Elementary Analysis of Petroleum Distillates by Gc-Aed: Validation and Application to the Calculation of Distillation Profile Properties

Analyse élémentaire des distillats pétroliers par couplage GC-AED : validation et application au calcul de propriétés en profil de distillation

Institut Français du Pétrole

Corresponding author: franck. baco@ifp. fr

Abstract

This article describes the development of elementary analysis in the distillation profile of petroleum cuts by gas phase chromatography-atomic emission detection (GC-AED) coupling and shows the application perspectives to characterisation of middle distillates of a piece of information unheard of until now on a routine basis. The performances of the analytical assembly used have been studied for carbon, hydrogen, sulphur and nitrogen analysis. Simulated distillation, a gas phase chromatography analysis which enables determining the weight percentage of distilled matter in relation to the boiling point of petroleum cuts, has been adapted to GC-AED coupling. We have developed a method giving access to three types of information: global elementary composition, simulated distillation and elementary composition in distillation profile, i. e. by fraction (%) of the distilled product. The analysis of the atmospheric distillates has been assessed in terms of precision and bias for these various types of information. The validation was carried out notably by comparison with the results obtained using reference analytical methods, on preparative distillation cuts of representative samples. The application of GC-AED to characterisation of distillates is discussed, in particular for classification purposes and for predicting petroleum properties in the distillation profile. The cetane number of gas oils was taken as an example to illustrate the latter application.

Résumé

Cet article décrit la mise au point de l'analyse élémentaire en profil de distillation des coupes pétrolières par couplage chromatographie en phase gazeuse-détection par émission atomique (GC-AED) et montre les perspectives d'application à la caractérisation de distillats moyens d'une information jusqu'alors inédite en routine. Les performances de l'ensemble analytique utilisé ont été étudiées pour l'analyse du carbone, de l'hydrogène, du soufre et de l'azote. La distillation simulée, analyse par chromatographie en phase gazeuse qui permet de déterminer le pourcentage poids de matière distillée, en fonction du point d'ébullition des coupes pétrolières, a été adaptée sur le couplage GC-AED. On a développé une méthode qui donne accès à trois types d'information : composition élémentaire globale, distillation simulée et composition élémentaire en profil de distillation, c'est-à-dire par tranche (%) de produit distillé. L'analyse des distillats atmosphériques a été évaluée en termes de fidélité et de justesse pour ces divers types d'information. La validation a été réalisée notamment par comparaison avec les résultats obtenus à l'aide de méthodes d'analyse de référence, sur des coupes de distillation préparative d'échantillons représentatifs. L'application du GC-AED à la caractérisation des distillats est discutée, en particulier à des fins de classement et pour la prédiction de propriétés pétrolières en profil de distillation. L'indice de cétane des gazoles a été pris comme exemple pour illustrer cette dernière application.