stringtranslate.com

Асфальтен

Асфальтены — это молекулярные вещества, которые содержатся в сырой нефти , наряду со смолами , ароматическими углеводородами и насыщенными углеводородами (т. е. насыщенными углеводородами, такими как алканы ). [1] [2] Слово «асфальтен» было придумано Жаном-Батистом Буссенго в 1837 году, когда он заметил, что остаток перегонки некоторых битумов имеет свойства, подобные асфальту . [ необходима цитата ] Асфальтены в виде асфальта или битумных продуктов с нефтеперерабатывающих заводов используются в качестве материалов для мощения дорог, черепицы для крыш и водонепроницаемых покрытий на фундаментах зданий.

Пример возможной структуры молекулы асфальтена.

Состав

Асфальтены в основном состоят из углерода , водорода , азота , кислорода и серы , а также следовых количеств ванадия и никеля . Соотношение C:H составляет приблизительно 1:1,2 в зависимости от источника асфальтенов. Асфальтены определяются эксплуатационно как н- гептан ( C
7ЧАС
16)-нерастворимый, толуол ( C
6ЧАС
5Ч.
3)-растворимый компонент углеродистого материала, такого как сырая нефть, битум или уголь . Было показано, что асфальтены имеют распределение молекулярных масс в диапазоне от 400 до 1500 а.е.м. , но средние и максимальные значения трудно определить из-за агрегации молекул в растворе. [3]

Анализ

Молекулярную структуру асфальтенов трудно определить, поскольку молекулы имеют тенденцию слипаться в растворе. [4] Эти материалы представляют собой чрезвычайно сложные смеси, содержащие сотни или даже тысячи отдельных химических видов. Асфальтены не имеют определенной химической формулы: отдельные молекулы могут различаться по количеству атомов, содержащихся в структуре, а средняя химическая формула может зависеть от источника. Хотя они были подвергнуты современным аналитическим методам, включая SARA , масс-спектрометрию , электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс , точные молекулярные структуры трудно определить. Учитывая это ограничение, асфальтены состоят в основном из полиароматических углеродных кольцевых единиц с гетероатомами кислорода , азота и серы , в сочетании со следовыми количествами тяжелых металлов, в частности, хелатированного ванадия и никеля, и алифатических боковых цепей различной длины. [5] Многие асфальтены из сырой нефти по всему миру содержат похожие кольцевые единицы, а также полярные и неполярные группы, которые связаны вместе, образуя весьма разнообразные большие молекулы. [6] [7]

Асфальтены после нагревания [8] подразделяются на: нелетучие (гетероциклические виды N и S) и летучие (парафин + олефины, бензолы, нафталины, фенантрены и некоторые другие). Спейт [9] сообщает об упрощенном представлении разделения нефти на следующие шесть основных фракций: летучие насыщенные соединения, летучие ароматические соединения, нелетучие насыщенные соединения, нелетучие ароматические соединения, смолы и асфальтены. Он также сообщает о произвольно определенных физических границах для нефти с использованием числа углерода и температуры кипения.

Геохимия

Асфальтены сегодня широко признаны как диспергированные, химически измененные фрагменты керогена , которые мигрировали из исходной породы для нефти во время катагенеза нефти . Считалось, что асфальтены удерживаются в растворе в нефти смолами (схожей структурой и химией, но меньше), но последние данные показывают, что это неверно. Действительно, недавно было высказано предположение, что асфальтены наноколлоидно взвешены в сырой нефти и в растворах толуола достаточной концентрации. В любом случае, для жидкостей с низким поверхностным натяжением, таких как алканы и толуол, поверхностно-активные вещества не являются необходимыми для поддержания наноколлоидных суспензий асфальтенов.

Соотношение никеля и ванадия в асфальтенах отражает условия pH и Eh палеоседиментационной среды нефтематеринской породы (Lewan, 1980;1984) [ необходима полная ссылка ] , и поэтому это соотношение используется в нефтяной промышленности для корреляции нефть-нефть и для определения потенциальных нефтематеринских пород для разведки нефти.

Происшествие

Тяжелая нефть, нефтяные пески , битум и биодеградированная нефть (поскольку бактерии не могут усваивать асфальтены, но легко потребляют насыщенные углеводороды и некоторые ароматические изомеры углеводородов – контролируемые ферментами) содержат гораздо более высокие доли асфальтенов, чем средние по API нефти или легкие нефти . Конденсаты практически лишены асфальтенов.

Измерение

Поскольку отношение электронных спинов на грамм является постоянным для определенного вида асфальтена [10] , то количество асфальтена в нефти можно определить, измерив его парамагнитную сигнатуру (ЭПР). Измерение сигнатуры ЭПР нефти на устье скважины по мере добычи нефти затем дает прямое указание на то, изменяется ли количество асфальтена (например, из-за осаждения или осыпания в трубке ниже). [11]

Кроме того, агрегацию, осаждение или отложение асфальтенов иногда можно предсказать с помощью методов моделирования [12] [13] или машинного обучения [14] и измерить в лабораторных условиях с использованием методов визуализации или фильтрации.

