Структура асфальтенов нефтей различной химической природы

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью получения и обобщения информации о составе и строении асфальтеновых компонентов нефтей различной химической природы, так как особенности структурных характеристик асфальтенов оказывают существенное влияние на глубину их термодеструкции. Особое значение работы в этом направлении получили в последнее время из-за неуклонного роста в составе разведанных и извлекаемых запасов тяжелых нефтей, которые отличаются от традиционных нефтей высоким содержанием асфальтенов. Цель работы: сравнительный анализ структурно-группового состава асфальтенов типичной метано-нафтеновой нефти и тяжелой нефти нафтено-ароматического основания, молекулярного состава структурных фрагментов, связанных в молекулах их асфальтеновых компонентов через сульфидные и эфирные мостики, и ковалентно несвязанных соединений. Методы исследования: элементный анализ, криоскопия в бензоле, экстракция, жидкостно-адсорбционная хроматография, селективная химическая деструкция сульфидных и эфирных связей, ЯМР 1 Н-спектроскопия, структурно-групповой анализ, хроматомасс-спектрометрия. Результаты. Проведен сравнительный анализ состава и структуры асфальтеновых компонентов нефтей метано-нафтенового и нафтено-ароматического типов. Выявлены сходства и различия в их структурно-групповом составе, составе фрагментов, связанных в молекулах асфальтенов через эфирные и сульфидные мостики, и составе соединений, окклюдированных макромолекулами асфальтеновых веществ. С использованием методов мягкой химической деструкции сульфидных и эфирных связей показано, что наиболее распространенными фрагментами макромолекул асфальтенов нефтей метано-нафтенового и нафтено-ароматического типов являются н-алканы, циклогексаны, стераны, гопаны, н-алкилбензолы и н-алкилтолуолы. Особенностью молекул асфальтенов метано-нафтеновой нефти является присутствие в составе их структурных фрагментов алкенов, непредельных стеранов, а нафтено-ароматической нефти - прегнанов, хейлантанов, тиофеновых соединений и этиловых эфиров алкановых кислот.

The relevance of the work is caused by the need to obtain and generalize information on composition and structure of asphaltene components in oils of different chemical nature, since the features of structural characteristics of asphaltenes have a significant effect on the depth of their thermal destruction. Recently the works in this area are of particular importance due to the steady increase of heavy oils, which differ from traditional oils with high contents of asphaltenes, in compositions of explored and recoverable reserves. The aim of the research is the comparative analysis of structural-group compositions of asphaltenes in typical methane-naphthenic oil and heavy oil of a naphthenic-aromatic base, the molecular composition of structural fragments bonded in molecules of their asphaltene components through sulfide and ether bridges, and covalently unbonded compounds. Research methods: elemental analysis, cryoscopy in benzene, extraction, liquid-adsorption chromatography, selective chemical destruction of sulfide and ether bonds, 1 H NMR spectroscopy, structural-group analysis, chromatography-mass spectrometry. Results. The authors have carried out the comparative analysis of composition and structure of asphaltene components in methanenaphthenic and naphthenic-aromatic oils and identified the similarities and differences in their structural-group compositions, compositions of fragments bonded in asphaltene molecules via ether and sulfide bridges and in the compositions of compounds occluded by macromolecules of asphaltene substances. Using the methods of mild chemical destruction of sulfide and ether bonds, n-alkanes, cyclohexanes, steranes, hopanes, n-alkylbenzenes and n-alkyltoluenes were considered the most common fragments of asphaltene macromolecules in methane-naphthenic and naphthenic-aromatic types of oils. A peculiarity of asphaltene molecules in methane-naphthenic oil is the presence of alkenes and unsaturated steranes in composition of their structural fragments, while that in naphthenic-aromatic oil - pregnanes, cheilanthanes, thiophenic compounds and ethyl esters of alkane acids.