Как вы помните из кинокомедии Александра Серого "Джентльмены удачи", Василий Алибабаевич мотал срок за то, что на заправке бензин разбавлял ослиной мочой. Это, правда, у многих вызывало вопрос - как же такое возможно, ведь вода и бензин не смешиваются. Но знающие люди уверяли - ещё как смешиваются, надо просто уметь!
А если отодвинуть шутки в сторону, то когда нефть извлекают из-под земли, в ней может содержаться определённый процент воды. Это во многом связано с технологиями добычи, когда само чёрное золото выгоняют из пластов с помощью перегретого пара. После этого полученное сырьё может включать в себя энный процент Н2О. Хотя в качестве исследуемого объекта нередко выступают куски породы, содержащей нефть.
Чтобы выяснить, сколько именно в них воды, американскими химиками Эрнестом Дином и Дэвидом Старком ещё в 1920 году был создан так называемый АППАРАТ ДИНА - СТАРКА. И, соответственно, метод, тоже названный в их честь.
В этом экстракционно-дистилляционном аппарате отогнанные из образца пары воды поступают вместе с парами растворителя в холодильник, где конденсируются в градуированной ловушке. Растворитель при этом возвращается в колбу, а содержание воды определяется по ее уровню в ловушке.
Принцип работы этого устройства прост и интуитивно понятен: ёмкость с растворителем, содержащим исследуемый образец, нагревают до 100 °C, после чего вода превращается в пар. Летучие нефтепродукты, правда, испаряются ещё быстрее, ибо имеют более низкую температуру кипения. Но и то, и другое в итоге конденсируется в холодильнике, а вода, как более тяжёлая фракция, скапливается в самом низу ловушки, и её количество легко измерить.
Если посмотреть на процесс изучения образцов нефти или нефтепродуктов глазами лаборанта, АППАРАТ ДИНА - СТАРКА очень удобен. Но если речь идёт о промышленной добычи жидких полезных ископаемых в количестве сотен тысяч баррелей, тут он, увы, бесполезен. Ведь процесс анализа занимает некоторое время, за которое по трубопроводам может пролететь огромное количество нефти. Поэтому в нефтедобывающей отрасли его не применяют.
Вы спросите - а если предложенный Дином и Старком метод в промышленности не применим, как же там определяют наличие и количество воды в нефти и нефтепродуктах?
Оказывается, для этого разработаны и отлично себя зарекомендовали другие способы - например, МЕТОД КАРЛА ФИШЕРА (химическая реакция воды с йодом в присутствии сернистого диоксида и основания); инфракрасная спектроскопия (основанная на способности воды поглощать инфракрасное излучение на строго определенных длинах волн); микроволновая или радиочастотная диэлектрическая спектроскопия (суть её в большой разнице диэлектрических свойств воды и нефти); центрифугирование; метод испарения (гравиметрия) и пр.
Но это уже совсем другая история...
Эрнст Вудворд Дин (1888–1959) - американский химик.
Химическое образование получил в Университет Кларка в Ворчестере, спустя два года стал доктором философии, после чего устроился преподавателем в колледж. Там он занимался исследованиями в области кинетики гидролиза сложных эфиров карбоновых кислот.
В 1915 году, бросив преподавание, перешёл на работу в исследовательский департамент отдела Горного управления США в Питтсбурге. Там давно ломали голову над тем, как определить процентное содержание воды в сырой нефти, поэтому в помощь Эрнсту компанией был дан Дэвид Дьию Старк (1893-1979).
Несколько первых попыток разделения эмульсии оказались неудачными. Экстракция растворителями не помогала. Тогда исследователи использовали перегонку. На тот момент уже существовали методы для определения процентного содержания влаги в древесине и масле с помощью процесса отгонки воды, но полученные таким способом величины достоверностью не отличались.
Дин и Старк решили подойти к проблеме с другой стороны, увеличив время, необходимое для отгонки воды из эмульсии. В качестве растворителей они использовали коктейль из ксилола, толуола и бензола - эти соединения образовывали в составе с водой азеотропную смесь, которая, в свою очередь, имела температуру кипения ниже, чем у составляющих эмульсии. В результате вода оставалась внизу, а органический слой (нефть) вверху.
И, конечно же, несомненной заслугой этих химиков была разработка самой конструкции аппарата, выполненной из стекла.
Благодаря наличию на выходе крана, можно было сливать из системы воду, когда ее становилось слишком много.
Но, повторяю, всё это хорошо только для лаборатории, где исследования проходят в тишине, чистоте и спокойствии, а анализ проводит мастер своего дела. В противном случае аппарат может сломаться или взорваться. Но даже если и не так, всё равно, для промышленности он не годится.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на карту Сбербанка 2202 2050 9239 4847 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!