Исследование состава асфальтенов высоковязких нефтей методом ИК-спектроскопии Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 665.7.033.28

ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА АСФАЛЬТЕНОВ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

© Г. Р. Рыскулова*, Р. Н. Ширяева, Д. В. Серебренников

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

*ЕтаИ: [email protected]

С помощью известной методики SARA-анализа проведено разделение нефтей на фракции из Усинской, Баклановской и Приобской месторождений. Преимущество данного метода заключается в его простоте и возможности реализации в лабораторных условиях. Были получены ИК-спектры асфальтенов на спектрометре фирмы «Shmadzu» в области частот 650-4000 см-1. Образцы растворяли в хлороформе и наносили в виде пленки на пластинки из бромида калия. Для оценки относительного содержания функциональных групп рассчитаны спектральные коэффициенты ароматичности, окисленности, разветвленности, алифатично-сти и осерненности по общепринятым методикам. Установлено, что показатель ароматичности выше у асфальтенов Усинской нефти, а показатель окисленности выше у асфальтенов Приобской и Баклановской нефтей. Низким коэффициентом алифатичности характеризуются асфальтены Приобской нефти.

Ключевые слова: нефть, асфальтены, ИК-спектроскопия, спектральные коэффициенты, коллоидная устойчивость.

Введение

Асфальтены - высокомолекулярные компоненты нефтяных дисперсных систем обладают сложным строением и непредсказуемыми свойствами, что обуславливает трудности, возникающие при переработке тяжелого нефтяного сырья. Условия и природа их образования, существования и разрушения в нефтяной системе оказывают сильнейшее влияние на процессы переработки и физико-химические свойства конечных продуктов.

В связи с истощением запасов легкой нефти и необходимостью вовлечения в добычу и переработку высоковязких нефтей и природных битумов, получение новых знаний об их составе, строении и свойствах является актуальной задачей [1].

Среди многочисленных методов исследования строения нефти и ее продуктов важное место занимает ИК-спектроскопия. Именно данный метод позволяет более надежно определять функциональные группы.

Экспериментальная часть

Объектами исследования являлись асфальтены нефти Баклановского, Приобского и Усинского месторождений. Разделение нефтей на насыщенные углеводороды, ароматические соединения, смолы и асфальтены проводилось методом SARA-анализа. Асфальтены отделяли от других компонентов путем добавления н-гептана. Затем оставшиеся компоненты разделяли путем пропускания их смеси через хроматографическую колонку с адсорбентом - оксидом алюминия. Каждый из компонентов выделяется посредством его вымывания различными растворителями [2].

Асфальтены исследовали методом ИК-спектро-скопии. ИК-спектры поглощения асфальтенов снимали на спектрометре фирмы «SЫmadzu» в области

частот 650-4000 см 1. Образцы растворяли в хлороформе и наносили в виде пленки на пластинки из КВг.

Обсуждение результатов

По методу SARA-анализа определен компонентный состав нефтей и рассчитана коллоидная устойчивость нефти к осаждению (табл. 1). Бакла-новская нефть характеризуется большим содержанием асфальтенов по сравнению с остальными нефтями.

Таблица 1

Компонентный состав нефтей (% масс.)_

Компоненты Усинская нефть Бакланов-ская нефть Приобская нефть

Насыщенные 41.91 28.18 60.14

углеводороды

Ароматические 40.98 26.22 26.51

углеводороды

Смолы 10.33 45.65 9.65

Асфальтены 6.18 12.20 3.70

Коллоидная 1.07 1.78 0.57

устойчивость

В ИК-спектрах асфальтенов нефти Бакланов-ского (рис. 1), Усинского (рис. 2) и Приобского (рис. 3) месторождений наблюдаются интенсивные полосы поглощения при 1600 см-1, обусловленные валентными колебаниями С-С связей ароматических колец, и при 1680-1710 см-1, свидетельствующие о присутствии кислородсодержащих фрагментов. В высокочастотной области наблюдаются валентные колебания ОН- групп при 3600 см-1, ассиметричные и симметричные колебания СН3- и СН2-групп при 2950, 2922, 2850 см-1. Также присутствуют деформационные колебания при 1460 см-1 и при 1380 см-1, характерные для валентных колебаний С-С связей метиль-

ISSN 1998-4812

Вестник Башкирского университета. 2016. Т. 21. №4

929

ных групп, указывающих на наличие в составе ас-фальтенов алкильных заместителей при небольшой их длине. Колебания при 720 см-1 связаны с числом метиленовых групп в парафинах (п > 4), а при 1030 см-1 с содержанием сульфоксидных групп.

Рис. 1. ИК спектр Баклановских асфальтенов.

Рис. 2. ИК спектр Усинских асфальтенов.

По стандартным методикам для асфальтенов были рассчитаны спектральные коэффициенты ароматичности (С1), окисленности (С2), разветвленно-сти (Сз), алифатичности (С4) и осерненности (С5) (табл. 3). Установлено, что показатель ароматичности выше у асфальтенов Усинской и Баклановской нефтей. У асфальтенов Приобской нефти низкий коэффициент алифатичности.

