Tr ng Đi h c Công nghi p Hà N i ườ ạ ọ ệ ộ Khoa Công ngh Hóa h cệ ọ
TR NG ĐI H C CÔNG NGHI P HÀ N IƯỜ Ạ Ọ Ệ Ộ
--------
BÀI TI U LU N Ể Ậ
XÁC ĐNH HÀM L NG CHÌ VÀ HÀM L NG NH AỊ ƯỢ ƯỢ Ự
TRONG S N PH M D U MẢ Ẩ Ầ Ỏ
Môn h cọ:
HÓA H C VÀ CÔNG NGH CH BI N D U KHÍỌ Ệ Ế Ế Ầ
Gi ng viên h ng d nả ướ ẫ : TS. Nguy n Th H uễ ế ữ
H c viên th c hi n ọ ự ệ : Nguy n Th Ngaễ ị
Mã h c viênọ: 0451120106
L pớ: Cao h c K thu t hóa h c ọ ỹ ậ ọ
Khóa : K4 đt 1ợ
1
HV: Nguy n Th Ngaễ ị GVHD:TS.Nguy n Th H uễ ế ữ
Tr ng Đi h c Công nghi p Hà N i ườ ạ ọ ệ ộ Khoa Công ngh Hóa h cệ ọ
Hà N i – 9/2015ộ
T NG QUAN V D U MỔ Ề Ầ Ỏ
D uầ mỏ và khí là nh ng ngữuồn hydrocacbon phong phú nh t có trong thiên nhiấên.
D uầ mỏ cũng như khí, ngày càng phát hi nệ được nhi uề và h uầ như ở đâu cũng thấy
d uầ m vàỏ khí không nhiều thì ít. Qua phân tích thành phần hoá học của các lo iạ d uầ mỏ
khác nhau người ta nh nậ th yấ không có lo iạ d uầ mỏ nào trên th ếgiới l iạ có thành phần
giống nhau hoàn toàn c ,ả mà chúng r tấ khác nhau và thay đổi theo trong ph mạ vi r tấ rộng.
Sự khác nhau r tấ nhi uề về thành ph nầ d uầ mỏ đã là một v nấ đề khoa học r tấ lớn. Có
nhi uề cách gi iả thích khác nhau nh ngư nói chung, muốn làm sáng tỏ v nấ đề này c nầ ph iả
trở về cuội nguồn của nó, nghĩa là ph iả xem xét quá trình hình thành và bi n ếđổi của d u vàầ
khí trong lòng đất.
Tuy nhiên, cho đnế nay cũng chưa có những ý ki nế nhận đnhị nh tấ trí v ngềuồn
gốc và sự bi nế đổi t oạ thành d uầ khí, th mậ chí có nhi uề nhà khoa học trong lĩnh vực này
còn cho r ng,ằ cho đnế khi con người sử dụng đến giọt d uầ cuối cùng trên hành tinh này
thì v n ấđề nguồn gốc của d uầ khí có thể v nẫ chưa được sáng t hoỏàn toàn.
Tuy nhiên, ngày nay với sự phát tri nể không ng ngừ của khoa học và công nghệ con
người đã chế t oạ được nhiều công cụ hi n ệđiạ phục vụ cho công cuộc nghiên cứu như
vi cệ ứng dụng các phưngơ pháp phân tích v tậ lý hi nệ điạ (s cắ ký ph ổkhối, ph ổhồng
ngo i,ạ phổ t ngửo i, pạh cổ ộng h ngưở từ h t nhân... ) ạk t ếhợp với các ph ng pháp ươ v t ậ
lý cổ truyền (ch ngư c t ấthưng,ờ chưng c t phân ấtử, chưng c t ấđng phí, cẳh ngư trích ly,
k tế tinh, trích ly, khuyếch tán nhi t...) ệđã góp phần đáng k vàoể vi cệ hi uể bi tế thêm
nguồn gốc các v tậ li uệ hữu cơ ban đuầ tạo thành dầu khí và quá trình bi nế đổi chúng.
