一种基于模拟蒸馏和核磁共振联用的分析费托油分子结构的方法

本发明涉及油品分析，尤其涉及一种基于模拟蒸馏和核磁共振联用的分析费托油分子结构的方法。

背景技术：

1、当今社会虽然在向着绿色发展、低碳发展前进，但是对石油制品的依存度依然很高。然而原油在加工和使用过程中，会排放大量sox和nox等有毒有害气体，且最终的产品油中不可避免残存一定量对环境不友好的芳烃化合物。费托油是通过费托合成法，采用一氧化碳和氢气的混合气体在催化剂条件下合成的液态的碳氢化合物，一氧化碳和氢气混合气体通常来自于煤、天然气或生物质。由于费托油的合成方法，其跟石油相比，是无硫无氮的饱和直链烷烃，其成分单一，物理化学性质优异，满足日益严格的环境法规的使用要求，因此费托油被广泛的应用于社会的各行各业，例如通过费托蜡加氢异构制备新型费托基润滑油基础油等。然而，费托基润滑油基础油组成和结构复杂，其中不同的烷烃结构、正异构比例、支链数等因素都会对润滑油基础油产品的闪点、粘度、凝点等关键指标产生至关重要的影响。为了提高费托基润滑油基础油在使用中的安全性，准确了解其具体组成和结构是十分重要的。

2、现有油品的结构分析方法主要有气相色谱-质谱联用(gc-ms)，液相色谱与质谱联用(lc-ms)和质谱法(ms)。由于费托基润滑油基础油主要成分是碳数在16～60左右的长链烷烃，沸点较高，因此使用gc-mc来分析油品会存在进样困难的问题；同时，费托基润滑油基础油为非极性化合物，几乎不含官能团，所以难以应用液相色谱有效分离；另外，费托油组成复杂，其中正异构分子成千上万，很难应用质谱法精确分析油品组成和结构。

3、因此，现有的分析技术难以准确获得费托油的结构细节。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于模拟蒸馏和核磁共振联用的分析费托油分子结构的方法。本发明提供的方法能够得到费托油的结构细节，并且准确性高，分析速度快。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种基于模拟蒸馏和核磁共振联用的分析费托油分子结构的方法，包括以下步骤：

4、对费托油样品进行模拟蒸馏，根据馏程得到费托油样品的简化碳数分布；以正构烷烃作为标样，根据简化碳数分布计算得到费托油样品的高温模拟计算链长；

5、以氘代氯仿为溶剂进行核磁共振分析，得到费托油样品的1h-nmr谱图和13c-nmr谱图；根据1h-nmr谱图，通过特征峰强度或面积积分计算得到费托油样品伯、仲和叔氢的比例；根据所述伯、仲和叔氢的比例，计算得到费托油样品的支化度；

6、将13c-nmr谱图中化学位移特征区域进行积分和归一化处理，计算得到费托油样品的端位甲基含量、支链甲基含量、正构烷烃含量以及异构烷烃含量；根据所述支化度、端位甲基含量和支链甲基含量计算得到费托油的支链节点数和支链个数。

7、优选的，所述简化碳数分布的获得方法包括：根据费托油样品的馏程得到各个碳数所占的百分含量并划分碳数区间，根据每段区间内的最可积碳数计算出代表碳数及其含量，根据代表碳数及其含量绘制费托油样品的简化碳数分布。

8、优选的，所述费托油样品伯、仲和叔氢的比例按照式1进行计算：

9、伯氢：仲氢：叔氢＝a(ch3):a(ch2)：a(ch)   式1；

10、式1中：a(ch3)代表1h-nmr谱图中化学位移为伯氢的面积积分计数，a(ch2)代表1h-nmr谱图中化学位移为仲氢处的面积积分计数，a(ch)代表1h-nmr谱图中化学位移为叔氢处的面积积分计数。

11、优选的，所述核磁共振分析中，还包括测试得到费托油样品dept 90°和dept 135°谱图；根据13c-nmr、dept 90°和dept 135°谱图，通过特征峰强度或面积积分计算得到费托油样品伯、仲、叔和季碳的比例，并根据伯、仲、叔和季碳的比例得到伯、仲和叔氢的比例；采用根据13c-nmr、dept 90°和dept 135°谱图得到的伯、仲和叔氢的比例对根据1h-nmr谱图得到的伯、仲和叔氢的比例进行验证；

12、所述伯、仲、叔和季碳的比例根据式2进行计算：

13、伯碳：仲碳：叔碳：季碳＝a(a)：a(b)：a(c)：a(d)  式2；

14、式2中：a(a)代表13c-nmr图谱中化学位移为伯碳的面积积分值，a(b)代表13c-nmr图谱中化学位移为仲碳的面积积分值，a(c)代表13c-nmr图谱中化学位移为叔碳的面积积分值，a(d)代表13c-nmr图谱中化学位移为季碳的面积积分值。

15、优选的，所述支化度根据式3进行计算：

16、

17、式3中：bi表示支化度，a(ch3)代表1h-nmr谱图中化学位移为伯氢的面积积分值；a(ch+ch2)代表1h-nmr谱图中化学位移为叔氢和仲氢处的总面积积分值。