Проблемы производства

Асфальтены придают сырой нефти высокую вязкость, что негативно влияет на добычу. Кроме того, изменчивая концентрация асфальтенов в сырой нефти в пределах отдельных пластов создает множество проблем с добычей. [ нужен пример ]

Загрязнение теплообменника

Известно, что асфальтены являются одной из основных причин загрязнения теплообменников предварительного нагревателя перегонки сырой нефти. Они присутствуют в мицеллах сырой нефти, которые могут быть разрушены в результате реакции с парафинами при высокой температуре. После удаления защитной мицеллы полярные асфальтены агломерируются и переносятся к стенкам труб, где они могут прилипать и образовывать слой загрязнения.

Удаление асфальтенов

Химическая обработка для удаления асфальтенов включает:

  1. Растворители
  2. Диспергаторы/растворители
  3. Масло/диспергаторы/растворители

Подход диспергатора/растворителя используется для удаления асфальтенов из пластовых минералов. Непрерывная обработка может потребоваться для ингибирования отложения асфальтенов в трубах. Периодическая обработка обычна для оборудования для дегидратации и днищ резервуаров. Существуют также ингибиторы осаждения асфальтенов, которые могут использоваться при непрерывной обработке или обработке выдавливанием. [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Маллинз, О.К. и др. (ред.) (2007) Асфальтены, тяжелые нефти и петролеомика , Springer, Нью-Йорк.
  2. ^ Асфальтен. uic.edu
  3. ^ Подгорски, Д.К. (2013). «Состав тяжелой нефти. 5. Выявлен композиционный и структурный континуум нефти». Энергия и топливо . 27 (3): 1268–1276. doi :10.1021/ef301737f.
  4. ^ Маккенна, AM (2013). «Состав тяжелой нефти. 3. Агрегация асфальтенов». Энергия и топливо . 27 (3): 1246–1256. doi :10.1021/ef3018578.
  5. ^ Асоманинг, С. (1997). Загрязнение теплообменника нефтяными асфальтенами. Кандидатская диссертация, Университет Британской Колумбии
  6. ^ GA Mansoori, (2009). Int. J. Oil, Gas and Coal Technology 2 141.
  7. ^ Руэда-Веласкес, RI (2013). «Характеристика строительных блоков асфальтенов путем крекинга в благоприятных условиях гидрирования». Энергия и топливо . 27 (4): 1817–1829. doi :10.1021/ef301521q.
  8. ^ Дж. Х. Пачеко-Санчес и Г. А. Мансури, (2013) Revista Mexicana de Física 59 , 584–593.
  9. ^ JG Speight, (1994). в книге Asphaltenes and Asphalts, 1, Developments in Petroleum Science, 40 под редакцией Yen TF и ​​GV Chilingarian, (Elsevier Science, New York). Глава: Химические и физические исследования нефтяных асфальтенов
  10. ^ Йен, TG; Эрдман, JG; Сарасено, AJ (1962). «Исследование природы свободных радикалов в нефтяных асфальтенах и родственных веществах методом электронного спинового резонанса». Аналитическая химия . 34 (6): 694–700. doi :10.1021/ac60186a034.
  11. ^ Абдаллах, Д.; Пуннапалла, С.; Кулбрандстад, О.; Годой, М.; Мадем, С.; Бабакхани, А.; Ловелл, Дж. (2018). Исследования асфальтенов на береговых месторождениях Абу-Даби, Часть IV: Разработка поверхностного датчика . SPE ATCE. Том SPE-191676. Даллас. doi :10.2118/191676-MS.
  12. ^ Yang, Z.; Ma, C. -F.; Lin, X. -S.; Yang, J. -T.; Guo, T. -M. (1999). «Экспериментальные и модельные исследования осаждения асфальтенов в дегазированных и закачанных газом пластовых нефтях». Fluid Phase Equilibria . 157 : 143–158. doi :10.1016/S0378-3812(99)00004-7.
  13. ^ Lei, H.; Pingping, S.; Ying, J.; Jigen, Y.; Shi, L.; Aifang, B. (2010). "Прогнозирование осаждения асфальтенов во время закачки CO2". Petroleum Exploration and Development . 37 (3): 349. Bibcode : 2010PEDO...37..349L. doi : 10.1016/S1876-3804(10)60038-9 .
  14. ^ Расули Ноканде, Н.; Хишванд, М.; Насери, А. (2012). «Подход с использованием искусственных нейронных сетей для прогнозирования результатов испытаний на отложение асфальтенов». Fluid Phase Equilibria . 329 : 32–41. doi :10.1016/j.fluid.2012.06.001.
  15. ^ Понимание проблем с парафином и асфальтенами в нефтяных и газовых скважинах Архивировано 3 августа 2008 г. в Wayback Machine , Совет по передаче нефтяных технологий, Южный Мидконтинентальный регион, 16 июля 2003 г. Семинар в Смаковере, Арканзас, в Музее природных ресурсов Арканзаса

Внешние ссылки