Nhờ kết qu cả ủa các công trình nghiên cứu này mà những nhận định về nguồn gốc t oạ
thành dầu khí d nầ dần đcượ sáng tỏ, vi cệ nghiên cứu và
gi iả thích sự khác nhau về thành phần của các lo iạ d uầ trên thế giới càng được thuận
ti n và rõ ệràng hơn.
Vì v y,ậ vấn đề nghiên cứu thành ph nầ của d uầ và khí đã khai thác được và
v nấ đề nguồn gốc, sự t oạ thành và bi nế đổi của d uầ khí trong lòng đtấ là hai v nấ đề
liên quan vô cùng khăng khít.
* Nguồn gốc của dầu mỏ và khí
Khi xem xét về nguồn gốc của d uầ mỏ và khí, người ta đã đưa ra nhi uề giả
thi tế khác nhau, th mậ chí là trái ngược nhau, nhưng ch ủy uế người ta quan tâm đn haiế
giả thi tế như sau: giả thi tế về nguồn gốc h uữ cơ và giả thi tế về nguồn gốc hữu
cơ. trong ph nầ này ta s tìm hi u hai gẽ ể i thi t này.ả ế
2
Tr ng Đi h c Công nghi p Hà N i ườ ạ ọ ệ ộ Khoa Công ngh Hóa h cệ ọ
+ Nguồn gốc vô cơ c aủ dầu mỏ
Theo giả thi tế về nguồn gốc vô cơ thì dầu mỏ được hình thành từ các hợp
ch tấ vô cơ, cụ thể trong lòng đtấ có chứa các cacbua kim lo iạ như Al4C3, CaC2 ... các
ch tấ này b phịân huỷ bởi nước để t oạ ra CH4, C2H2 theo các phưngơ trình ph nả ứng
sau:
Al4C3 + 12 H2O 4 Al(OH)3 + 3 CH4
CaC2 + 2 H2O Ca(OH)2 + C2H2
Các ch t ấhữu c hình thành ơtừ các ph nả ng trên ti pứ ế tục bi nế đổi dưới tác
động của các y uế t ốnh nhi t ư ệ độ, áp su t cao và xúc tác là các khoáng sét có ấs n trongả
lòng đt ấđ t o nên dể ạ ầu khí.
Để ch ngứ minh cho giả thi tế này thì vao năm 1866, Berthelot đã ti nế hành
quá trình tổng hợp được các hợp ch tấ hydrocacbon thơm từ axtylen ở nhi tệ độ cao
với sự có m tặ của xúc tác, năm 1901, Sabatier và Sendereus tiến hành phản ứng hydro
hoá axetylen trên xúc tác Niken và S tắ ở nhi tệ độ trong khoảng 200 đn 300ế oC,
đã thu đc m t lo t các hydrocacbon t ng ng nh thành ph n c a d u mượ ộ ạ ươ ứ ư ầ ủ ầ ỏ
Cùng với nhi uề ph n ẩ ứng t ngươ tự, giả thi tế này đã thuy tế phục được nhi u nhàề khoa
học trong một thời gian dài. Tuy nhiên, trong nh ngữ ho tạ động th cự ti n thìễ giả thi tế
này đã gặp ph iả khá nhiều vấn đề mà b nả thân nó không thể giải thích được như:
Hàm lượng các hợp ch t cacbua trong lòng ấđt thì khá h nấ ạ ch trong khi ếđó thì dầu mỏ
ngày càng tìm được với số l ngượ r tấ lớn và hầu như có m tặ khắp nơi
Các phản ứng t oạ hợp ch tấ thơm và các hợp ch tấ có thành phần tương t ựnhư
thành phần của d uầ mỏ từ CH4 và C2H2 đòi hỏi có nhi tệ độ cao trong khi đó th cự
tế nhi tệ độ đtạ được trong các mỏ d uầ thì ít khi vượt quá 150 đnế 200 oC
B ngằ các phương pháp phân tích hi nệ đi,ạ ngày nay người ta đã xác định được trong
dầu thô có chứa các porphyrin là hợp ch t có nhi uấ ề trong xác đông thực v t.ậ
Chính nh ngữ khuy t ếđi m ểtrên mà gi thi t này ngày càng ả ế có ít người quan tâm và thay
vào đó là gi thi t ả ế v ngềuồn gốc hữu cơ.
