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 Буссенго в 1837 году, когда он заметил, что остатки перегонки некоторых битумов имеют асфальтоподобные свойства. [ нужна цитация ] Асфальтены в виде асфальта или битумных продуктов нефтеперерабатывающих заводов используются в качестве материалов для дорожного покрытия, черепицы для крыш и водонепроницаемых покрытий на фундаментах зданий.

Пример возможной структуры молекулы асфальтена.

Состав

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

Анализ

Молекулярную структуру асфальтенов определить сложно, поскольку в растворе молекулы имеют тенденцию слипаться. [4] Эти материалы представляют собой чрезвычайно сложные смеси, содержащие сотни или даже тысячи отдельных химических веществ. Асфальтены не имеют определенной химической формулы: отдельные молекулы могут различаться по числу 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 определить трудно. 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, особенно хелатированных ванадия и никеля, а также алифатическими боковыми цепями различной длины. [5] Многие асфальтены из сырой нефти по всему миру содержат схожие кольцевые звенья, а также полярные и неполярные группы, которые связаны друг с другом, образуя весьма разнообразные большие молекулы. [6] [7]

Асфальтены после нагревания [8] подразделяют на нелетучие (гетероциклические формы N и S) и летучие (парафин + олефины, бензолы, нафталины, фенантрены и ряд других). Спейт [9] приводит упрощенное представление разделения нефти на следующие шесть основных фракций: летучие насыщенные углеводороды, летучие ароматические соединения, нелетучие насыщенные соединения, нелетучие ароматические соединения, смолы и асфальтены. Он также сообщает о произвольно определенных физических границах нефти, используя число углерода и температуру кипения.

Геохимия

Асфальтены сегодня широко признаны как дисперсные, химически измененные фрагменты керогена , которые мигрировали из нефтематеринской породы в нефть во время катагенеза нефти . Считалось, что асфальтены удерживаются в растворе в масле смолами (аналогичная структура и химический состав, но меньшего размера), но недавние данные показывают, что это неверно. Действительно, недавно было высказано предположение, что асфальтены наноколлоидно суспендируются в сырой нефти и растворах толуола достаточных концентраций. 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 палеоосадочной среды нефтематеринской породы (Lewan, 1980; 1984) [ необходима полная ссылка ] , и поэтому это соотношение используется в нефтяной промышленности. промышленности для корреляции нефти и нефти и выявления потенциальных нефтематеринских пород для разведки нефти.

Вхождение

Тяжелая нефть, нефтеносные пески , битум и биоразлагаемая нефть (поскольку бактерии не могут усваивать асфальтены, но легко потребляют насыщенные углеводороды и некоторые изомеры ароматических углеводородов – под контролем ферментов) содержат гораздо более высокие доли асфальтенов, чем нефти со средним API или легкие нефти . Конденсаты практически лишены асфальтенов.

Измерение

Поскольку соотношение спинов электронов на грамм является постоянным для конкретного вида асфальтенов [10] , количество асфальтенов в нефти можно определить путем измерения ее парамагнитной сигнатуры (ЭПР). Измерение ЭПР-характеристики нефти на устье скважины по мере ее добычи дает прямое указание на то, меняется ли количество асфальтенов (например, из-за осадков или отслоений в трубах 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 лаборатории с помощью методов визуализации или фильтрации.

Производственные проблемы

Асфальтены придают сырой нефти высокую вязкость, что отрицательно влияет на добычу. Кроме того, переменная концентрация асфальтенов в сырой нефти в пределах отдельных пластов создает множество проблем добычи. [ нужен пример ]

Загрязнение теплообменника

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

Удаление асфальтенов

Химические обработки для удаления асфальтенов включают:

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

Подход диспергатор/растворитель используется для удаления асфальтенов из пластовых минералов. Может потребоваться непрерывная обработка для предотвращения отложения асфальтенов в НКТ. Периодическая обработка обычно применяется для оборудования для обезвоживания и днища резервуаров. Существуют также ингибиторы осаждения асфальтенов, которые можно использовать путем непрерывной обработки или обработки сжатием. [15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Маллинз, OC и др. (ред.) (2007) Асфальтены, тяжелая нефть и нефтеномика , Спрингер, Нью-Йорк.
  2. ^ Асфальтен. uic.edu
  3. ^ Подгорский, округ Колумбия (2013). «Состав тяжелой нефти. 5. Выявлен композиционный и структурный континуум нефти». Энергетика и топливо . 27 (3): 1268–1276. дои : 10.1021/ef301737f.
  4. ^ Маккенна, AM (2013). «Состав тяжелой нефти. 3. Агрегация асфальтенов». Энергетика и топливо . 27 (3): 1246–1256. дои : 10.1021/ef3018578.
  5. ^ Асоманинг, С. (1997). Загрязнение теплообменника нефтяными асфальтенами. Кандидат наук. Диссертация, Университет Британской Колумбии
  6. ^ Г. А. Мансури, (2009). Межд. Дж. Технология нефти, газа и угля 2 141.
  7. ^ Руэда-Веласкес, Род-Айленд (2013). «Характеристика асфальтеновых строительных блоков путем крекинга в благоприятных условиях гидрирования». Энергетика и топливо . 27 (4): 1817–1829. дои : 10.1021/ef301521q.
  8. ^ Дж. Х. Пачеко-Санчес и Г. А. Мансури, (2013) Revista Mexicana de Física 59 , 584–593.
  9. ^ Дж. Г. Спейт, (1994). в книге «Асфальтены и асфальты», 1, «Развития в нефтяной науке», 40 под редакцией Йена Т.Ф. и Г.В. Чилингаряна (Elsevier Science, Нью-Йорк). Глава: Химико-физические исследования нефтяных асфальтенов
  10. ^ Йен, ТГ; Эрдман, Дж.Г.; Сарасено, AJ (1962). «Исследование природы свободных радикалов в нефтяных асфальтенах и родственных им веществах методом электронного спинового резонанса». Аналитическая химия . 34 (6): 694–700. дои : 10.1021/ac60186a034.
  11. ^ Абдалла, Д.; Пуннапалла, С.; Кульбрандстад, О.; Годой, М.; Мадем, С.; Бабахани, А.; Ловелл, Дж. (2018). Исследования асфальтенов на береговых месторождениях Абу-Даби, Часть IV: Разработка поверхностного датчика . АТСЕ SPE. Том. SPE-191676. Даллас. дои : 10.2118/191676-MS.
  12. ^ Ян, З.; Ма, К.-Ф.; Лин, Х.-С.; Ян, Ж.-Т.; Го, Т. -М. (1999). «Экспериментальные и модельные исследования по осаждению асфальтенов в дегазированных и газонагнетанных пластовых нефтях». Жидкостно-фазовые равновесия . 157 : 143–158. дои : 10.1016/S0378-3812(99)00004-7.
  13. ^ Лей, Х.; Пингпинг, С.; Ин, Дж.; Джиген, Ю.; Ши, Л.; Айфан, Б. (2010). «Прогнозирование осаждения асфальтенов при закачке CO2». Разведка и разработка нефти . 37 (3): 349. Бибкод : 2010PEDO...37..349L. дои : 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». Жидкостно-фазовые равновесия . 329 : 32–41. doi : 10.1016/j.fluid.2012.06.001.
  15. ^ Понимание проблем парафина и асфальтенов в нефтяных и газовых скважинах. Архивировано 3 августа 2008 г., Wayback Machine , Совет по передаче нефтяных технологий, регион Южного Среднего континента, 16 июля 2003 г. Семинар в Смаковере, Арканзас, в Музее природных ресурсов Арканзаса.

Внешние ссылки