Interest and Applications of Multidimensional Gas Chromatography for Trace Analysis in the Petroleum Industry

Intérêt et applications de la chromatographie en phase gazeuse multidimensionnelle pour l'analyse des composés à l'état de trace dans l'industrie pétrolière

¹ IFP-Lyon, Département Caractérisation des produits
² Laboratoire Environnement et chimie analytique, École supérieure de chimie et de physique industrielle

Corresponding author: fabrice.bertoncini@ifp.fr

Abstract

This paper aims to point out the interest and the advantages of multidimensional gas chromatography (MDGC) for performing trace analysis in complex organic mixtures such as hydrocarbon mixtures, petroleum or oil samples, and typical feeds and products from refinery or petrochemical processes. In these cases, the success of trace analysis strongly depends on the separation step. Multidimensional gas chromatography could therefore provide an enhancement of detection capacity leading to a better identification and quantification of trace components. General notions of organic trace analysis in the field of the petroleum industry are presented as well as the principle of multidimensional gas chromatography and comprehensive gas chromatography (GC × GC). A description of typical instrumentation is given with emphasis on recent developments and improvements in MDGC. A variety of applications underlines the high interest of these techniques. Examples presented here are the determination of oxygenates in C₄ cuts by MDGC, the quantification of by-products present in trace level effluents obtained in petrochemical process such as the Fischer-Tropsch process and dehydrogenation of normal paraffins studied by comprehensive GC × GC.

Résumé

L'objectif de cet article est de démontrer l'intérêt et les avantages de la chromatographie en phase gazeuse multidimensionnelle (CPG MD) pour analyser des composés présents à l'état de trace dans des matrices organiques complexes comme les mélanges d'hydrocarbures, les échantillons d'huiles ou pétroliers et les charges et effluents des procédés pétrochimiques ou de raffinage. Dans ce cas, la réussite de l'analyse de trace dépend considérablement de l'étape de séparation et, à cet égard, la chromatographie en phase gazeuse multidimensionnelle peut fournir une augmentation de la capacité de pic permettant une meilleure identification et quantification des composants à l'état de trace. Des notions générales de l'analyse de trace organique dans le domaine de l'industrie pétrolière ainsi que le principe de la CPG MD et de la chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle (GC-2D) sont présentés. L'instrumentation est illustrée avec une attention particulière aux derniers développements de la CPG MD. Diverses applications de la CPG MD et de la GC-2D soulignent l'apport de ces techniques d'analyses comme la détermination des traces d'oxygénés dans la coupe C₄ par CPG MD ou la quantification et la détermination de sous-produits présents à l'état de trace dans des procédés pétrochimiques comme les procédés Fischer-tropsh ou de déhydrogénation de normales paraffines.