Analyses physico-chimiques
- Bilan écologique / PPA
- Propriétés physico-chimiques des composés dans la phase gazeuse
- Calcul du RON et du MON des essences condensées
- Analyses des performances du système Optimgaz
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- Composés trouvés dans la phase gazeuse de l'essence automobile (quantitatif et qualitatif)
- Propriétés macroscopiques calculées
- Taux d'abattement des hydrocarbures présents dans l'essence
- Chromatogrammes des vapeurs d'essence
Intérêts/objectifs
- Etude des performances du système Optimgaz dans la condensation des COV des essences automobiles SP98 et SP95.
- Dresser un bilan écologique de la station-service en calculant le taux d'abattement des COV lors de l'utilisation du système Optimgaz
- Calculer le RON et le MON (indice d'octane) des condensats remis en cuve.
- Intégration du système Optimgaz dans le PPA (Plan de Protection de l'Atmosphère)
Méthodes d’analyse préconisées :
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La chromatographie en phase gazeuse (analyse quantitative des carburants),
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La spectrométrie de masse (analyse qualitative) et
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Le couplage DT/GC/MS
Les types d’analyse physico-chimiques choisie étant des méthodes dites s?res et fiables, utilisées largement en raffineries et laboratoires d’analyse.
La chromatographie en phase gazeuse
Principe.
La chromatographie en phase gazeuse (CPG) est, comme toutes les techniques de chromatographie
, une technique qui permet de séparer des molécules d'un mélange éventuellement très complexe de nature et de volatilité très diverses. Elle s'applique principalement aux composés gazeux ou susceptibles d'être vaporisés par chauffage sans décomposition dans l’injecteur.
Le mélange à analyser est vaporisé à l'entrée d'une colonne, qui renferme une substance active solide ou liquide appelée phase stationnaire, puis il est transporté à travers celle-ci à l'aide d'un gaz porteur (ou gaz vecteur). La colonne, placée dans un four thermostaté, est un tube de faible section enroulé sur lui-même et contenant la phase stationnaire. Un grand choix de détecteurs permet l'analyse sélective et parfois l'identification de mélanges très complexes.
Les différentes molécules du mélange vont se séparer et sortir de la colonne les unes après les autres après un certain laps de temps qui est fonction de l'affinité de la phase stationnaire avec ces molécules.
L’instrumentation.
| Dans la configuration la plus classique, le chromatographe est équipé d'un injecteur diviseur, d'une colonne capillaire et d'un détecteur à ionisation de flamme. Les données sont traitées par un système informatique.
Fig.1 : Schéma d'un appareil de CPG, muni d'un détecteur à ionisation de flamme --> |
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La spectrométrie de masse
Principe
| La spectrométrie de masse est une technique d’analyse chimique permettant de détecter et d'identifier des molécules d’intérêt par mesure de leur masse monoisotopique. De plus, la spectrométrie de masse permet de caractériser la structure chimique des molécules en les fragmentant. Son principe réside dans la séparation en phase gazeuse de molécules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge (m/z). |  Fig. 2 - Schéma de la structure d’un spectromètre de masse : exemple d'un spectromètre de masse à secteur magnétique associé à une source d'ionisation d'impact électronique |
Le système de désorption thermique/chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse
L’appareil de chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse est employé pour déterminer la présence et la concentration de composés organiques volatils dans des échantillons gazeux. La plupart des COV à partir des C5 (pentane) jusqu’aux C16 (hexadécane) peuvent être identifiés et quantifiés avec une précision de l’ordre des ppbv. Les échantillons sont recueillis sur des tubes adsorbants à niveaux multiples. Ils sont ensuite désorbés sur le désorbeur thermique raccordé au chromatographe en phase gazeuse/spectromètre de masse (CG/SM). Les produits chimiques sont séparés par chromatographie capillaire de haute résolution. Les teneurs des COV détectés et identifiés sont quantifiées en utilisant le toluène comme étalon externe. Les composés cibles sélectionnés sont identifiés et leurs teneurs quantifiées à l’aide d’étalons individuels.
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| Fig. 3 - Tubes adsorbants | Fig. 4 - Système TG/CG/SM |
Résultats / Conclusions
Composés trouvés dans la phase gazeuse de l'essence automobile
(quantitatif et qualitatif)
Les condensas des produits se trouvant dans la phase gazeuse des essences automobiles (SP98, SP95) ont été analysés par chromatographie en phase gazeuse haute résolution et par spectrométrie de masse.
Méthode d'analyse NF M07-086 (ASTM 6733).
Identification et quantification des différents composants par le logiciel d'identification automatique Carburane.
