Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. Литературный обзор 7
1.1 Характеристика нефтей 7
1.2 Смолисто-асфальтеновые компоненты в нефти 8
1.3 Переработка тяжелого нефтяного сырья 10
1.4 Методы исследования нефтяных компонентов 14
1.5 Превращения асфальтенов в сверхкритических условиях 16
ГЛАВА 2. Экспериментальная часть 19
2.1 Характеристика объектов исследования 19
2.2 Метод выделения асфальтеновых, масляных и смолистых компонентов 19
2.3 Термическая конверсия асфальтенов 20
2.4 Методы исследования исходных асфальтенов и продуктов их
термической конверсии 22
2.4.1 Элементный анализ 22
2.4.2 Определение средних молекулярных масс 23
2.4.3 Определение структурных фрагментов молекул асфальтенов, смол,
масел методом ИК спектроскопии 25
2.4.4 Определение среднего структурно-группового состава исходных
асфальтенов, вторичных асфальтенов и смол термолизата с использованием метода ЯМР 1Н спектроскопии 26
2.5 Техника безопасности 27
2.5.1 Электробезопасность 29
ГЛАВА 3. Результаты и их обсуждение 30
3.1 Характеристика исходных асфальтенов 30
3.2 Характеристика продуктов термолиза асфальтенов 30
3.3 Структурные фрагменты исходных асфальтенов и продуктов их термолиза, определенные с использованием метода ИК спектроскопии ... 32
3.4 Средний структурно-групповой состав исходных асфальтенов, вторичных асфальтенов и смол термолизата, определенный с
использованием метода структурно-группового анализа 33
ВЫВОДЫ 37
Список использованной литературы 38
Приложение А ИК спектры исходных асфальтенов и продуктов термолиза
Приложение Б ПМР спектры исходных асфальтенов и продуктов термолиза
В последние годы в балансе добычи и переработки жидких углеводородов увеличивается доля тяжелых нефтей, обогащенных смолисто- асфальтеновыми веществами. Эти высокомолекулярные компоненты оказывают негативное влияние на процессы каталитической переработки нефтяного сырья за счет сложного строения их молекул и концентрирования в своем составе основной массы нефтяных гетероатомов. Для разработки эффективных технологий переработки нетрадиционных углеводородных источников необходима детальная информация о природе входящих в его состав соединений и их поведении в термических процессах. Особый интерес представляют асфальтены, которые участвуют в образовании коксовых отложений и приводят к необратимой дезактивации катализаторов.
Таким образом, актуальность работы обусловлена необходимостью получения информации о составе и строении асфальтеновых компонентов битуминозной нефти Ашальчинского месторождения для решения проблем, связанных с ее переработкой.
В связи со сложностью состава наиболее распространенным методом исследования асфальтенов является термическая деструкция в широком интервале температур с детальным анализом получаемых продуктов. Однако при высоких температурах могут протекать вторичные процессы термодеструкции и коксообразования, избежать которых в некоторой степени можно при проведении процесса в потоке сверхкритических флюидов. Растворитель в сверхкритическом состоянии глубоко проникает в твердые структуры и экстрагирует растворимые продукты термолиза, что сводит к минимуму протекание нежелательных процессов и позволяет получить более достоверную информацию о нативной природе исследуемых объектов. Среди широкого ряда СКР большой интерес представляет сверхкритический н-гексан, который обладает сравнительно малыми критическими температурой и давлением (Ткр=234,2°С, Ркр=2,96 МПа), для создания которых не требуются большие энергетические затраты.
Целью данной работы является сравнительное изучение асфальтенов тяжелой нефти Ашальчинского месторождения и продуктов их термического превращения в сверхкритическом н-гексане.
Поставленная цель предусматривает решение следующих задач:
1. Термическая обработка асфальтенов ашальчинской нефти в присутствии сверхкритического н-гексана;
2. Разделение продуктов термолиза на асфальтеновые, смолистые и масляные компоненты;
3. Изучение исходных асфальтенов и полученных компонентов с использованием комплекса физико-химических методов.
Для исследования состава и структуры ААН и компонентов, выделенных из термолизата, использовали комплекс современных физикохимических методов анализа: определение элементного состава, ММ, ИК спектроскопию, ЯМР 1Н спектроскопию, структурно-групповой анализ.
Новизна полученных результатов: впервые с использованием
термической обработки в присутствии сверхкритического гексана получены данные о составе и структуре асфальтенов битуминозной нефти.
Практическая значимость: полученные данные представляют интерес для специалистов, занимающихся разработкой новых эффективных технологий переработки нетрадиционного нефтяного сырья.
Выпускная квалификационная работа бакалавра выполнена в лаборатории гетероорганических соединений нефти Федерального государственного бюджетного учреждения Института химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ЛГОСН ИХН СО РАН). Работа включает данные, полезные для реализации научных исследований в рамках проекта «Разработка научных основ повышения эффективности процессов термической конверсии тяжелого углеводородного сырья природного и промышленного происхождения в высококачественные продукты на основе данных о составе, структурной организации, стабильности и реакционной способности его компонентов».
В результате сравнительного исследования асфальтенов ашальчинской нефти и компонентов их термического превращения в потоке сверхкритического н-гексана:
• Установлено, что при термолизе в выбранных условиях образуются более низкомолекулярные смолистые и масляные компоненты и более высокомолекулярные вторичные асфальтены;
• Показано, что молекулы исходных асфальтенов и продуктов термолиза представлены конденсированными ароматическими структурами (1604-1597, 872-746 см-1) с алифатическим замещением (1462-1303 см-1). В составе всех компонентов содержатся молекулы, содержащие группы кислот (3293-3277, 1707-1693 см-1), амидов (34273407, 1650-1640 см-1) и сульфоксидов (1030 см-1);
• Установлены различия в структурах исходных асфальтенов и компонентов, образующихся в результате термолиза. Они связаны, главным образом, с изменениями числа и размеров структурных блоков, участвующих в построении их средних молекул.
