПНДФ 14.1:2:4.168, МУК 4.1.1013-01). В качестве экстрагента (растворителя) используется четыреххлористый углерод (тетрахлорметан), который является легколетучим хлорорганическим соединением (ХОС).

Недостатками метода являются:

- большая вероятность загрязнения проб парами тетрахлорметана, что приводит к выдаче недостоверных результатов по ХОС и, как следствие, остановке сдачи нефти. К тому же четыреххлористый углерод, несмотря на отличные растворяющие свойства, является озоноразрушающим и парниковым газом;

- компоненты растворителя являются токсичным и канцерогенным веществом, необходимо соблюдать особые меры предосторожности при работе с токсичными веществами. Воздействие высоких концентраций четыреххлористого углерода может повлиять на центральную нервную систему и привести к дегенерации печени и почек. Длительное воздействие может привести к летальному исходу.

Известна композиция стандартного образца для контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов в водных средах (патент RU № 2397493, МПК G01N 33/18, 1/28, опубл. 20.08.2010. Бюл. №23), содержания нефтепродуктов в водных средах, содержащая в качестве матрицы апротонный органический растворитель и нефтепродукт. Дополнительно содержит стабилизатор, при этом в качестве апротонного органического растворителя композиция содержит предварительно очищенный тетрахлорэтилен, в качестве нефтепродукта - нефтепродукт с температурой кипения выше 70°С, а в качестве стабилизатора - гидроксилсодержащее органическое соединение в количестве не менее 0,025 г/дм³.

Недостатками композиции являются:

- содержание тетрахлорэтилена - вещество так же, как четыреххлористый углерод, является токсичным, необходимо соблюдать особые меры предосторожности при работе;

- ограниченные функциональные возможности композиции, применение этой композиции целесообразно только в качестве стандартного образца для контроля точности и достоверности методик определения нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах, где в качестве экстрагента применяют четыреххлористый углерод;

- низкая эффективность композиции вследствие содержания нефтепродукта с температурой кипения выше 70°С с неизвестным составом. Различия в составе нефтепродукта, входящего в композицию, могут исказить результаты анализа и будут влиять на экстракционную способность композиции и степень извлечения нефти и нефтепродуктов из промысловых и сточных вод.

Известна композиция стандартных образцов для контроля погрешности измерений содержания нефтепродуктов в водных средах (патент RU 2283484, МПК G01N 1/28, 33/18, опубл. 10.09.2006. Бюл. № 25), содержащая полярный гидрофильный апротонный органический растворитель и нефтепродукт. В качестве полярного гидрофильного апротонного органического растворителя содержит диметилформамид. В качестве нефтепродукта - нефтепродукт с содержанием воды и механических примесей не более 0,005% и зольностью не более 0,005%.

Недостатками композиции являются:

- композиция содержит диметилформамид, который хорошо растворим в воде, что негативно сказывается на процессе экстракции нефти и нефтепродуктов из воды;

- низкая эффективность композиции вследствие содержания нефтепродукта с неизвестным составом, что может исказить результаты анализа и вносит неопределенность в экстракционную способность растворителя, как следствие, низкая степень извлечения нефти и нефтепродуктов из промысловых и сточных вод.

Существует комбинированный растворитель (статья в журнале «Вестник технологического университета» №12, 2022 г, стр. 88-92), состоящий из гексана, изооктана и ксилола.

Недостатками предложенного растворителя являются:

- компонент растворителя ксилол имеет ряд изомеров, несколько отличающихся физическими характеристиками и реакционной способностью, что может исказить результаты анализа и вносит неопределенность в экстракционную способность растворителя, как следствие, низкая степень извлечения нефти и нефтепродуктов из промысловых и сточных вод. А также ряд изомеров обладают неприятным запахом, что вызывает трудности работы персонала химико-аналитических лабораторий с растворителем. На практике показало, что смешение компонентов растворителя придает составу резкий, едкий запах, что также замедляет скорость работы;

- применение в составе гексана удорожает растворитель;

- степень извлечения нефти и нефтепродуктов из промысловых и сточных вод ниже в сравнении с предлагаемым растворителем.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является растворитель для определения нефтепродуктов в промысловых и сточных водах (патент RU №2093812, МПК G01N 1/28, опубл. 20.10.1997), содержащий растворитель, смешивающийся с водой, в качестве растворителя применяют гексан. Органический компонент в растворителе наносят на предварительно сформованный инертный компактный носитель, растворимый в воде, с последующим удалением растворителя испарением, затем носитель с органическим компонентом растворяют в воде.

