Надмолекулярная структура и термические превращения модифицированных смолисто-асфальтеновых веществ

Детальное исследование надмолекулярной структуры высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ (САВ) и изучение их стабильности к процессам термоокислительной деструкции в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ) является перспективным научным направлением и может стать основой для разработки дополнительных процессов подготовки нефти и, как следствие, интенсификации термических превращений нефтяных дисперсных систем (НДС). Установлено, что максимальный модифицирующий эффект, заключающийся в уменьшении количества асфальтенов на 8–11 % и увеличении концентрации смол, насыщенных и ароматических углеводородов в составе дисперсионной среды, достигнут при взаимодействии НДС с октадецилпропилендиамином, алкилдиамином с содержанием этоксилированных групп n = 3–6 и бутиловым эфиром кокосового жирного спирта с n = 10. Этот факт обусловлен изменением геометрических параметров асфальтеновых наноагрегатов вследствие адсорбции данных ПАВ на их поверхности. Так, на фоне увеличения межплоскостных расстояний конденсированных ароматических слоев dm с 3,66 до 3,85 Å и значений внутрицепочечного расстояния с 5,71 до 5,80 Å происходит снижение среднего диаметра ароматических слоев на 0,67–2,36 Å и средней высоты их пачки на 1,52–2,64 Å, при этом среднее число слоев в пачке равняется 5. Оценка результатов термического анализа свидетельствует о том, что термограммы САВ имеют аналогичный вид с тремя эндоэффектами с минимумами в диапазонах ~ 34,7–37,7 °С (I); 325,7–339,3 (II) и 434,8–438,7 °С (III) и одним экзоэффектом с максимумом ~ 460,5–475,3 °С (IV). С уменьшением фактора кристалличности и ароматичности САВ повышается их устойчивость к процессам термоокислительной деструкции в температурной области коксообразования. Энергия термоокислительной деструкции для модифицированных ПАВ систем максимально (до 21,6 кДж/моль) превышает этот показатель для немодифицированных САВ и составляет 62,07 ÷ 66,13 кДж/моль.

1. Сюняев, З. И. Нефтяные дисперсные системы / З. И. Сюняев, Р. З. Сафиева, Р. З. Сюняев. – М.: Химия, 1990. – 226 с.

2. Химия нефти / Ю. В. Поконова [и др.]; под ред. З. И. Сюняева. – Л.: Химия, 1984. – 360 с.

3. Hannisdal, A. Particle-Stabilized Emulsions and Heavy Crude Oils. Characterization, Stability Mechanisms and Interfacial Properties : Ph.D. Thesis in the field of the Chemical Engineering / A. Hannisdal ; Norvegian University of Science and Technology. – Trondheim, Norway, 2006. – 152 p.

4. Гринько, А. А. Фракционирование смол и асфальтенов и исследование их состава и структуры на примере тяжелой нефти Усинского месторождения / А. А. Гринько, А. К. Головко // Нефтехимия. – 2011. – Т. 51, № 3. – С. 204–213.

5. Sjöblom, J. Model molecules mimicking asphaltenes / J. Sjöblom, S. Simon, Zh. Xub // Adv. Сolloid. Interface Sci. – 2015. – Vol. 218. – P. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.cis.2015.01.002

6. Сафиева, Д. О. Адсорбция асфальтенов на твердых поверхностях и их агрегация в нефтяных дисперсных системах : дис. … канд. хим. наук : 02.00.04, 05.17.07 / Д. О. Сафиева ; Ин-т биохим. физики имю Н. М. Эмануэля РАН. – М., 2011. – 137 c.

7. Сафиева, Р. З. Химия нефти и газа. Нефтяные дисперсные системы: состав и свойства (часть 1) : учеб. пособие / Р. З. Сафиева. – М. : РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2004. – 112 с.

8. Mullins, O. C. Asphaltenes, heavy oils, and petroleomics / O. C. Mullins, E. Y. Sheu, A. Hammami, A. G. Marshall. – New York : Springer, 2007. – 669 p. https://doi.org/10.1007/0-387-68903-6

9. Mullins, O. C. Structures and Dynamics of Asphaltenes / O. C. Mullins, E. Y. Sheu. – New York: Plenum Press, 1999. – 314 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-1615-0

10. The Colloidal Structure of Crude Oil and the Structure of Oil Reservoirs / O. C. Mullins [et al.] // Energy Fuels. – 2007. – Vol. 21, № 5. – P. 2785–2794. https://doi.org/10.1021/ef0700883

