Метод термоэкстракции газово-жидких микровключений из порошков геологических образцов без концентрирования проб для хроматографического исследования Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© И.Э. Памирский, A.B. Козырь, К.С. Голохваст, 2013

УДК 550.4.02; 550.4.07; 550.4.08; 553.98

И.Э. Памирский, А.В. Козырь, К.С. Голохваст

МЕТОД ТЕРМОЭКСТРАКЦИИ ГАЗОВО-ЖИДКИХ МИКРОВКЛЮЧЕНИЙ ИЗ ПОРОШКОВ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ БЕЗ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ПРОБ ДЛЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Представлено краткое сообщение о методе термоэкстракции газово-жидких включений из порошков геологических пород без стадии концентрирования проб. Экстракты можно подавать в газовый хроматограф. Приводятся первые опытные данные по отработке метода на примере исследования мелкодисперсных порошков бурого угля и базальта Амурской области. Предложенный метод может применяться при изучении генезиса и преобразования минералов и пород, а также нефтегазоносности, происхождения и условий образования месторождений нефти и газа. Ключевые слова: газово-жидкие микровключения, летучие, бурый уголь, базальты, нефтегазоносность, термобарогеохимия, термоэкстракция, термодесорбция, декрепитация, гомогенизация, хроматография, углеводороды, инертные газы.

Введение

Методы термобарогеохимии применяются для решения практических и фундаментальных задач тесно связанных с минералогией, вулканологией, геофизикой и другими направлениями геологии. Данные по исследованию газо-во-жидких микровключений способствуют фундаментальным исследованиям происхождения и условий образования месторождений нефти и газа, а также глубинного минералообразо-вания и преобразования минералов руд и пород. В практической области особое значение имеет прогнозирование, поиски, разведка и геолого-экономическая оценка месторождений, исследование нефтегазоносности. Поэтому разработка и усовершенствование методов геохимии направленных на решение данных вопросов является актуальной задачей.

В данном сообщении представлен метод и устройство экстракции газово-жидких микровключений из порошков геологических пород без стадии концентрирования проб, исключая пиролиз углеводородов и других органических соединений.

Материалы и методика исследования

В качестве образцов были взяты образцы бурого угля и базальта (Амурская область). Образцы измельчали на дисковой вибромельнице HSM 100H (Herzog, Германия) в течение 60 секунд (1420 об/мин, температура камеры около 25 °С) до мелкодисперсного порошка (гранулометрический анализ не проводился). Порошок хранился в бумажных конвертах при комнатной температуре.

1 г порошка помешали в герметичный термоэкстрактор (тонкостенная трубка из нержавеюшей стали объемом 2,5 мл, рис. 1), который затем нагревали до 200 °С в течение 3 минут (предусмотрен нагрев от 0 до 350 °С с шагом 50 °С; настройка температурного режима предусматривается электрической схемой блока питания термоэкстрактора), далее 2 минуты поддерживали заданную температуру. Затем собирали (либо продували газом носителем, либо за счет давления в термоэкстракторе) газовую смесь в мерный полипропиленовый шприц с резиновой манжетой на поршне, которым подавали исследуемую смесь в газовый хроматограф 7890А (Agilent, США). Для калибровки хроматографа использовали неорганические и органические стандарты (Б №12090 и Б №12155, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия; P/N 5080-8756, Agilent, США). В случае продувки газом носителем для определения гелия в образцах использовали аргон, а для определения азота - гелий. Конфигурация хроматографа, режим разгонки и система клапанов приведены на рис. 2 и табл. 1.