Недостатками предложенного растворителя являются:

-низкая эффективность, связанная с низкой точностью проведения анализа из-за низкой экстракционной способности, низкой степенью извлечения нефти и нефтепродуктов из промысловых и сточных вод до 89,7%;

- большой углеродный след;

- компонентом растворителя является гексан в чистом виде, гексан оказывает раздражающее воздействие на кожу, при вдыхании действует как наркотическое вещество, вызывая сонливость, головокружение, поражение периферической нервной системы и онемение ног, угнетение ЦНС. Пары гексана вызывают раздражение слизистой глаз. Как следствие, необходимо соблюдать особые меры предосторожности при работе с веществом.

Техническими проблемами являются низкая точность и степень извлечения нефти и нефтепродуктов из промысловых и сточных вод, длительность проведения анализа, а также негативное воздействие на здоровье персонала химико-аналитических лабораторий.

Техническим результатом изобретения является создание комбинированного растворителя для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах с улучшенными физико-химическими и технологическими свойствами за счет повышения точности и степени извлечения нефти, сокращения времени проведения анализа, устранения неприятного запаха. А также снижение уровня риска для здоровья персонала химико-аналитических лабораторий.

Технический результат достигается комбинированным растворителем для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах, содержащим гексан.

Новым является то, что комбинированный растворитель дополнительно содержит изооктан, ксилол нефтяной при объемном соотношении компонентов н-гексана, изооктана, ксилола нефтяного 1:1:1 соответственно.

Для приготовления комбинированного растворителя используют следующие компоненты:

- н-гексан - жидкий углеводород метанового ряда. Температура кипения 68,8-69,3°С, плотность при 20°С 0,6585-0,6605 г/см³. Не содержит ароматических углеводородов и сернистых соединений. Не содержит непредельных соединений, выпускается по ТУ 2631-158-44493179-13;

- изооктан - бесцветная прозрачная жидкость, углеводород парафинового ряда. Плотность при 20°С 0,6918-0,6921 г/см³, температура кипения 99,15-99,35°С, не содержит непредельных углеводородов, выпускается по ГОСТ 12433-83;

- ксилол нефтяной - смесь трех изомеров ксилола (орто-, мета и пара-ксилол) и этилбензола; получается в процессе ароматизации нефтяных фракций. Прозрачная жидкость, не содержащая посторонних примесей и воды. Плотность при 20°С 0,860-0,870 г/см³, выпускается по ГОСТ 9410-78.

Сущность изобретения заключается в создании комбинированного растворителя для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах.

Функции, выполняемые компонентами в комбинированном растворителе:

- н-гексан извлекает из пиролизных смесей (воды, в которой присутствует нефть и нефтепродукты) наиболее растворимые органические соединения (нормальные парафиновые углеводороды), затем происходит разрушение хелатов, органических коллоидов, органо-минеральных соединений;

- ксилол нефтяной растворяет ароматические соединения нефти. Нефтяной ксилол, состоящий в основном из двух компонентов - это 36,4136% орто-ксилола и 62,9814 m-ксилола, улучшает способность к экстракции нефти из воды, т.к. m-ксилол имеет температуру кипения, равную 139,1°С, плохо растворим в воде (0,196 1 гр/ 1 л), а орто-ксилол имеет температуру, равную 144,4°С, так же плохо растворим в воде, менее чем 0,015% масс.;

- изооктан растворяет вещества нефти изомерного строения, благодаря своей способности - нерастворимости в воде - улучшает способность к экстракции нефти из воды.

Оптимальное количество компонентов и их соотношение в комбинированном растворителе установлено опытным путем, чтобы он был в конкретных изменяющихся условиях промысловых и сточных вод максимально эффективным и экономичным.

При уменьшении содержания компонентов в предлагаемом комбинированном растворителе меньше 1 приводит к уменьшению степени извлечения нефти и нефтепродуктов из промысловых и сточных вод.

При увеличении содержания компонентов в предлагаемом комбинированном растворителе снижается технологичность или это нецелесообразно ввиду стабилизации параметров на одном уровне.

