Асфалтени

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Пример за възможна структура на асфалтенова молекула.

Асфалтените са молекулни вещества, които се намират в суровия нефт, заедно със смоли, ароматни въглеводороди и наситени въглеводороди (т.е. наситени въглеводороди като алкани). [1][2] Думата „асфалтен“ е измислена от Жан Батист Бусинго (Jean Baptiste Boussingault) през 1837 г., когато той забелязва, че остатъците от дестилацията на някои битуми имат свойства, подобни на асфалт. Асфалтените под формата на асфалтови или битумни продукти от петролните рафинерии се използват като настилки за пътища, хидроизолация за покриви и водоустойчиви покрития за основите на на сгради.

Състав[редактиране | редактиране на кода]

Асфалтените се състоят предимно от въглерод, водород, азот, кислород и сяра, както и следи от ванадий и никел. Съотношението C:H е приблизително 1:1,2, в зависимост от източника на асфалтена. Асфалтените се дефинират оперативно като n-хептан (C
7
H
16
) – неразтворим, толуен (C
6
H
5
CH
3
) – разтворим компонент на въглероден материал като суров нефт, битум или въглища. Доказано е, че асфалтените имат разпределение на молекулните маси в диапазона от 400 u до 1500 u, но средните и максималните стойности са трудни за определяне поради агрегирането на молекулите в разтвор.[3]

Анализи[редактиране | редактиране на кода]

Трудно е да се определи молекулната структура на асфалтените, тъй като молекулите са склонни да се слепват в разтвор. [4] Тези материали са изключително сложни смеси, съдържащи стотици или дори хиляди отделни химически съединения. Асфалтените нямат конкретна химична формула: отделните молекули могат да варират в броя на атомите, съдържащи се в структурата, а средната химическа формула може да зависи от източника. Въпреки че са били подложени на съвременни аналитични методи, включително добре познатия SARA анализ чрез TLC-FID SARA метод, масспектрометрия, електронно-спинов резонанс и ядрено-магнитен резонанс, точните молекулярни структури са трудни за определяне. Като се има предвид това ограничение, асфалтените се състоят главно от полиароматични въглеродни пръстенни единици с кислородни, азотни и серни хетероатоми, комбинирани със следи от тежки метали, особено хелатиран ванадий и никел, и алифатни странични вериги с различна дължина. [5] Много асфалтени от суров нефт по света съдържат подобни пръстеновидни единици, както и полярни и неполярни групи, които са свързани помежду си, за да образуват силно разнообразни големи молекули. [6][7]

Асфалтените след нагряване [8] са подразделени на: Нелетливи (хетероциклични N и S видове) и летливи (парафин + олефини, бензоли, нафталини, фенантрени, няколко други). J. G. Speight [9] съобщава за опростено представяне на разделянето на петрола в следните шест основни фракции: летливи наситени вещества, летливи ароматни вещества, нелетливи наситени вещества, нелетливи ароматни вещества, смоли и асфалтени. Той също така докладва произволно дефинирани физически граници за петрола, използвайки въглеродно число и точка на кипене.

Геохимия[редактиране | редактиране на кода]

Днес асфалтените са широко признати като дисперграни, химически променени фрагменти от кероген, които мигрират от изходната скала за петрола по време на нефтената катагенеза. Смятало се, че асфалтените се държат разтворени в нефта от смолите (със сходна структура и химия, но по-малки), но последните данни показват, че това е неправилно. Всъщност се предполага, че асфалтените са наноколоидно суспендирани в суров нефт и в толуенови разтвори с достатъчни концентрации. Във всеки случай за течности с ниско повърхностно напрежение, като алкани и толуен, повърхностно активните вещества не са необходими за поддържане на наноколоидни суспензии на асфалтени.

Съотношението никел / ванадий на асфалтените отразява pH и Eh условията на палео-отлагащата среда на месторождението на нефта (Lewan, 1980; 1984) и следователно това съотношение се използва в петролната индустрия за oil to oil корелация и за идентифициране на скали за потенциално съдържание на нефт.

Местонаходище[редактиране | редактиране на кода]

Тежките нефтове, нефтените пясъци, битумите и биоразградените масла (тъй като бактериите не могат да усвоят асфалтените, но лесно консумират наситени въглеводороди и някои ароматни изомери на въглеводороди – контролирани ензимно) съдържат много по-високи пропорции на асфалтени, отколкото средните API-нефтове или леките нефтове. Петролните кондензати са практически лишени от асфалтени.

Измерване/изследване[редактиране | редактиране на кода]

Тъй като съотношението на електронните завъртания към грам е постоянно за определен вид асфалтен [10], тогава количеството асфалтен в нефта може да бъде определено чрез измерване на неговия електронно-спинов резонанс. Измерването на електронно-спиновия резонанс нефта в сондата, докато се добива петролът, дава директна индикация дали количеството асфалтен се променя (например поради кондензация или утайки в тръбата отдолу). [11]

В допълнение, агрегацията, утаяването или отлагането на асфалтен понякога могат да бъдат предсказани чрез моделиране [12][13] или методите на машинно обучение [14] и могат да бъдат измервани в лабораторията с помощта на образни методи или филтриране.

