Лекционный курс «Физические основы нанотехнологий и их применение в нефтегазовой отрасли» Часть 3. Фазовые превращения асфальтенов и нефтегазовые нанотехнологии Тема Дополнительные сведения об асфальтенах природных нефтей. АСФАЛЬТЕНЫ – основные компоненты нефти, склонные к самоорганизации. ЧТО ТАКОЕ АСФАЛЬТЕНЫ ? 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПО СПОСОБУ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ НЕФТИ SARA - анализ нефти НЕФТЬ разбавление н-алканами С5 , С7 , С9 …. раствор Мальтены осадок разделение в хроматографе с помощью растворителей : Насыщенные Ароматические УВ УВ Смолы Асфальтены ОБРАЗОВАНИЕ ОСАДКОВ АСФАЛЬТЕНОВ В РАСТВОРЕ СУХИЕ ОСАДКИ АСФАЛЬТЕНОВ n-C5 (пентановые) асфальтены n-C7 (гептановые) асфальтены ( увеличение в 15 раз ) ЧТО ТАКОЕ АСФАЛЬТЕНЫ ? 2. АНАЛИЗ СОСТАВА ФРАКЦИИ АСФАЛЬТЕНОВ Содержание ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Молекулярный вес ПЕТРОЛЕОМИКА (Petroleomics) Масс – спектр асфальтенов МАЛОУГЛОВОЕ РАССЕЯНИЕ НЕЙТРОНОВ ( SANS ) Дифракция рентгеновского излучения Возникновение дифракционных колец и пятен свидетельствует о наличии упорядоченной структуры Анализ структур молекул асфальтенов по дифракции рентгеновских лучей Спектроскопия рамановского рассеяния рентгеновского излучения Упругое релеевское рассеяние – рассеяние фотонов без изменения длины волны на объектах, размеры которых меньше длины волны. Сечение рассеяния : Неупругое комбинационное (рамановское) рассеяние Начальная частота фотонов 0 изменяется на величину из-за изменения энергии молекул = Е / h = 0 Спектр рассеянного излучения Спектры рамановского рассеяния рентгеновских лучей Периконденсированные и катаконденсированные ароматические молекулы СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛ ПОЛИАРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ( РАН ) Спектры рамановского рассеяния указывают на наличие периконденсированных структур в асфальтенах МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУР «МОЛЕКУЛ АСФАЛЬТЕНОВ» Поконова Ю.В. Химия высокомолекулярных соединений нефти. - Л.: Изд. ЛГУ, 1980. -172 с Рис. 4 Модель молекулы асфальтенов ромашкинской нефти. СТРУКТУРЫ ТИПА « АРХИПЕЛАГ » Otto P. Strausz Department of Chemistry, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada Множество небольших «островков», в каждом из которых количество ароматических колец не превышает трех – четырех Модель молекулы асфальтенов из битуминозных песков Альберты ( Канада ) Модель молекулы асфальтенов из тяжелых нефтей Атабаски ( Канада) C318H395N6O6S8V Молекулярный вес: 4705 г / моль Модель молекулы асфальтенов из тяжелых нефтей Атабаски ( Канада) C283H337N3O4S9 Молекулярный вес: 4133 г / моль Модель молекулы асфальтенов из тяжелых нефтей Атабаски ( Канада) C230H302N4O2S10 Молекулярный вес: 3476 г / моль СТРУКТУРЫ ТИПА « КОНТИНЕНТ » Оливер Мюллинс Schlumberger-Doll Research 25 Year Controversy over Asphaltene Molecular Weight Is OVER !!! Одна мощная периконденсированная система, включающая до 10 и более ароматических колец Плоское ароматическое «ядро». «Корона» из алифатических цепочек. Компьютерные модели « континентальных » асфальтенов КАКАЯ ТЕОРИЯ ПРАВИЛЬНА ????? Асфальтены – «Молекулярные хамелеоны» Молекулы асфальтенов склонны «приспосабливаться к окружающей среде», что затрудняет построение некой «общей» структурной модели Притча о шести слепых ( Слон = стена + ковер + труба + веревка + колонна + змея ) Целое не равно простой сумме своих частей. “Elephantenes” !? «Слонольтены» !? «Молекулярная липучка» Вернемся с небес теории на землю При отсутствии точного знания молекулярных структур асфальтенов, закономерности их самоорганизации можно выявить путем внимательного анализа практически наблюдаемых явлений в природных и модельных нефтях ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА АСФАЛЬТЕНОВ НЕФТИ Какие молекулы ?? Структура агрегатов ?? Типы фазовых превращений ?? КОНЕЦ ЛЕКЦИИ