11. Structural Features of Boscan and Duri Asphaltenes / O. P. Strausz [et al.] // Energy Fuels. – 1999. – Vol. 13, № 2. – P. 228–247. https://doi.org/10.1021/EF980245L

12. Strausz, O. P. About the colloidal nature of asphaltenes and the MW of covalent monomeric units / O. P. Strausz, P. Peng, J. Murgich // Energy Fuels. – 2002. – Vol. 16, № 4. – P. 809–822. https://doi.org/10.1021/ef0002795

13. A critique of asphaltene fluorescence decay and depolarization-based claims about molecular weight and molecular architecture / O. P. Strausz [et al.] // Energy Fuels. – 2008. – Vol. 22, № 2. – P. 1156–1166. https://doi.org/10.1021/ef700320p

14. Евдокимова, Н. Г. Методы исследования свойств битумов и нефтяных остатков / Н. Г. Евдокимова, О. Б. Прозорова, К. В. Кортянович. – Уфа : УГНТУ, 2004. – 59 с.

15. Влияние ПАВ на термокрекинг тяжелого нефтяного сырья / Н. П. Крутько [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2014. – № 3. – С. 94–98.

16. Химия нефти и газа / под ред. В. А. Проскурякова, А. Е. Драбкиной. – СПб. : Химия, 1995. – 448 c.

17. Дмитриев, Д. Е. Превращения смол и асфальтенов при термической обработке тяжелых нефтей / Д. Е. Дмитриев, А. К. Головко // Нефтехимия. – 2010. – Т. 50, № 2. – С. 118–125. https://doi.org/10.1134/S0965544110020040

18. Яковец, Н. В. Определение компонентного химического состава тяжелых нефтяных дисперсий в присутствии ПАВ / Н. В. Яковец, Н. П. Крутько // Нефтепромысловая химия : материалы IX Междунар. (XVII Всерос.) науч.-практ. конф. (Рос. гос. ун-т нефти и газа (Нац. исслед. ун-т) имени И. М. Губкина, 30 июня 2022 г. / РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина ; редкол.: М. А. Силин, Л. А. Магадова. – М., 2022. – С. 158–161.

19. Бегак, О. Ю. Прогнозирование качества нефтяных битумов методами ЯМР и рентгеновской дифракции / О. Ю. Бегак, А. М. Сыроежко // ЖПХ. – 2001. – Т. 74, № 5. – С. 854–857.

20. Прогнозная оценка качества нефтяных гудронов и битумов методами ИК-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа / О. Ю. Бегак [и др.] // ЖПХ. – 2002. – Т. 75, № 7. – С. 1196–1200.

21. Антипенко, В. Р. Параметры макроструктуры нерастворимых продуктов термолиза смол и асфальтенов Усинской нефти / В. Р. Антипенко, А. А. Гринько // Изв. ТПУ. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332, № 4. – С. 123–131.

22. Изделия полимерные для строительства. Метод определения долговечности по энергии активации термоокислительной деструкции полимерных материалов: СТБ 1333.0-2002. – Введ. 01.01.2003. – Минск, 2002. – 8 с.

23. Lesueur, D. The colloidal structure of bitumen: consequences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification / D. Lesueur // Adv. Сolloid Interface Sci. – 2009. – № 145. – P. 42–82. https://doi.org/10.1016/j.cis.2008.08.011

24. Асфальтены: проблемы и перспективы / К. Акбарзаде [и др.] // Нефтегазовое обозрение. – 2007. – Т. 19, № 2. – С. 28–53.

25. Фундаментальные аспекты химии нефти. Природа смол и асфальтенов / Ф. Г. Унгер, Л. Н. Андреева. – Новосибирск: Новосибирское отделение издательства "Наука", 1995. – 192 с.

26. Паневчик, В. В. Методика оценки долговечности профильных поливинилхлоридных изделий / В. В. Паневчик, Е. С. Какошко // Вестн. Белорус. гос. экон. ун-та. – 2014. – № 6. – С. 44–51.

27. Бойцова, А. А. Исследование термодинамических, кинетических и структурных параметров термолиза асфальтенов тяжелой Ярегской нефти [Электронный ресурс] / А. А. Бойцова, Ф. Байталов, С. В. Строкин // Neftegaz.RU. – 2020. – № 3. – Режим доступа: https://magazine.neftegaz.ru/articles/pererabotka/536552-issledovanie-termodinamicheskikh-kineticheskikh-i-strukturnykh-parametrov-termoliza-asfaltenov-tyazh. – Дата доступа: 27.01.2023.