18、优选的，所述端位甲基含量根据式4进行计算；所述支链甲基含量根据式5进行计算：

19、pt＝100[ia～b/it]  式4；

20、pb＝100[ic～d/it]  式5；

21、式4～式5中：pt表示端位甲基含量，以百分比表示；pb表示支链甲基含量，以百分比表示；ia～b表示13c-nmr谱图中位于端位的甲基所对应的化学位移区间的面积积分值；ic～d表示13c-nmr谱图中位于支链的甲基所对应的化学位移区间的面积积分值；it表示13c-nmr谱图中化学位移为0～50处的面积积分值。

22、优选的，所述支链节点数通过式6进行计算：

23、支链节点数＝2pb/pt  式6。

24、优选的，所述正构烷烃含量根据式7进行计算，所述异构烷烃含量根据式8进行计算：

25、pn＝100[3ia+ib～c]/it  式7；

26、pi＝pn[ia～b-ia]/ia  式8；

27、式7～式8中：pn为正构烷烃含量，以百分比表示，pi为异构烷烃含量，以百分比表示；ia为13c-nmr谱图中直链烷烃中γ-ch3所对应的面积积分值；ib～c13c-nmr谱图中-(ch2)n-所对应的面积积分值；ia～b为13c-nmr谱图中位于端位的甲基所对应的面积积分值；it表示13c-nmr谱图中化学位移为0～50处的面积积分值。

28、优选的，当所述费托油样品的支化度小于15％，且碳数分布区间大于40时，所述端位甲基含量、支链甲基含量、正构烷烃含量和异构烷烃含量的计算公式如式4-1、式5-1、式7-1和式8-1所示：

29、pt＝100[i10～15.8/it]       式4-1；

30、pb＝100[i15.8～22.8+i28]/it    式5-1；

31、pn＝100[3i32+i29.5～30.5]/it    式7-1；

32、pi＝pn[i10～15.8-i32]/i32式8-1；

33、当所述费托油样品的支化度大于15％，且碳数分布区间大于40时，所述端位甲基含量、支链甲基含量、正构烷烃含量和异构烷烃含量的计算公式如式4-2、式5-2、式7-2和式8-2所示：

34、pt＝100[i13.8～14.6/it]            式4-2；

35、pb＝100[i19.2～22.8]/it             式5-2；

36、pn＝100[3(i32+i28)+i29.2～30.7+i37.2]/it       式7-2；

37、pi＝pn[i13.8～14.3-i32]/i32           式8-2；

38、当所述费托油样品的支化度大于15％，且碳数分布区间大于20小于40时，所述端位甲基含量、支链甲基含量、正构烷烃含量和异构烷烃含量的计算公式如式4-3、式5-3、式7-3和式8-3所示：

39、pt＝100[i10～15.8/it]        式4-3；

40、pb＝100[i15.8～23.8+i28]/it    式5-3；

41、pn＝100[3i32+i29.6～30.8]/it       式7-3；

42、pi＝pn[i10～15.8-i32]/i32          式8-3；

43、当所述费托油样品的支化度大于15％，且碳数分布区间小于20时，所述端位甲基含量、支链甲基含量、正构烷烃含量和异构烷烃含量的计算公式如式4-4、式5-4、式7-4和式8-4所示：

44、pt＝100[i10～15.8/it]         式4-4；

45、pb＝100[i15.8～21.8+i28]/it       式5-4；

46、pn＝100[3i32+i29.0～31.0]/it      式7-4；

47、pi＝pn[i10～15.8-i32]/i32         式8-4。

48、优选的，得到正构烷烃含量和异构烷烃含量后，还包括根据正构烷烃含量和异构烷烃含量计算费托油样品的平均烷基链长，并根据计算得到的平均烷基链长对所述高温模拟计算链长进行验证；所述平均烷基链长按照式9～式10进行计算：

49、cp＝pn+pi      式9；

50、l＝2(cp/pt)      式10；

51、式9～式10中：cp表示正构烷烃和异构烷烃含量的总和；l表示平均烷基链长。

52、本发明提供了一种基于模拟蒸馏和核磁共振联用的分析费托油分子结构的方法，包括以下步骤：对费托油样品进行模拟蒸馏，根据馏程得到费托油样品的简化碳数分布；以正构烷烃作为标样，根据简化碳数分布计算得到费托油样品的高温模拟计算链长；以氘代氯仿为溶剂进行核磁共振分析，得到费托油样品的1h-nmr谱图和13c-nmr谱图；根据1h-nmr谱图，通过特征峰强度或面积积分计算得到费托油样品伯、仲和叔氢的比例；根据所述伯、仲和叔氢的比例，计算得到费托油样品的支化度；将13c-nmr谱图中化学位移特征区域进行积分和归一化处理，计算得到费托油样品的端位甲基含量、支链甲基含量、正构烷烃含量以及异构烷烃含量；根据所述支化度、端位甲基含量和支链甲基含量计算得到费托油的支链节点数和支链个数。在本领域中，单独采用模拟蒸馏无法分析混合烃的结构细节，费托油核磁共振谱图波峰复杂难以分辨，本发明将两个常用的方式联用，可以大大加强分析的准确性和分析的速度，大大降低分析检测人员的工作强度。

53、本发明提供的方法适用于分析费托工艺生产的油品，包括费托工艺生产的长链油品(c10～c60)以及费托蜡加氢异构制成的费托基础油润滑油，对高沸点物质检测友好(沸点为520℃以上)，适用范围广，流程满足油品分析的需要，具有很强的实际应用价值，可以大大降低分析检测人员的劳动强度，解决了现有技术中费托油的结构难以准确分析的难题。