Molecular Weight Measuring Methods for Saturate Fraction Separated from Heavy Oil

Shinya SATO
2018 Nihon Enerugi Gakkaishi/Journal of the Japan Institute of Energy  
重質油から分画した飽和分の分子量測定法 佐藤 信也 † Number average molecular weight (Mn) of saturates (CL), which recovered from Cold Lake oil sand bitumen by column chromatography , was estimated from a chromatogram obtained by gaschromatographic distillation (GCD, ASTM D 7169), and compared with Mn measured by cryoscopy and gel permeation chromatography (GPC). When Mn is estimated from a chromatogram obtained by GCD, the following conditions should be satisfied. The first, a chromatogram returns to baseline, and the
more » ... second, the correlation between boiling point and molecular weight was known prior to the estimation. The second condition is filled with good linear correlations between the boiling points and the logarithm of the formula weights for alkanes and alkylbenzenes, respectively. For CL, the first condition was regarded to be filled because the chromatogram returns very close to the baseline. The Mn was estimated to be 400 using a calibration curve based on alkylbenzenes, because its H/C atomic ratio (1.78) was closer to alkylbenzenes than to alkanes. Cryoscopy is a more basic method for Mn measurement, because no calibrations are required. Here, the Mn was measured by cryoscopy using about 10 mL of p-Xylene solution with the concentrations of 17.2, 8.63, and 1.57 g/kg. As a result, Mn was calculated to be 370. In addition, a conventional gel permeation chromatography (GPC) method was performed, and the Mn was estimated to be 490. Comparing those three methods, GCD method is the most convenient when a sample meets the conditions described above. However, only saturate fraction can be applicable at a moment. Cryoscopy is applicable for any fractions in principle, but it requires relatively large sample amount (c.a. 150 mg), and it is available for a sample with Mn up to about 500. Mn obtained by GPC using polystyrene standards was most inaccurate among the methods described here. It is necessary to adopt new standards other than polystyrene for more reliable molecular weight measurement. Cold Lake 産オイルサンドビチューメンよりカラムクロマトグラフィー法(JPI-5S-22-83)で分画した飽和分(CL)の数平 均分子量(Mn)を蒸留ガスクロマトグラフィー (GCD,ASTM D 7169 準拠) ,凝固点降下法,ゲル浸透クロマトグラフィー (GPC)で比較した。 GCD 法で Mn を推算する場合には,GCD で得られたクロマトグラムがベースラインに戻っていること,および沸点と分 子量の相関が事前に分っていることという条件が必要である。後者については,アルカンおよびアルキルベンゼンで式量の 対数と沸点の間に一次の相関があることが利用できる。CL の試料ではクロマトグラムの終点がほぼベースラインに戻ってい ることから,最初の条件も満足していると見なした。CL の H/C 原子比 (1.78)はアルカンよりもアルキルベンゼンの値に近 いことから,アルキルベンゼンの沸点-分子量の関係を用いて Mn = 400 と推算された。 凝固点降下は較正曲線を用いないので,より基本的な分子量測定法である。本報告では 17.2,8.63,1.57 g/kg の濃度 の p-キシレン溶液, 約 10 mL を用い, 凝固点降下による分子量測定を行った。その結果, CL の分子量は 370 と推算された。 さらに,従来法であるゲル浸透クロマトグラフィーによる測定を行った結果,ポリスチレンを標準物質とした場合の分子量 は 490 と推算された。 これら3種類の測定法を比較すると,GCD による方法は,現状では飽和分にしか適用できないが,最も簡便な方法であ る。凝固点降下法は原理的にどのフラクションにも適用できるが,多量の試料が(約 150 mg)必要,概ね分子量約 500 以 下の試料にしか適用できないという制約がある。GPC 法による Mn はこれらの測定法の中で最も不正確であり,GPC 法で 信頼性の高い分析を行うためにはポリスチレンに代わる標準物質が必要である。
doi:10.3775/jie.97.45 fatcat:wuprks5h55byvfw6swtipis6iy