+ Nguồn gốc h u cữ ơ c a ủdầu mỏ
Theo giả thi t này ếthì d u ầm ỏđược hình thành từ các hợp ch t có ngấuồn gốc
h uữ cơ, cụ thể là từ xác ch tế của động thực v tậ và tr iả qua một quá trình bi nế đổi
3
HV: Nguy n Th Ngaễ ị GVHD:TS.Nguy n Th H uễ ế ữ
Tr ng Đi h c Công nghi p Hà N i ườ ạ ọ ệ ộ Khoa Công ngh Hóa h cệ ọ
phức t pạ trong một thời gian dài (hàng chục đn hàng tếrăm tri uệ măn) dưới tác động
của nhi u ềy uế tố khác nhau nh viư khuẩn, nhi t ệđộ, áp su t và xúc tác có s nấ ả trong
lòng đtấ và đôi khi còn có sự tác động của các bức x doạ sự phóng xạ ở trong lòng đt.ấ
CH NG I : PH NG PHÁP PHÂN TÍCHƯƠ ƯƠ
1. Ph ng pháp quang ph h p th nguyên tươ ổ ấ ụ ử
Ph ng pháp phân tích ph h p th nguyên t đã đc s d ng đ xác đnh các kim lo iươ ổ ấ ụ ử ượ ử ụ ể ị ạ
trong các m u qu ng, đt, đá, n c khoáng, các m u c a y h c, sinh h c, các s n ph mẫ ặ ấ ướ ẫ ủ ọ ọ ả ẩ
nông nghi p, rau qu , th c ph m, n c u ng, các nguyên t vi l ng trong phân bón,ệ ả ự ẩ ướ ố ố ượ
trong th c ăn gia súc, v.v... nhi u n c trên th gi i, nh t là các n c phát tri n,ứ Ở ề ướ ế ớ ấ ướ ể
ph ng pháp phân tích ph h p th nguyên t đã tr thành m t ph ng pháp tiêu chu nươ ổ ấ ụ ử ở ộ ươ ẩ
đ đnh l ng nhi u kim lo i.ể ị ượ ề ạ
Đng và k m đc xác đnh b ng ph ng pháp quang ph h p th nguyên t trongồ ẽ ượ ị ằ ươ ổ ấ ụ ử
ng n l a không khí – axetilen. Đng đc đo t i b c sóng 324,8 nm, k m đc đo t iọ ử ồ ượ ạ ướ ẽ ượ ạ
b c sóng 213,9 nm.ướ
Asen và Cacdimi đc xác đnh b ng ph ng pháp quang ph h p th nguyên t khôngượ ị ằ ươ ổ ấ ụ ử
ng n l a ( lò Graphit). Asen đc đo t i b c sóng , Cadimi đc đo t i b c sóng ọ ử ượ ạ ướ ượ ạ ướ
1.1 C s lý thuy t c a ph ng pháp ph h p th nguyên t AASơ ở ế ủ ươ ổ ấ ụ ử
1.1.1 Nguyên t c và trang b c a phép đo AASắ ị ủ
Ph ng pháp phân tích d a trên c s đo ph h p th nguyên t c a m t nguyênươ ự ơ ở ổ ấ ụ ử ủ ộ
t đc g i là phép đo ph h p th nguyên t (phép đo AAS). C s lí thuy t c a phépố ượ ọ ổ ấ ụ ử ơ ở ế ủ
đo này là s h p th năng l ng (b c x đn s c) c a nguyên t t do trong tr ngự ấ ụ ượ ứ ạ ơ ắ ủ ử ự ở ạ
thái h i (khí) khi chi u chùm tia b c x qua đám h i c a nguyên t y trong môi tr ngơ ế ứ ạ ơ ủ ố ấ ườ
h p th . Vì th mu n th c hi n đc phép đo ph h p th nguyên t c a m t nguyênấ ụ ế ố ự ệ ượ ổ ấ ụ ử ủ ộ
t c n th c hi n các quá trình sau đây:ố ầ ự ệ
