Кіріспе
Шикі мұнайда кездесетін ауыр органикалық молекулалық заттар Асфальтендер - шикі мұнайда, шайырлармен, ароматты көмірсутектермен және қаныққан заттармен (яғни алкандар сияқты қаныққан көмірсутектер) кездесетін молекулалық заттар. "Асфальтин" сөзін Боусинго 1837 жылы кейбір битумдардың дистилляция қалдықтарының асфальтқа ұқсас қасиеттері бар екенін байқаған кезде қолданған. Мұнай өңдеу зауыттарынан шығатын асфальт немесе битум өнімдері түріндегі асфальтендер жолдарды төсеу материалдары, шатырлар үшін шендлер және ғимараттардың іргетастарының су өткізбейтін жабыны ретінде қолданылады.
Asphaltenes are molecular substances that are found in crude oil, along with resins, aromatic hydrocarbons, and saturates (i. e. saturated hydrocarbons such as alkanes). The word "asphaltene" was coined by Boussingault in 1837 when he noticed that the distillation residue of some bitumens had asphalt like properties. Asphaltenes in the form of asphalt or bitumen products from oil refineries are used as paving materials on roads, shingles for roofs, and waterproof coatings on building foundations.
Құрамы
Асфальтендер негізінен көміртек, сутегі, азот, оттегі және күкірттен, сондай-ақ ванадий мен никельдің іздері бар. C:H қатынасы асфальтен көздеріне байланысты шамамен 1:1,2 құрайды. Асфальтендер - шикі мұнай, битум немесе көмір сияқты көміртекті материалдың n гептан ерімейтін, толуол ерімейтін компоненті. Асфальтендердің молекулалық массасы 400-1500 у аралығында таралады, бірақ ерітіндідегі молекулалардың агрегациялануына байланысты орташа және ең жоғары мәндерін анықтау қиын.
Талдау
Асфальтендердің молекулалық құрылымын анықтау қиын, өйткені молекулалар ерітіндіде бірігіп қалуға бейім. Бұл материалдар жүздеген, тіпті мыңдаған химиялық түрлерді қамтитын өте күрделі қоспалар. Асфальтендердің нақты химиялық формуласы жоқ: жеке молекулалар құрылымында бар атомдардың санында әр түрлі болуы мүмкін, ал орташа химиялық формула көзге байланысты болуы мүмкін. Олар SARA, массалық спектрометрия, электронды парамагниттік резонанс және ядролық магниттік резонанс сияқты қазіргі заманғы талдау әдістеріне ұшырағанмен, олардың нақты молекулалық құрылымын анықтау қиын. Осы шектеуді ескере отырып, асфальтендер негізінен оттегі, азот және күкірт гетероатомдары бар полиароматты көміртек сақиналық бірліктерден тұрады, олар ауыр металдардың, әсіресе хелаттанған ванадий мен никельдің іздерімен және әр түрлі ұзындықтағы алифалық жақтау тізбектерімен біріктірілген. Әлемдегі шикі мұнайдан алынған көптеген асфальтендерде ұқсас сақиналық бірліктер, сондай-ақ полярлық және полярлық емес топтар бар, олар әртүрлі ірі молекулалар жасауға байланысты. Асфальтенді қыздырудан кейін: ұшпағыш (гетероциклдік N және S түрлері) және ұшпағыш (парафин + олефиндер, бензолдар, нафталендер, фенантрендар, тағы басқа) болып бөлінеді. Speight мұнайдың төмендегі алты негізгі фракциясына бөлінуінің қарапайым бейнесі туралы хабарлайды: ұшқыш қаныққан заттар, ұшқыш ароматтар, ұшқыш емес қаныққан заттар, ұшқыш емес ароматтар, шайырлар және асфальтендер. Ол сондай-ақ көміртегі саны мен қайнау нүктесін пайдалана отырып, мұнайдың физикалық шекараларын кездейсоқ анықтағанын айтады.
Геохимия
Асфальтендер бүгінде мұнай катагенезі кезінде мұнайдың бастапқы жынысынан көшіп шыққан керогеннің химиялық өзгертілген бөлшектері ретінде танылады. Асфальтендер майдағы шайырлар арқылы (құрылымы мен химиясы ұқсас, бірақ кішірек) ерітіндіде ұсталады деп ойланған, бірақ соңғы деректер бұл дұрыс емес екенін көрсетеді. Шын мәнінде, жақында асфальтендер шикі мұнай мен толуол ерітінділерінде жеткілікті концентрациядағы наноколоидты түрде суспензияда болады деп айтылды. Кез келген жағдайда, алкандар мен толуол сияқты төмен беткі кернеулі сұйықтықтар үшін асфальтендердің наноколоидты суспензияларын сақтау үшін беткі белсенді заттар қажет емес. Асфальтендердің никель мен ванадий арақатынасы мұнайдың бастапқы жынысының палеоотығу ортасының pH және Eh шарттарын көрсетеді (Lewan, 1980; 1984) және осы арақатынас мұнай өндірісінде мұнайдың мұнай байланысын және мұнай іздеу үшін әлеуетті бастапқы жыныстарды анықтау үшін қолданылады.
Пайда болуы
Ауыр майлар, мұнай құмдары, битум және биологиялық ыдырау майлары (бактериялар асфальтендерді сіңіре алмайды, бірақ қаныққан көмірсутектерді және кейбір ароматты көмірсутек изомерлерін ферменттік бақылаумен оңай тұтынады) асфальтендердің орташа API майларына немесе жеңіл майларға қарағанда әлдеқайда жоғары мөлшерде болады. Конденсаттарда асфальтендер мүлдем жоқ.
Өлшем
Электрондық спиндердің граммдық қатынасы асфальтеннің белгілі бір түрінде тұрақты болғандықтан, мұнайдағы асфальтеннің мөлшерін оның парамагниттік белгісін (EPR) өлшеу арқылы анықтауға болады. Мұнай өндірісі кезінде ұңғыма басындағы мұнайдың EPR белгісін өлшеу асфальтин мөлшері өзгеріп жатқандығын тікелей көрсетеді (мысалы, төмендегі құбырларда жауын-шашын немесе шөгінділер салдарынан). Сонымен қатар, асфальттенді агрегациялау, тұндыру немесе жинақтау кейде модельдеу немесе машиналық оқыту әдістерімен болжауға болады және зертханада бейнелеу әдістері немесе сүзгілеу әдістері арқылы өлшеуге болады.
Өндірістік мәселелер
Асфальтендер шикі мұнайға жоғары тұтқырлық береді, бұл өндіріске теріс әсер етеді. Сонымен қатар, шикі мұнайдағы асфальтиннің әр түрлі концентрациясы әр резервуарда көптеген өндірістік проблемалар тудырады.
Жылу алмастырғыштың ластануы
Асфальтендер шикі мұнайды дистилляциялаудың алдын ала қыздыру пойызының жылу алмастырғыштарында ластанудың ең үлкен себептерінің бірі болып табылады. Олар шикі мұнайдағы мицелдерде болады, олар жоғары температурада парафиндермен реакция арқылы ыдырайды. Қорғаушы мицелл алынып тасталғаннан кейін полярлық асфальтендер агломерацияланады және құбыр қабырғаларына тасымалданады, онда олар жабысып, фолиант қабатын құрайды.