Рис. 3. ИК спектр Приобских асфальтенов.

Таблица 2

Спектральные коэффициенты асфальтенов_

Объект

Ci

С2 Сз С4 С5

Асфальтены Усинской нефти

Асфальтены Приобской нефти Асфальтены Баклановской нефти

1.71 0.58 0.64 1.22 0.35 1.48 0.68 0.80 1.02 0.65 1.64 0.69 0.63 1.19 0.38

Полученные с помощью спектральных методов сведения об особенностях состава асфальтенов могут быть полезными при рассмотрении некоторых технологических задач, в частности, при подборе реагентов для улучшения реологических свойств нефтей [3-5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Абдрафикова И. М., Каюкова Г. П., Вандюкова И. И. Иследо-вание состава асфальтенов и продуктов их фракционирования методом ИК Фурье спектроскопии // Вестник Казанского технологического института. 2011.вып.№49. С. 179-183.

2. К.Акбарадзе, А.Хаммами, А. Харрат и др. Асфальтены: проблемы и перспективы // Нефтегазовое обозрение. 2007. С. 28-53.

3. Рыскулова Г. Р., Ширяева Р. Н. Структурные характеристики асфальтенов Приобской нефти // II Всероссийская молодежная конф. « Достижения молодых ученых: химические науки». Уфа: БашГУ, 2016. С. 200-201.

4. Серебренников Д. В., Рыскулова Г. Р., Ширяева Р. Н. Изучение особенностей строения асфальтенов Баклановской нефти // II Всероссийская молодежная конф. «Достижения молодых ученых: химические науки». Уфа: БашГУ, 2016. С. 203-205.

5. Ширяева Р. Н., Рыскулова Г. Р., Серебренников Д. В. Изучение структурных характеристик асфальтенов и смол Усинской нефти // Сборник тезисов докладов VI научно-технической конф. молодых специалистов ООО БашНИ-ПИнефть», 2016. С. 62-63.

Поступила в редакцию 08.11.2016 г.

STUDYING HIGH VISCOUS OIL ASPHALTENES BY IR-SPECTROSCOPY © G. R. Ryskulova*, R. N. Shiryaeva, D. V. Serebrennikov

Bashkir State University 32 Zaki Validi St., 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

*Email: [email protected]

Asphaltenes are not dominant in the composition of the oil in quantitative terms: their content can differs from trace amounts in light oil up to 16-20% in high viscous oil. Interest to the study of asphaltenes is caused by their negative impact on the properties of petroleum systems. Thus, the oil with a high content of asphaltenes is characterized by high viscosity, which requires application of costly technologies for processing. The high content of asphaltenes is a problem in petroleum refining, they reduce yield and degrade catalyst. Precipitation of asphaltenes leads to plugging of wells, piping, and surface equipment and also requires additional investments to cleaning and repair work. Moreover, asphaltenes have a great influence on the wettability of the formation and stability of oil-water emulsions. Using a technique of SARA-analysis, the separation of oils on fractions from Usinsk, Baklanov and Ob oil fields was conducted. The advantage of this method is its simplicity and the possibility of implementation in the laboratory. IR spectra of asphaltenes were obtained on a spectrometer "Shimadzu" in the frequency area of 650-4000 cm-1. The samples were dissolved in chloroform and applied as a film on the plate of potassium bromide. To assess relative content of the functional groups, the spectral coefficients of aromaticity, oxidation, branching, being aliphatic and sulfurated were calculated by conventional methods. It is found that the value of aromaticity is higher in the asphaltenes of Usinsk oil and the rate of oxidation is higher in the asphaltenes of Ob and Baklanovskaya oils. The asphaltenes of Priobskaya oil are characterized by a low aliphatic coefficient.

Keywords: oil, asphaltenes, IR-spectroscopy, spectral coefficients, colloidal stability.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Abdrafikova I. M., Kayukova G. P., Vandyukova I. I. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo instituta. 2011.vyp.No. 49. Pp. 179-183.

2. K.Akbaradze, A.Khammami, A. Kharrat i dr. Asfal'teny: problemy i perspektivy. Neftegazovoe obozrenie. 2007. Pp. 28-53.

3. Ryskulova G. R., Shiryaeva R. N. II Vserossiiskaya molodezhnaya konf. « Dostizheniya molodykh uchenykh: khimicheskie nauki». Ufa: BashGU, 2016. Pp. 200-201.

4. Serebrennikov D. V., Ryskulova G. R., Shiryaeva R. N. II Vserossiiskaya molodezhnaya konf. «Dostizheniya molodykh uchenykh: khimicheskie nauki». Ufa: BashGU, 2016. Pp. 203-205.

5. Shiryaeva R. N., Ryskulova G. R., Serebrennikov D. V. Sbornik tezisov dokladov VI nauchno-tekhnicheskoi konf. molodykh spetsialistov OOO BashNIPIneft'», 2016. Pp. 62-63.

Received 08.11.2016.