Fingerprint comparison of low-volatile petroleum products by means of Thin Layer Chromatography (TLC) for identification of process leakages and environmental pollution

Podczas eksploatacji instalacji technologicznych może dochodzić do rozszczelnień prowadzących do przecieków, tak, zanieczyszczeń wód procesowych, jak i wzajemnego zanieczyszczania strumieni procesowych. Tego typu zakłócenia mają miejsce przede wszystkim w przypadku wymienników ciepła, gdzie strumienie wsadów lub wód chłodzących odbierają ciepło od strumieni procesowych. Pojawienie się tam nieszczelności prowadzi do zanieczyszczania strumieni procesowych wodą, lub wód procesowych składnikami strumieni procesowych, albo wzajemnej kontaminacji strumieni procesowych. To najczęściej czyni produkt naftowy nieprzydatny użytkowo, albo znacznie utrudnia, lub uniemożliwia recyrkulację wód procesowych. Następuje konieczność zatrzymania odpowiedniej instalacji, znalezienia miejsca nieszczelności i jej usunięcia. W przypadku złożonej konfiguracji instalacji i krzyżowania się wielu strumieni procesowych ustalenie lokalizacji nieszczelności jest niezwykle trudne. Jednocześnie, w przypadku stwierdzenia nieszczelności, konieczne jest szybkie ustalenie jej miejsca. Zastosowanie do tego celu znajdują głównie techniki i metodyki analityki technicznej o niskiej czasochłonności i znacznej prostocie wykonania. Najważniejsza jest identyfikacja źródła zanieczyszczenia, a dokładne określenie stężenia ma znaczenie drugorzędne. W pracy zbadano możliwość zastosowania stosunkowo prostej i szybkiej procedury przygotowania próbki, rozdzielania grup składników techniką cienkowarstwowej chromatografii ciecz owej (TLC), wizualizacji w świetle UV 254 oraz 360 nm i analizy porównawczej cech plamek na płytkach TLC do określenia rodzaju niskolotnego materiału ropopochodnego stanowiącego zanieczyszczenie wód procesowych, lub wyciek z instalacji w rafinerii ropy naftowej. Procedura obejmuje odwadnianie próbek i kilkuetapowe rozwijanie chromatogramów cienkowarstwowych materiału stanowiącego przeciek oraz materiałów podejrzanych o jego istotę, wykonywane raz w kierunku rosnącej oraz po raz drugi - malejącej siły elucyjnej eluentu. Wizualne porównywanie w świetle UV barwy, kształtu, a także wielkości plamek, po dozowaniu i po każdym etapie elucji pozwala na bardzo wysoce prawdopodobną identyfikację źródła przeciek u, lub skażenia środowisk a. W wynik u badań stwierdzono, że metodyka ta pozwala w praktyce na uzyskanie wysokiego stopnia pewności co do identyfikacji zanieczyszczenia i wskazania materiału porównawczego będącego jego źródłem. Skuteczność metodyk i potwierdzono w zastosowaniu do źródła skażenia wód technologicznych w rafinerii ropy naftowej, a także w przypadku skażenia środowiska naturalnego nisko lotnymi produktami naftowymi. Opisano sposób wykonania poszczególnych etapów badania oraz warunki, jakie muszą zostać spełnione aby efektywność identyfikacji była jak najwyższa. W konsekwencji, zaproponowana metodyk a może być także bardzo przydatna dla identyfikacji źródła zanieczyszczenia środowiska naturalnego niskolotnymi naftowymi strumieniami, lub produktami naftowymi, tak wód, jak gleb i osadów dennych, szczególnie jeżeli dysponujemy materiałem porównawczym.During the operation of the process installations an unsealing can occur leading to both contamination of process waters and cross-contamination of process streams. This type of interference can occur mainly in the heat exchangers, where the batch streams or cooling waters streams withdraw the heat from the process streams. The appearance of leakage leads to the contamination: of process streams by water, or process waters by the proces streams components, or cross-contamination of process streams. Most often, this causes the total unsuitability of the petroleum product, or greatly hinders process waters recirculation or even makes it impossible. As an effect of the leakage it is necessary to stop the work of given installation, find the place responsible for the leakage and repair it. In the case of complex configuration of installation and the crossing of multiple process streams the determination of the leakage location is extremely difficult. Simultaneously, in the case of leakage presence, a quick repair of its source is needed. For this purpose mainly a low time-consuming techniques and methodologies, favorably characterized also by high simplicity, are used. The most important is to identify the source of contamination, while the precise quantification of the contaminant concentration has minor significance. The work relates to the possibility of using a relativel y simple and fast procedure for sample preparation, separation of group components by means of thin-layer liquid chromatography (TLC), visualization in UV light at 254 and 360 nm, and a comparative analysis of spots on TLC plates to determine the type of low volatile petroleum material being a component of process water or a leakage from the oil refinery installation. The proposed procedure includes dehydration of samples and development of multi -step elution of the sample from the leakage, as well as, the samples of materials suspected to be a source of this leakage, carried out towards increasing and then decreasing elution strength of the eluent. The comparison of obtained TLC chromatograms in UV light included the comparison of the shape, size, position, and color of spots after placing all spots of tested samples on TLC plates and after each elution step. This leads to very high degree of certainty with reference to identification of the leakage source or environment pollution source. The results of proposed study allowed for drawing the conclusion that the presented methodology allows for obtaining a high degree of certainty with reference to identification of the pollution (leakage) and indication of material being the source of this pollution. The effectiveness of the methodology was confirmed by applying it to identification procedure of the contamination source of process water in oil refinery, as well as, in the case of environmental pollution by low-volatile petroleum products. The paper also includes the exact description of respective procedure’s steps and the conditions which have to be fulfilled to achieve the highest possible efficiency of the identification. Consequently, the proposed methodology can also be very useful for identifying the source of environmental pollution – both water, soil and sediments pollution (especially if we have comparative material) – by low-volatile petroleum streams or petroleum products