아스팔테네

Asphaltene

아스팔텐은 레진, 방향족 탄화수소, 포화상태(알칸과 같은 포화 탄화수소)와 함께 원유에서 발견되는 분자 물질이다.[1][2] 아스팔테네라는 말은 1837년 부싱고가 일부 비투멘의 증류 잔여물이 아스팔트 같은 성질을 갖고 있다는 것을 눈치채고 만든 말이다. 정유소 아스팔트나 비투멘 제품 형태의 아스팔테네는 도로 포장재, 지붕용 널빤지, 건물 기초의 방수 코팅재로 사용된다.

아스팔테네 분자에 대한 가능한 구조의 예.

구성

아스팔텐은 주로 탄소, 수소, 질소, 산소, 황과 바나듐과 니켈의 미량으로도 구성된다. C:H 비는 아스팔테네 선원에 따라 약 1:1.2이다. 아스팔텐은 원유, 비투멘 또는 석탄과 같은 탄소질 물질의 n-헵탄(CH
7
16)-불용성, 톨루엔(CHCH
6
5
3)-용용성 성분으로 작동적으로 정의된다. 아스팔테네는 400 u~1500 u의 범위에서 분자 질량의 분포를 보이는 것으로 나타났지만, 용액 내 분자의 집적 때문에 평균값과 최대값을 결정하기 어렵다.[3]

분석

아스팔테네스의 분자 구조는 분자들이 용액에서 서로 붙는 경향이 있기 때문에 결정하기 어렵다.[4] 이 물질들은 수백 혹은 심지어 수천 종의 개별 화학 종을 포함하는 극도로 복잡한 혼합물이다. 아스팔텐은 특정한 화학식을 가지고 있지 않다: 개별 분자는 구조물에 포함된 원자의 수에 따라 다를 수 있으며, 평균 화학식은 출처에 따라 달라질 수 있다. TLC-FID SARA법에 의한 잘 알려진 SARA 분석, 질량분석, 전자파파자성공명, 핵자기공명 등 현대적인 분석방법을 적용받았지만 정확한 분자구조는 파악하기 어렵다. 이러한 한계를 감안할 때 아스팔텐은 주로 산소, 질소, 황 이질소 등을 가진 다원성 탄소 링 단위로 구성되며, 특히 킬레이트 바나듐과 니켈, 다양한 길이의 알리파틱 사이드 체인과 결합된다.[5] 전 세계의 원유에서 추출한 많은 아스팔트들은 유사한 고리단위를 포함하고 있으며, 극지방과 비극성 집단을 함께 연결하여 매우 다양한 큰 분자를 만든다.[6][7]

가열[8] 후 아스판탈테네는 비휘발성(헤로사이클릭 N과 S종) 및 휘발성(파라핀 + 올레핀, 벤젠, 납탈렌, 페난트렌, 기타 여러 종)으로 세분화되었다. Speight는[9] 휘발성 포화상태, 휘발성 아로마틱스, 비휘발성 포화상태, 비휘발성 아로마틱스, 수지, 아스팔테네 등 6가지 주요 분수로 석유 분리를 단순화했다고 보고한다. 그는 또한 탄소수와 끓는점을 이용하여 석유에 대한 임의로 정의된 물리적 경계를 보고한다.

지구화학

아스팔텐은 오늘날 석유를 얻기 위해 원석으로부터 옮겨온 케로겐의 산산이 흩어지고 화학적으로 변형된 파편들로 널리 알려져 있다. 아스팔테네스는 레진(비슷한 구조와 화학, 그러나 더 작음)에 의해 기름에서 용액으로 고정되는 것으로 생각되어 왔으나, 최근의 자료에 의하면 이것은 잘못된 것이다. 실제로 최근 들어 충분한 농도의 원유와 톨루엔 용액에서 아스팔텐이 나노콜로이드로 매달려 있다는 주장이 제기됐다. 어떤 경우에도 알칸이나 톨루엔과 같은 낮은 표면 장력 액체의 경우 계면활성제는 아스팔테네스의 나노콜로이드 서스펜션을 유지하기 위해 필요하지 않다.

아스팔텐의 니켈 대 바나듐 비율은 석유용 원천 암석의 엷은 퇴화 환경의 pH와 Eh 조건을 반영하고 있으며(Lewan, 1980;1984) 이 비율은 석유-석유 상관관계와 석유용 잠재적 자원 암석(석유 탐사)의 식별을 위해 석유 산업에서 사용되고 있다(Lewan, 1980;1984).

발생

헤비 오일, 오일샌드, 비투멘, 바이오디젤 오일(세균이 아스팔테네를 동화시킬 수는 없지만 포화 탄화수소와 특정 방향족 탄화수소 이소머 - 효소 조절)은 중간-API 오일이나 가벼운 오일보다 아스팔테네 비율이 훨씬 높다. 콘덴세이트에는 사실상 아스팔테네스가 없다.

측정

그램 당 전자 스핀의 비율은 아스팔텐의 특정 종에 대해 일정하기 때문에, 기름에서 아스팔텐의 양은 파라마그네틱 시그니처(EPR)를 측정하여 결정할 수 있다. 유정이 생산될 때 유정에서 EPR 시그니처를 측정하면 아스팔테네 양이 변화하는지(예: 아래 튜브의 강우량 또는 슬러링으로 인해)를 직접 알 수 있다.[11]

또한 아스팔테네 집적, 강수량, 침적 등은 모델링이나 머신러닝 방법에 의해 예측될 수 있으며, 이미징 방법이나 여과 방법을 이용하여 실험실에서 측정할 수 있다.