В лабораторных условиях комбинированный растворитель для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах массой 100 г готовят следующим образом. Компоненты, входящие в растворитель, берут в количестве необходимого для анализа. Для приготовления 750 мл растворителя необходимо взять по 250 мл каждого компонента (250 мл н-гексана, 250 мл изооктана, 250 мл ксилола нефтяного) и перемешать их, последовательность смешения не важна, что влияет на скорость и простоту постановки реакции. Все три компонента в комбинированном растворителе растворяются друг в друге, образуя однородную гомогенную жидкость, не растворимую в воде. Химических реакций при смешении компонентов не происходит. Полученный объем растворителя используют для пробоподготовки перед определением содержания нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах. Все работы с н-гексаном проводят по мере возможности в герметичных емкостях и при обязательном наличии сбалансированной приточно-вытяжной вентиляции.

Эффективность комбинированного растворителя для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах в лабораторных условиях оценивали определением остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в водной части пробы воды с содержанием нефти и нефтепродуктов (в табл. это массовая концентрация нефти или нефтепродуктов в воде после экстракции и степень извлечения).

Для определения полноты экстракции точную навеску нефти растворяли в сточной воде. Далее полученный раствор экстрагировали растворителями: предлагаемым комбинированным растворителем, гексаном, изооктаном и ксилолом нефтяным, известным комбинированным растворителем (см. табл.). После этого водную часть раствора анализировали по стандартной фотометрической методике с четыреххлористым углеродом в качестве экстрагента. По остаточному содержанию нефти и нефтепродуктов в водной части раствора оценивали полноту экстракции нефти исследуемыми растворителями. В таблице приведены результаты определения содержания нефти и нефтепродуктов в воде после экстракции указанными растворителями.

Таблица. Результаты определения полноты экстракции нефти и нефтепродуктов из воды различными растворителями

№ п/п Вид растворителя Mасса (нефти), г Массовая концентрация нефти или нефтепродуктов в воде, С, мг/л Степень извлечения, % Время проведения анализа, мин Запах растворителя Исходная После экстракции 1 Комбинированный растворитель (1:1:1) 0,1575 630 10 98,4 35 Слабый запах 2 Гексан (наиболее близкий аналог) 0,1090 436 45 89,7 60 Слабый запах 3 Изооктан 0,1330 532 50 90,6 60 С запахом бензина 4 Ксилол 0,1450 580 35 94,0 50 Ярко выраженный едкий бензольный запах 5 Комбинированный растворитель (по статье из журнала) 0,1430 572 16 97,2 45 Ярко выраженный едкий бензольный запах

Приведенные в табл. данные свидетельствуют о том, что предлагаемый растворитель по сравнению с растворителем по наиболее близкому аналогу, а также изооктану, ксилолу и известному комбинированному растворителю имеет остаточную массовую концентрацию нефти или нефтепродуктов в воде после эктракции и большую степень извлечения нефти.

Время проведения анализа с предлагаемым комбинированным растворителем более короткое по сравнению с растворителем по наиболее близкому аналогу, а также изооктану, ксилолу и известному комбинированному растворителю.

Запах у предлагаемого комбинированного растворителя слабый, нераздражающий, комфортный в работе.

Таким образом, создан комбинированный растворитель для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах с улучшенными физико-химическими и технологическими свойствами за счет повышения точности и степени извлечения нефти, сокращения времени проведения анализа, устранения неприятного запаха. А также снижение уровня риска для здоровья персонала химико-аналитических лабораторий.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу подготовки проб промысловых и сточных вод для определения точного содержания в них нефти и нефтепродуктов. Комбинированный растворитель для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах, содержащий гексан. Дополнительно комбинированный растворитель содержит изооктан, ксилол нефтяной при объемном соотношении компонентов н-гексана, изооктана, ксилола нефтяного 1:1:1 соответственно. Техническим результатом является повышение точности анализа и степени извлечения нефти. 1 табл.

Комбинированный растворитель для определения массовой концентрации нефти и нефтепродуктов в промысловых и сточных водах, содержащий гексан, отличающийся тем, что комбинированный растворитель дополнительно содержит изооктан, ксилол нефтяной при объемном соотношении компонентов н-гексана, изооктана, ксилола нефтяного 1:1:1 соответственно.