Изменения состава и строения азотистых оснований смолистых компонентов тяжелой нефти Нурлатского месторождения в процессе термического разложения

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью получения информации о воздействии термической обработки на состав и структуру азотистых оснований смолистых компонентов тяжелой нефти месторождения Нурлатское (Республика Татарстан) для решения проблем, связанных с их негативным влиянием на процессы нефтепереработки. Цель: охарактеризовать состав азоторганических оснований, выделенных из смол битуминозной нефти Нурлатского месторождения, и продуктов их термокрекинга. Методы: комплексообразование, экстракция, жидкостно-адсорбционная хроматография, потенциометрическое титрование, 1Н ЯМР спектроскопия, структурно-групповой анализ, хроматомасс-спектрометрия. Результаты. На основании сравнительного изучения состава и структуры азотистых оснований исходных и термолизованных смол битуминозной нефти Нурлатского месторождения установлено, что в обоих случаях в их составе присутствуют высоко- и низкомолекулярные азотистые основания, среди которых доминируют высокомолекулярные соединения, осаждаемые хлористым водородом. В результате термического воздействия количество таких оснований возрастает за счет увеличения в их составе доли соединений с более короткими алкильными заместителями. С использованием метода структурно-группового анализа показано, что основными направлениями термических превращений высоко- и низкомолекулярных оснований смол нурлатской нефти являются деструкция алкильных заместителей и циклизация укороченных алкильных цепей с образованием нафтеновых колец. Среди низкомолекулярных азотистых оснований исходных смол и термолизата идентифицированы близкие по молекулярно-массовому распределению алкилзамещенные хинолины, бензохинолины, азапирены, тиофенохинолины и бензотиофенохинолины. В процессе термолиза смол в составе идентифицированных оснований возрастает относительное содержание низкомолекулярных гомологов, а среди одноименных гомологов - доля структур с пониженной хроматографической подвижностью, обусловленной снижением степени пространственного экранирования атома азота.

The relevance. The need to obtain information on heat treatment effect on composition and structure of nitrogenous bases of resin components of heavy oil from the Nurlatskoe field (Republic of Tatarstan) to solve the problems associated with their negative impact on oil refining. The aim. To characterize the composition of nitrogenous organic bases, isolated from the resins of bituminous oil of the Nurlatskoe field, and the products of their thermal cracking. Methods. Complex formation, extraction, liquid adsorption chromatography, potentiometric titration, 1H NMR spectroscopy, structural group analysis, combined gas chromatography-mass spectrometry. Results. Based on a comparative study of the composition and structure of nitrogenous bases of the initial and thermally treated resins of the bituminous oil from the Nurlatskoe field, the authors found out that they both contain high- and low-molecular nitrogenous bases with predominance of high-molecular compounds precipitated by hydrogen chloride. As a result of thermal exposure, the number of such bases increases due to an increase in the proportion of compounds with shorter alkyl substituents in their composition. The method of structural group analysis was used to show that the main directions of thermal transformations of high- and low-molecular bases of resins in Nurlatskoe oil are destruction of alkyl substituents and cyclization of shortened alkyl chains with formation of naphthenic rings. Among the lowest molecular weight bases of the initial resins and thermolysate the authors have identified alkylsubstituted quinolines, benzoquinolines, azapyrenes, thiophenoquinolines, and benzothiophenoquinolines with similar molecular weight distributions. During the thermolysis of resins, the relative content of low molecular weight homologues in the identified nitrogenous bases increases. The share of structures with reduced chromatographic mobility caused by a decrease in the degree of spatial screening of a nitrogen atom increases among similar homologues.