_/ - --

1 2 5

Рис. 1. Подключение термоэкстрактора к хроматографу: 1 - газ носитель, 2 - блок питания, 3 - термоэкстрактор, 4 - емкость для сбора газа, 5 - газовый хроматограф

Рис. 2. Схема узлов и система клапанов хроматографа:

Аг - аргон, Не - гелий, Air - воздух, Н2 - водород, Sample In - ввод образца в петлю (LOOP), Sample Out - вывод образца из петли, РСМ -пневматический модуль управления потоками, ЕРС - пневматический модуль электронного регулирования потоков, PPI - устройство для введения образца, TCD - детектор по теплопроводности, FID - пламенно-ионизационный детектор. Характеристики колонок и молекулярных сит приводятся в табл. 1

Таблица 1

Конфигурация хроматографа и режим разгонки газово-жидких микровключений

Ввод пробы: Ручной ввод через петли

Объем пробы (петли): 500 мкл 500 мкл

Каналы: Канал 1 Канал 2

Газ носитель: Аргон Гелий

Устройство для введения образца (PPI)*

Температура: 100 °С

Общий поток: 31 мл/мин

Обдув септы: 3 мл/мин

Колонки

1 Mol Sieve 5A (14067-U) 2 HayeSep Q (13018-U) 1 HayeSep Chromosorb PAW UCW-98 (13049-U) 2 HayeSep Chromosorb PAW DC-200 (13039-U) 3 HayeSep Q (13038-U) 4 Mol Sieve 13X (13036-U)

Скорость потока в колонках: 15 мл/мин 28 мл/мин

Температура термостата 90 0С

Время разгонки 20 мин

Детекторы

Катарометр (TCD) He, H2 Катарометр (TCD) СО2, N2, O2 Пламенно-ионизационный детектор (FID) С1-С6

Температура: 200 0С 150 0С 250 0С

Поток водорода: 35 мл/мин

Поток воздуха: 300 мл/мин

Поток газа носителя: 45 + 2 (поддув) мл/ мин 45 + 2 (поддув) мл/ мин

Скорость выработки данных (Data rate) 5 Гц

Примечание: РР1 не используется для ввода образца, при необходимости данный узел можно исключить из системы.

Результаты и обсуждения

Хроматографический анализ газово-жидких микровключений, полученных термоэкстракцией без стадии концентрирования, показал, что исследуемые порошки содержат водород, гелий, кислород, азот, диоксид углерода, метан, этан, этилен, пропан, бутан, пентан и гексан (табл. 2). Количественное содержание индивидуальных соединений не приводится. На хроматограммах также зафиксированы неидентифицирован-ные компоненты газовых смесей.

Таблица 2

Качественный состав газово-жидких микровключений порошков

Соединение ОБРАЗЕЦ

Воздух Уголь Базальт

Гелий (Не) + + +

Водород (Н2) + + +

Кислород (02) + + +

Азот (N2 + + +

Диоксид углерода (С02) + + +

Метан (СН4) + + +

Этан (С2Н6) + +

Этилен (С2Н4) + +

Пропан (С3Н8) + +

и-бутан (С4Н10) + +

н-бутан (С4Н10) +

Бутилен (С4Н8) +

и-пентан (С5Н12) + +

и-пентан (С5Н12) + +

Гексан (С6Н14) + +

Выход газовой и жидкой фазы из образцов связан с явлениями декрепитации и термодесорбции, поэтому зависит от степени и способа помола, декрептоактивности образцов. В связи с этим условия пробоподготовки необходимо подбирать для разных типов образцов.

Выводы

Полученные результаты позволяют сделать предварительное заключение о насыщенности газово-жидкими включениями и о температурных интервалах их вскрытия и десорбции.

Для проведения дифференцированного анализа сорбированных и герметизированных газово-жидкостных включений данным методом, необходимо комплексное исследование с применением электронной микроскопии и других методов.

Применимость данного метода зависит от концентрации микровключенных газов в исследуемом образце и чувствительности газового хроматографа.

Предложенный метод может применяться при изучении нефтегазоносности, происхождения и условий образования месторождений нефти и газа, генезиса и преобразования минералов и пород, а также для решения задач из других научных областей, гттш

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Памирский Игорь Эдуардович - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, [email protected], ФГБУ науки «Институт геологии и природопользования Дальневосточного отделения Российской академии наук» (ИГиП ДВО РАН),

Козырь Аркадий Валентинович - кандидат технических наук, заведующий лабораторией, [email protected], ФГБОУ ВПО Амурский государственный университет (АмГУ),

Голохваст Кирилл Сергеевич - кандидат биологических наук, доцент кафедры нефтегазового дела и нефтехимии, [email protected], ФГАОУ Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ).

А