생산문제

아스팔텐은 원유에 높은 점도를 부여하여 생산에 부정적인 영향을 미친다. 게다가, 개별 저장고 내의 원유에서 가변적인 아스팔테네 농도는 무수한 생산 문제를 야기한다.

열교환기 파울링

아스팔테네는 원유 증류 예열 열차의 열교환기에서 가장 큰 파울링 원인 중 하나로 알려져 있다. 그것들은 원유를 입혀 마이크로셀 안에 존재하는데, 이것은 고온의 파라핀과 반응하여 분해될 수 있다. 일단 보호용 마이켈을 제거하면 극성 아스팔테스 덩어리가 뭉쳐 관 벽으로 운반되어 거기서 붙어서 파울런트 층을 형성할 수 있다.

아스팔테네 제거

아스팔테네를 제거하기 위한 화학적 처리방법은 다음과 같다.

  1. 용제
  2. 분사제/용제
  3. 오일/배출제/용제

분산제/솔루벤트 접근방식은 형성 광물에서 아스팔테네스를 제거하는 데 사용된다. 튜브에 아스팔테네 침적을 억제하려면 지속적인 처리가 필요할 수 있다. 탈수 장비와 탱크 바닥에는 일괄 처리가 일반적이다. 지속적인 치료나 압착 치료로 사용할 수 있는 아스팔테네 강수 억제제도 있다.[15]

참고 항목

참조

  1. ^ 뮬린스, O. C. 외 연구진 (eds.) (2007) 아스팔테네스, 헤비 오일스, 페트로노믹스, 스프링거, 뉴욕.
  2. ^ 아스팔테네 uic.edu
  3. ^ Podgorski, D. C. (2013). "Heavy Petroleum Composition. 5. Compositional and Structural Continuum of Petroleum Revealed". Energy & Fuels. 27 (3): 1268–1276. doi:10.1021/ef301737f.
  4. ^ McKenna, A. M. (2013). "Heavy Petroleum Composition. 3. Asphaltene Aggregation". Energy & Fuels. 27 (3): 1246–1256. doi:10.1021/ef3018578.
  5. ^ Asomaning, S. (1997) 석유 아스팔텐에 의한 열 교환기 파울링. 브리티시 컬럼비아 대학교 박사 논문
  6. ^ G.A. 만소리, (2009년). 국제 석유 가스 석탄 기술 2 141.
  7. ^ Rueda-Velasquez, R. I. (2013). "Characterization of Asphaltene Building Blocks by Cracking under Favorable Hydrogenation Conditions". Energy & Fuels. 27 (4): 1817–1829. doi:10.1021/ef301521q.
  8. ^ J.H. 파체코 산체스, G.A.만소리, (2013) 레비스타 멕시카나 데 피시카 59, 584-593.
  9. ^ J.G. 스피이트(1994) 《아스팔테네스와 아스팔트》에서, 1, 석유과학의 발전, Yen T. F.와 G. V. Chilingarian에 의해 편집된 40개(Elsevier Science, New York)에 있다. 장: 석유아스팔테네스의 화학 및 물리적 연구
  10. ^ Yen, T.G.; Erdman, J.G.; Saraceno, A.J. (1962). "Investigation of the nature of free radicals in petroleum asphaltenes and related substances by Electron Spin Resonance". Analytical Chemistry. 34: 694–700. doi:10.1021/ac60186a034.
  11. ^ Abdallah, D.; Punnapalla, S.; Kulbrandstad, O.; Godoy, M.; Madem, S.; Babakhani, A.; Lovell, J. (2018). Asphaltene studies in on-shore Abu Dhabi fields, Part IV: Development of a surface sensor. SPE ATCE. SPE-191676. Dallas. doi:10.2118/191676-MS.
  12. ^ Yang, Z.; Ma, C. -F.; Lin, X. -S.; Yang, J. -T.; Guo, T. -M. (1999). "Experimental and modeling studies on the asphaltene precipitation in degassed and gas-injected reservoir oils". Fluid Phase Equilibria. 157: 143–158. doi:10.1016/S0378-3812(99)00004-7.
  13. ^ Lei, H.; Pingping, S.; Ying, J.; Jigen, Y.; Shi, L.; Aifang, B. (2010). "Prediction of asphaltene precipitation during CO2 injection". Petroleum Exploration and Development. 37 (3): 349. doi:10.1016/S1876-3804(10)60038-9.
  14. ^ Rasuli Nokandeh, N.; Khishvand, M.; Naseri, A. (2012). "An artificial neural network approach to predict asphaltene deposition test result". Fluid Phase Equilibria. 329: 32–41. doi:10.1016/j.fluid.2012.06.001.
  15. ^ 석유 및 가스 유정의 파라핀 및 아스팔테네 문제 이해 2008년 8월 3일, 사우스 미대륙 지역 웨이백 기계, 2003년 7월 16일 아칸소 천연자원 박물관에서 열린 아칸소 스마코버 워크숍

외부 링크