Проблеми в нефтопреработването[редактиране | редактиране на кода]

Асфалтените придават висок вискозитет на суровите нефтове, което оказва негативно влияние върху нефтопреработката, също така променливата концентрация на асфалтени в суровите нефтове в отделните резервоари създава безброй производствени проблеми.

Замърсяване на топлообменно оборудване[редактиране | редактиране на кода]

Известно е, че асфалтените са една от най-големите причини за замърсяване в топлообменното оборудване в нефтопреработването. Те присъстват в сферичните клъстери от въглеводородни молекули в суровия нефт, действащи като емулгатори, които могат да бъдат разградени чрез реакция с парафини при висока температура. След като сферичният клъстер бъде премахнат, полярните асфалтенови агломерати се транспортират до стените на тръбата, където могат да залепнат и да образуват слой на замърсяване.

Отстраняване на асфалтени[редактиране | редактиране на кода]

Химичните обработки за отстраняване на асфалтен включват:

  1. Разтворители
  2. Диспергатори / разтворители
  3. Масла / диспергатори / разтворители

Подходът диспергатор / разтворител се използва за отстраняване на асфалтените от минералните пластове. Може да се наложи непрекъснато третиране, за да се инхибира отлагането на асфалтени по стените на тръбопроводите. Партидните обработки са често срещани за оборудването за дехидратация и дъното на резервоарите. Съществуват и инхибитори на утаяването на асфалтен, които могат да се използват при непрекъснато третиране или изцеждане. [15]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Mullins, O. C. et al. (eds.) (2007) Asphaltenes, Heavy Oils and Petroleomics, Springer, New York.
  2. Asphaltene. uic.edu
  3. Podgorski, D. C. Heavy Petroleum Composition. 5. Compositional and Structural Continuum of Petroleum Revealed. // Energy & Fuels 27 (3). 2013. DOI:10.1021/ef301737f. с. 1268 – 1276.
  4. McKenna, A. M. Heavy Petroleum Composition. 3. Asphaltene Aggregation. // Energy & Fuels 27 (3). 2013. DOI:10.1021/ef3018578. с. 1246 – 1256.
  5. Asomaning, S. (1997). Heat exchanger fouling by petroleum asphaltenes. Ph.D. Thesis, University of British Columbia
  6. G.A. Mansoori, (2009). Int. J. Oil, Gas and Coal Technology 2 141.
  7. Rueda-Velasquez, R. I. Characterization of Asphaltene Building Blocks by Cracking under Favorable Hydrogenation Conditions. // Energy & Fuels 27 (4). 2013. DOI:10.1021/ef301521q. с. 1817 – 1829.
  8. J.H. Pacheco-Sánchez, and G.A.Mansoori, (2013) Revista Mexicana de Física 59, 584 – 593.
  9. J.G. Speight, (1994). in the book Asphaltenes and Asphalts, 1, Developments in Petroleum Science, 40 edited by Yen T. F. and G. V. Chilingarian, (Elsevier Science, New York ). Chapter: Chemical and physical studies of petroleum asphaltenes
  10. Yen, T.G. и др. Investigation of the nature of free radicals in petroleum asphaltenes and related substances by Electron Spin Resonance. // Analytical Chemistry 34. 1962. DOI:10.1021/ac60186a034. с. 694 – 700.
  11. Asphaltene studies in on-shore Abu Dhabi fields, Part IV: Development of a surface sensor. // SPE ATCE. Т. SPE-191676. Dallas, 2018. DOI:10.2118/191676-MS.
  12. Yang, Z. и др. Experimental and modeling studies on the asphaltene precipitation in degassed and gas-injected reservoir oils. // Fluid Phase Equilibria 157. 1999. DOI:10.1016/S0378-3812(99)00004-7. с. 143 – 158.
  13. Lei, H. и др. Prediction of asphaltene precipitation during CO2 injection. // Petroleum Exploration and Development 37 (3). 2010. DOI:10.1016/S1876-3804(10)60038-9. с. 349.
  14. Rasuli Nokandeh, N. и др. An artificial neural network approach to predict asphaltene deposition test result. // Fluid Phase Equilibria 329. 2012. DOI:10.1016/j.fluid.2012.06.001. с. 32 – 41.
  15. Understanding paraffin and asphaltene problems in oil and gas wells Архив на оригинала от август 3, 2008 в Wayback Machine., Petroleum Technology Transfer Council, South Midcontinent Region, July 16, 2003 Workshop in Smackover, Arkansas at the Arkansas Natural Resources Museum

Външни препратки[редактиране | редактиране на кода]

CC BY-SA icon.svg Heckert GNU white.png Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „Asphaltene“ в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс – Признание – Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година – от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите. ​

ВАЖНО: Този шаблон се отнася единствено до авторските права върху съдържанието на статията. Добавянето му не отменя изискването да се посочват конкретни източници на твърденията, които да бъдат благонадеждни.​