a.1. Ch n các đi u ki n và m t lo i trang b phù h p đ chuy n m u phân tích tọ ề ệ ộ ạ ị ợ ể ể ẫ ừ
tr ng thái ban đu (r n hay dung d ch) thành tr ng thái h i c a các nguyên t t do. ạ ầ ắ ị ạ ơ ủ ử ự Đó
là quá trình hóa h i và nguyên t hóa m u. ơ ử ẫ Nh ng trang b đ th c hi n quá trình nàyữ ị ể ự ệ
4
Tr ng Đi h c Công nghi p Hà N i ườ ạ ọ ệ ộ Khoa Công ngh Hóa h cệ ọ
đc g i là h th ng nguyên t hóa m u (d ng c đ nguyên t hóa m u). Nh đóượ ọ ệ ố ử ẫ ụ ụ ể ử ẫ ờ
chúng ta có đc đám h i c a các nguyên t t do c a các nguyên t trong m u phânượ ơ ủ ử ự ủ ố ẫ
tích. Đám h i chính là môi tr ng h p th b c x và sinh ra ph h p th nguyên t . ơ ườ ấ ụ ứ ạ ổ ấ ụ ử
a.2. Chi u chùm tia sáng b c x đc tr ng c a nguyên t c n phân tích qua đám h iế ứ ạ ặ ư ủ ố ầ ơ
nguyên t v a đi u ch đc trên. Các nguyên t c a nguyên t c n xác đnh trongử ừ ề ế ượ ở ử ủ ố ầ ị
đám h i đó s h p th nh ng tia b c x nh t đnh và t o ra ph h p th c a nó. đây,ơ ẽ ấ ụ ữ ứ ạ ấ ị ạ ổ ấ ụ ủ Ở
ph n c ng đ c a chùm tia sáng đã b m t lo i nguyên t h p th là ph thu c vàoầ ườ ộ ủ ị ộ ạ ử ấ ụ ụ ộ
n ng đ c a nó môi tr ng h p th . Ngu n cung c p chùm tia sáng phát x c aồ ộ ủ ở ườ ấ ụ ồ ấ ạ ủ
nguyên t c n nghiên c u g i là ngu n phát b c x đn s c hay b c x c ng h ng.ố ầ ứ ọ ồ ứ ạ ơ ắ ứ ạ ộ ưở
3. Ti p đó, nh m t h th ng máy quang ph ng i ta thu toàn b chùm sáng, phân liế ờ ộ ệ ố ổ ườ ộ
và ch n m t v ch ph h p th c a nguyên t c n nghiên c u đ đo c ng đ c a nó.ọ ộ ạ ổ ấ ụ ủ ố ầ ứ ể ườ ộ ủ
C ng đ đó chính là tín hi u h p th c a v ch ph h p th nguyên t . ườ ộ ệ ấ ụ ủ ạ ổ ấ ụ ử
Trang b c a phép đoị ủ
D a vào nguyên t c c a phép đo, ta có th mô t h th ng trang b c a thi t b đoự ắ ủ ể ả ệ ố ị ủ ế ị
ph AAS theo s đ nh sau:ổ ơ ồ ư
Phần
1
Phầ
n 2
Phầ
n 3
Phần 4
Ph n 1ầPh n 2 ầ Ph n 3 ầ Ph n4ầ
Ph n 1.ầ Ngu n phát chùm tia b c x c ng h ng c a nguyên t c n phân tích. Đóồ ứ ạ ộ ưở ủ ố ầ
có th là đèn cat t r ng (Hollow Cathode Lamp-HCL), hay đèn phóng đi n không đi nể ố ỗ ệ ệ
c c (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), ho c ngu n phát b c x liên t c đã đc bi nự ặ ồ ứ ạ ụ ượ ế
đi u.ệ
Ph n 2.ầ H th ng nguyên t hoá m u. H th ng này đc ch t o theo ba lo i kệ ố ử ẫ ệ ố ượ ế ạ ạ ỹ
thu t nguyên t hoá m u. Đó là:ậ ử ẫ
- K thu t nguyên t hoá m u b ng ng n l a đèn khí (F-AAS )ỹ ậ ử ẫ ằ ọ ử
5
HV: Nguy n Th Ngaễ ị GVHD:TS.Nguy n Th H uễ ế ữ