Влияние хинолина на состав, структуру и агрегативную устойчивость асфальтенов тяжелых нефтей различного химического типа

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью установления истинных механизмов формирования надмолекулярных структур в нефтяных дисперсных системах, выявления роли отдельных гетероатомных соединений и функциональных групп в процессах агрегации асфальтенов для разработки эффективных способов предотвращения осадкообразования в технологическом оборудовании на стадиях добычи, транспорта и переработки тяжелого углеводородного сырья. Цель: изучение влияния хинолина на состав, структуру и агрегативную устойчивость асфальтенов тяжелых нефтей различного химического типа. Объекты: тяжелые нефти Зюзеевского месторождения, Усинского месторождения, модельные нефтяные системы с содержанием основного азота от 1,0 до 3,0 мас. %, а также асфальтены исходных и модельных нефтяных систем. Методы: жидкостная адсорбционная хроматография, хромато-масс-спектрометрия, потенциометрическое титрование, элементный анализ, криоскопия в нафталине, спектроскопия ЯМР 1Н, структурно-групповой анализ, спектрофотометрия в видимой области. Результаты. С увеличением в нефтяной системе концентрации Nосн до 3 мас. % содержание асфальтенов снижается независимо от типа нефтяной системы. По данным структурно-группового состава асфальтенов установлено, что хинолин активно участвует в процессах формирования надмолекулярных структур нефти нафтенового типа. С увеличением содержания Nосн в нафтеновой нефтяной системе до 3 мас. % молекулярная масса асфальтенов увеличивается в 1,5 раза с возрастанием в их составе доли основного азота в 2 раза. Это сопровождается увеличением доли нафтеноароматических структуру в средней молекуле асфальтенов. Структура асфальтенов, выделенных из модельных нефтяных систем метанового типа, напротив, обогащается алкильными фрагментами с увеличением содержания в них Nосн. Установлено, что наличие в асфальтенах тяжелых нефтей хинолина в качестве соосажденного компонента значительно снижает их агрегативную стабильность. С увеличением молекулярной массы асфальтенов нафтеновых нефтяных систем до 2000 а.е.м. и доли основного азота до 2,69 мас. % скорость их агрегации до начала осаждения снижается в 5-6 раз. Агрегативная устойчивость асфальтенов метановой нефти снижается при содержании в их составе Nосн выше 1,9 мас. % и не зависит напрямую от их молекулярной массы

Relevance. The need to establish the true mechanisms of the formation of supramolecular structures in petroleum dispersed systems. It is important to identify the role of individual functional groups in asphaltene aggregation. This will help develop effective ways to prevent sediment formation in process equipment during production, transportation and processing of heavy oils. Aim. To study the effect of quinoline on the composition, structure and aggregative stability of asphaltenes from heavy oils of various chemical types. Objects. Heavy oils from the Zyuzeevskoe field and the Usinskoe field; model petroleum systems with a basic nitrogen content of 1.0 to 3.0 wt %; asphaltenes of the original and model petroleum systems. Methods. Liquid adsorption chromatography, gas chromatography-mass spectrometry, potentiometric titration, elemental analysis, cryoscopy in naphthalene, 1H NMR spectroscopy, structural group analysis, spectrophotometry. Results. With an increase in Nbas concentration in an petroleum system to 3 wt %, the content of asphaltenes decreases regardless of the type of petroleum system. It has been established that quinoline is actively involved in the formation of supramolecular structures of naphthenic type oil. With an increase in the Nbas content in the naphthenic petroleum system to 3 wt % the molecular weight of asphaltenes increases 1.5 times with a 2-fold increase in the proportion of basic nitrogen in their composition. This is accompanied by an increase in the proportion of naphthenoaromatic structure in the average asphaltene molecule. The structure of asphaltenes isolated from model methane-type petroleum systems, on the contrary, is enriched in alkyl fragments. It was established that the presence of quinoline in asphaltenes of heavy oils as a coprecipitated component significantly reduces their aggregative stability. With an increase in the molecular weight of asphaltenes in naphthenic petroleum systems to 2000 amu. and the proportion of basic nitrogen up to 2.69 wt % the rate of their aggregation before precipitation is reduced by 5-6 times. The aggregative stability of methane oil asphaltenes decreases when Nbas content in their composition is higher than 1.9 wt % and does not depend directly on their molecular weight