Определение содержания смолисто-асфальтеновых веществ в нефтях и битумоидах

Одним из показателей качественного и количественного состава нефтяного сырья и битумоидов является содержание в них асфальто-смолистых компонентов. Содержание асфальто-смолистых компонентов - один из важнейших показателей, характеризующих групповой состав природных нефтей и рассеянного органического вещества, позволяющий получить информацию о генетическом типе органического вещества, оценить качество нефтяного сырья.

Для контроля, за разработкой и обустройством месторождения, рационального сбора и подготовки скважинной продукции, решения вопросов транспорта и переработки нефти, возникает необ­ходимость определения содержания в нефтяном сырье асфальто-смо­листых компонентов.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ АСФАЛЬТО-СМОЛИСТЫХ КОМПОНЕНТОВ В НЕФТЯХ И БИТУМОИДАХ

Метод предназначен для определения группового состава нефтей и битумоидов. Сущность метода заключается в разделении нефтей и битумоидов на группы соединений и определении их количественного содержания.

Аппаратура, реактивы и материалы

Аппарат Сокслета, аппарат для перегонки, водоструйный насос, силикагель с крупностью зерен 0,2-0,5 мм., петролейный эфир, выкипающий до 50°С (или гексан), бензол (или хлороформ), спиртобензольная смесь 1:1, адсорбционная колонка (рисунок 16), плоскодонные колбы, аналитические весы, химическая воронка, бумажный фильтр.

Подготовка к анализу

Силикагель экстрагируется в аппарате Сокслета спиртобензольной смесью в течение восьми часов, высушивается на воздухе в фарфоровых чашках, нес­колько раз обрабатывается горячей водой (с декантацией), кипятит­ся с водой 30 мин, высушивается в сушильном шкафу и затем прока­ливается при 200-240°С в течение трёх часов.

Проведение анализа

В нефтях и битумоидах наряду с основными углеводородными макрокомпонентами присутствуют различные группы высокомолекуляр­ных гетероатомных соединений, объединяемых общим термином "смолисто- асфальтеновые вещества". Количество этих веществ в разного типа нефтях и битумоидах варьируется, в довольно, широких пределах от 1-2 до 40%. По содержанию смолисто-асфальтеновых компонентов все нефти условно можно разделить на три группы: малосмолистые нефти - до 5%; смолистые - от 5 до 15% и высокосмолистые - свыше 15%. В фильтрованных и сильнометаморфизированных нефтях содержание смо­листо-асфальтеновых веществ незначительно.

В смолисто-асфальтеновых веществах полностью сконцентрирова­ны содержащиеся в нефтях металлы (V, Ni, Fe, Co и др.), а также большая часть кислорода, азота и значительная часть серы.

При аналитическом определении смолисто-асфальтеновые вещества делят на следующие группы:

- асфальтены, нерастворимые в легких парафиновых УВ;

- асфальтогеновые кислоты, нераствори мые в легких парафиновых УВ, но растворимые в горячем этиловом спирте;

- смолы, растворимые во всех нефтяных растворителях;

- карбены растворимые только в сероуглероде, и карбиды нерастворимые в органических растворителях.

Нефтяные смолы представляют собой вязкую или твердую, но лег- коплавкую массу темно-бурого цвета. Молекулярная масса их дос­тигает

1000 и более. Содержание смол колеблется от долей процента в фильтрованных и сильнометаморфизованных нефтях до 25 % в высокосмолистых. Ступенчатая экстракция смол растворителями различной полярности позволяет выделить более нейтральные компоненты (бензольные смолы) и более кислые компоненты (спиртобензольные смолы).

Нефтяные асфальтены по внешнему виду отличаются от смол черным цветом и хрупкостью. В количественном отношении асфальтены не играют существенной роли в составе нефти. Содержание их в нефтях обычного типа менее 1 % и только в тяжелых разностях 5 % и более. В смолисто-асфальтеновой части нефти на долю асфальтенов прихо­дится в основном 15-30 %, отклонение на 5-10 % лишь в случае малосмолистых (меньше) и высокосмолистых (больше) нефтей.

Еще меньшее значение в составе нефтей имеют асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, представляющие собой смолоподобные ве­щества неопределенной структуры. При анализе смолисто-асфальтеновых компонентов нефти асфальтогеновые кислоты осаждаются обычно вместе с асфальтенами и отделение их от асфальтенов не проводят. Карбены и карбиды внешне напоминают асфальтены, но отличаются от последних более темной окраской. В нефтях они практически не встречаются.

В основу методов выделения и разделения смолисто-асфальтеновых веществ положены различные растворимость и сорбционная способность этих компонентов.

Выделение асфальтенов

Навеску нефти около 10 г помещают в колбу, предварительно ополоснутую этиловым спиртом, разбавляют нефть 40-кратным по объ­ему количеством петролейного эфира, тщательно перемешивают и ста­вят в темное место на 24 часа.

Подготовка колонки для отделения и отмывки асфальтенов включает следующие этапы:

- помещают в нижнюю часть колонки большой ватный тампон, предварительно экстрагированный органическим растворителем в ап­парате Сокслета;

- к тубусу приемника через специальную насадку подсоединяют водоструйный насос;

- через резервуар в колонку вносят подготовленный раствор нефти с осажденными асфальтенами;

- включают водоструйный насос, чтобы ускорить фильтрование;

- пропускают через колонку смесь петролейного эфира с выпав­шими в осадок асфальтенами.

Рисунок 16 – Адсорбционная колонка

Асфальтены задерживаются на тампоне, фильтрат собирают в круглодонной колбе.

Для отмывки асфальтенов от масел и смол пропускают петролейный эфир через колонку до исчезновения окраски вытекающего филь­трата. Для выделения асфальтогеновых кислот пропускают через ко­лонку подогретый этиловый спирт до получения бесцветного фильтра­та. Для выделения асфальтенов заливают колонку хлороформом и промы­вают до получения бесцветного фильтрата.

После отгонки растворителя асфальтены (и асфальтогеновые кис­лоты, если они специально выделяются) с помощью небольшого коли­чества хлороформа переносят в тарированный стаканчик и сушат сначала при комнатной температуре, а затем при 80°С в вакуум-су­шильном шкафу до постоянной массы.

Полученные асфальтены должны быть хрупкими и блестящими, черно-коричневого цвета. Матовый и мазеобразный вид асфальтенов указывает на присутствие в них масел, твердых парафинов и требует повторного осаждения.