Dans le tableau ci-dessous, vous trouverez le nom du composé chimique trouvé, sa formule chimique brute, sa formule semi développée (plane), son numéro CAS (Chemical Abstracts Service), le pourcentage en poids dans la phase gazeuse et sa formule topologique.
| Composé chimique | % dans les vapeurs d'essence | Formule topologique |
| Isoparaffiniques | ||
| isopentane C5H12 (CH3)2-CH-CH2-CH3 CAS: 78-78-4 |
35,7% |  |
| 2,3-Diméthylbutane C6H14 (CH3)2CHCH(CH3)2 CAS: 96-14-0 |
6,2% |  |
| 2-Méthylpentane C6H13 Isohexane /2-Methylpentane (CH3)2CH(CH2)2CH3 CAS: 107-83-5 |
5,1% |  |
| 2,2-Diméthylbutane C6H14 Neohexane; 2,2-Dimethylbutane (CH3)3CCH2CH3 CAS: 75-83-2 |
3,9% |  |
| 3-Méthylpentane C6H14 (C2H5)2CHCH3 CAS: 96-14-0 |
2,6% |  |
| 3-Méthylhexane C7H16 2-Ethylpentane CAS: 589-34-4 |
0,7% |  |
| 2-Méthylhexane C7H16 CAS: 591-76-4 |
0,6% |  |
| 2,2,4-triméthylpentane C8H18 CAS: 540-84-1 |
0,6% |  |
| 1-Méthylcyclopentane C6H12 CAS: 96-37-77 |
0,9% |  |
| isobutane C4H10 CAS: 75-28-5 |
0,9% |  |
| Oxygénés | ||
| MTBE C5H12O CH3-O-C(CH3)3 Methyl tert-butyl ether Propane, 2-methoxy-2-methyl CAS: 1634-04-4 |
7,4% |  |
| ETBE C2H5-O-C4H9 (CH3)3C-O-CH2-CH3 Ethyl tertio butyle éther |
1,1% | |
| Paraffines | ||
| n.pentane C5H12 CAS: 109-66-0 |
4,5% |  |
| n.butane C4H10 CAS: 106-97-8 |
3,7% |  |
| n.hexane C6H14 CAS: 110-54-3 |
0,7% |  |
| Aromatiques | ||
| Toluène C7H8 CAS: 108-88-3 |
3,7% |  |
| Benzène C6H6 CAS: 71-43-2 |
0,7% |  |
| Meta-xylène C8H10 CAS: 108-38-3 |
0,6% |  |
| Oléfines | ||
| 2-méthyl-2-butène C5H10 CAS: 513-35-9 |
3,3% |  |
| Trans-2-pentene C5H10 CAS: 646-04-8 |
2% |  |
| 2-méthyl-1-butène C5H10 CAS: 563-46-2 |
1,8% |  |
| Cis-2-pentène C5H10 CAS: 627-20-3 |
1,1% |  |
| Isobutene C4H8 CAS: 115-11-7 |
0,6% |  |
| 1-pentène C5H10 CAS: 109-67-1 |
0,8% |  |
| Trans-2-butène C4H8 CAS: 624-64-6 |
0,7% | |
| Cis-2-butène C4H8 CAS: 590-18-1 |
0,7% |  |
Propriétés macroscopiques calculées
| Propriétés physiques | Condensas |
| Densité (15°C) | 0.6739 |
| Masse molaire | 79.19 |
| Tension de vapeur (hPa) | 1005.54 |
| Pouvoir calorifique (kJ/kg) | 46458.82 |
| Teneur en carbone | 83.16 |
| Teneur en hydrogène | 15.16 |
| Teneur en Oxygène | 1.68 |
| Carbone paraffinique | 82.67 |
| Carbone naphténique | 2.74 |
| Carbone Oléfinique | 6.18 |
| Carbone Aromatique | 8.40 |
| Vapor Pressure REID | 1064.79 |
| RON | 97.11 |
| MON | 84.91 |
Ces propriétés correspondent aux propriétés de l'essence vendue en stations-service, les vapeurs que nous condensons peuvent alors être remises en cuve après traitement.
Taux d'abattement des hydrocarbures présents dans l'essence
Abattement des COV les plus volatiles présents dans les carburants automobiles par le système Optimgaz. Du composé le plus léger (Composé 1) au plus lourd (Composé 5) :
Chromatogrammes des vapeurs d'essence
Signaux chromatographiques avant et après le traitement cryogénique Optimgaz du SP 98.
A gauche, l’analyse chromatographique des gaz avant condensation et à droite, l’analyse des gaz après le passage et condensation par le système cryogénique :
La grande majorité des COV sont condensés par le système Optimgaz : chaque pic chromatographique correspond à un produit organique volatile. Le grand pic qui reste (image de droite) correspond au gaz vecteur.
Le système de condensation des vapeurs de carburant Optimgaz réduit la presque totalité des COV lors des dépotages de camion citerne en cuve et lors des remplissage des réservoirs automobiles. Ces COV (BTEX --> benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes [ortho, méta et para]) sont les précurseurs d'ozone dans l'atmosphère -effet de serre).
L'utilisation du système Optimgaz contribue à réduire considérablement les maladies professionnelles du personnel se trouvant en contact avec les vapeurs de carburant en stations-service (chauffeurs de camion citerne, ceux qui se trouvent en kiosque d'encaissement...).
C'est un système qui trouve sa rentabilité au bout de quelques mois, car le carburant est récupéré et remis en cuve.