ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ АСФАЛЬТЕНОВ СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ

Ширяева Р.Н.¹, Асадуллина А.С.²

¹Кандидат химических наук, доцент;² студент, Башкирский государственный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ АСФАЛЬТЕНОВ СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ

Аннотация

Методом ИК-спектроскопии изучены структурные фрагменты асфальтенов, выделенных из нефтей Герасимовского, Аскаровского и Западно-Салымского месторождений. Лазерным дифрактометрическим методом определены размеры частиц асфальтенов. Установлено, что асфальтены Аскаровской нефти являются более высококонденсированными.

Ключевые слова: нефть, асфальтены, ИК-спектроскопия, дисперсионный анализ.

Shiryaeva R.N.¹, Asadullina A.S.²

¹Associate professor, PhD; ²student, Bashkirsky state University

INVESTIGATION OF THE STRUCTURE OF ASPHALTENES SPECTRAL METODS

Abstract

IR-spectroscopy studied structural fragments of asphaltenes isolated from petroleum Gerasimovsky, Askarovsky and West Salym fields. Laser diffractometry method defined particle sizes of asphaltenes. Found that asphaltenes Askarovsky oil are more highly condensed.

Keywords: oil, asphaltenes, IR- spectroscopy, analysis of variance.

Известно, что многие физико-химические характеристики нефтей определяются свойствами высокомолекулярных смолисто- асфальтеновых веществ (САВ) и, прежде всего, асфальтенов. Асфальтены играют первоочередную роль в структурировании НДС и обуславливают стабильность коллоидной структуры нефтей. К наиболее распространенным методам изучения строения САВ относится ИК-спектроскопия [1,2]. Спектры ультрафиолетового и видимого диапазонов асфальтенов мало изучены [3].

В данной работе проводилось изучение структурных характеристик асфальтенов, выделенных из нефтей Герасимовского, Аскаровского, Западно-Салымского месторождений по методике [4],методом ИК-спектроскопии. В табл.1 приведены физико-химические свойства образцов этих нефтей и содержание в них компонентов. Содержание бензольных смол в этих нефтях близкое, а асфальтенов практически одинаковое для Герасимовской и Аскаровской нефтей.

Таблица 1 - Характеристики исследуемых нефтей

Показатели	Нефть
	Герасимовская	Аскаровская	Западно-Салымская
Плотность, кг/м3	908,8	902,8	878,7
Групповой углеводородный состав, % масс.
Парафино-нафтеновые	36,9	32,9	36,5
Легкие ароматические	17,1	14,7	21,7
Средние ароматические	8,0	9,0	8,3
Тяжелые ароматические	23,3	21,4	19,5
Смолы бензольные	4,3	4,6	4,5
Смолы спирто-бензольные	7,8	14,9	7,7
Асфальтены	2,6	2,6	1,8

 

ИК-спектры образцов снимали на спектрометре фирмы «Shimadzu» в виде пленок между пластинами из NaCl.

На рис.1,2 приведены ИК-спектры Аскаровской нефти и выделенных из нее асфальтенов. В спектре Аскаровской нефти наблюдаются полосы деформационных (1380 см^-1) и валентных (2850 см^-1) колебаний, характерных для метильной группы, и колебания при 1460, 2920, 2980 см^-1 для метиленовых групп. В спектре асфальтенов отсутствует полоса поглощения при 1380 см^-1 и уменьшается интенсивность полос при 2850, 2920 см^-1. Появление полос поглощения при 1715 и 1750 см^-1 характерно для карбонильной группы, что связано с частичным окислением асфальтенов. Полоса вблизи 720 см^-1, соответствующая открытым метановым цепям с числом CH₂- группы ≥ 4, для асфальтенов в 2 раза имеет меньшую интенсивность, чем для нефти. Содержание гидроксильных групп в нафтеновых структурах асфальтенов значтельно выше по сравнению с нефтью.

Рис. 1 - ИК-спектр Аскаровской нефти

Рис. 2 - ИК-спектр асфальтенов Аскаровской нефти

Для оценки относительного содержания функциональных групп рассчитывали спектральные коэффициенты по общепринятым методикам. Определяли соотношение ароматических углеводородов и нормальных парафинов (А₁), ароматических и парафиновых углеводородов (А₂), степень развлетвенности парафинов (Р) и окисленности (О):

. Значения спектральных коэффициентов представлены в табл.2.

Как видно из табл.2, ароматичность (А₁) выше для асфальтенов Аскаровской и Герасимовской нефтей. Степень разветвленности парафинов больше в асфальтенах Герасимовской нефти. Следует отметить, что в отличие от асфальтенов все нефти не окислены.

Таблица 2 - Спектральные коэффициенты для нефтей и асфальтенов

Особенности спектров поглощения асфальтенов изучали также с помощью фотоколориметра КФК- 2МП от 315 до 890 нм. Измеряли спектры поглощения для растворов асфальтенов в толуоле. Массовые доли асфальтенов составляли 10^-2-10^-4 %. Оптические спектры поглощения (вверху) и их первые производные (внизу) для растворов в толуоле асфальтенов Герасимовской нефти представлены на рис.3 и рис.4. Для асфальтенов Герасимовской нефти наблюдаются полосы поглощения при 390, 540 и 870 нм. Возникновение полосы при 390 нм можно связать с электронными π→π^* переходами в полиароматических хромофорах молекул асфальтенов и числом конденсированных циклов. Аналогичные закономерности наблюдаются и для асфальтенов Аскаровской нефти.

Рис.3 - Оптические спектры поглощения асфальтенов Герасимовской нефти

Рис.4 - Оптические спектры поглощения асфальтенов Герасимовской нефти

Размеры частиц асфальтенов измеряли на лазерном дифрактометре SALD -7101 Shimadzu при показателе преломления 1,49. На рис.5 представлены кривые распределения частиц по размерам для асфальтенов Аскаровской нефти. Размеры частиц асфальтенов Аскаровской нефти составляют от 10 до 100 мкм. Для асфальтенов Герасимовской и Западно- Салымской нефтей размеры частиц колеблются от 50 до 200 мкм.

Рис.5 - Распределение частиц по размерам асфальтенов Аскаровской нефти

Таким образом, полученные с помощью спектральных методов сведения об особенностях состава нефтей и асфальтенов могут быть полезными при рассмотрении некоторых технологических задач, в частности при подборе реагентов для улучшения реологических свойств нефтей.

Литература

1. Шарифуллин А.В. , Байбекова Л.Р., Хамидуллин Р.Ф. исследование структуры копонентов АСПО методом ИК-спектроскопии.-электронный научный журнал «Исследовано в России».-2006.
2. Муханова М.У. Физико-химическая характеристика нефти месторождения Кумколь.-Научно – технический журнал «Геология, география и глобальная энергия».-2010.-№ 2.-с. 113-115.
3. Ахметов Б.Р., Евдокимов И.Н., Елисеев Н.Ю. Особенности оптичесикх спектров поглощения нефтей и нефтяных асфальтенов.- Наука и технология углеводородов.- 2002.- № 3.- с. 25-30.
4. Немировская Г.Б., Емельянова А.С. Методики анализа высокопарафинистых нефтей.- Химия и технология топлив и масел.- 2005.- № 3.- с. 48-50.