Asfaltenos - Asphaltene

Los asfaltenos son sustancias moleculares que se encuentran en el petróleo crudo , junto con resinas , hidrocarburos aromáticos y saturados (es decir, hidrocarburos saturados como los alcanos ). La palabra "asfaltenos" fue acuñada por Boussingault en 1837 cuando notó que el residuo de destilación de algunos betunes tenía propiedades similares al asfalto . Los asfaltenos en forma de asfalto o productos bituminosos de las refinerías de petróleo se utilizan como materiales de pavimentación en carreteras, tejas para techos y revestimientos impermeables en cimientos de edificios.

Un ejemplo de posible estructura de una molécula de asfaltenos.

Composición

Los asfaltenos consisten principalmente en carbono , hidrógeno , nitrógeno , oxígeno y azufre , así como trazas de vanadio y níquel . La relación C: H es de aproximadamente 1: 1,2, dependiendo de la fuente de asfaltenos. Los asfaltenos se definen operacionalmente como el n- heptano ( C
7
H
dieciséis
) -insoluble, tolueno ( C
6
H
5
CH
3
) -componente soluble de un material carbonoso como petróleo crudo, betún o carbón . Se ha demostrado que los asfaltenos tienen una distribución de masas moleculares en el rango de 400 u a 1500 u, pero los valores promedio y máximo son difíciles de determinar debido a la agregación de las moléculas en solución.

Análisis

La estructura molecular de los asfaltenos es difícil de determinar porque las moléculas tienden a pegarse en solución. Estos materiales son mezclas extremadamente complejas que contienen cientos o incluso miles de especies químicas individuales. Los asfaltenos no tienen una fórmula química específica: las moléculas individuales pueden variar en el número de átomos contenidos en la estructura, y la fórmula química promedio puede depender de la fuente. Aunque han sido sometidos a métodos analíticos modernos, incluido el conocido análisis SARA por el método TLC-FID SARA , espectrometría de masas , resonancia paramagnética electrónica y resonancia magnética nuclear , las estructuras moleculares exactas son difíciles de determinar. Dada esta limitación, los asfaltenos se componen principalmente de unidades de anillo de carbono poliaromático con heteroátomos de oxígeno , nitrógeno y azufre , combinados con trazas de metales pesados, particularmente vanadio y níquel quelados, y cadenas laterales alifáticas de varias longitudes. Muchos asfaltenos de los petróleos crudos de todo el mundo contienen unidades de anillo similares, así como grupos polares y no polares, que están unidos entre sí para formar moléculas grandes muy diversas.

Los asfaltenos después del calentamiento se han subdividido en: no volátiles (especies heterocíclicas N y S) y volátiles (parafina + olefinas, bencenos, naftalenos, fenantrenos, varios otros). Speight informa una representación simplificada de la separación del petróleo en las siguientes seis fracciones principales: saturados volátiles, aromáticos volátiles, saturados no volátiles, aromáticos no volátiles, resinas y asfaltenos. También informa límites físicos definidos arbitrariamente para el petróleo utilizando el número de carbono y el punto de ebullición.

Geoquímica

En la actualidad, los asfaltenos se reconocen ampliamente como fragmentos de kerógeno dispersos y químicamente alterados , que emigraron de la roca madre en busca de petróleo durante la catagénesis del petróleo . Se pensaba que los asfaltenos se mantenían en solución en aceite mediante resinas (estructura y química similares, pero más pequeñas), pero datos recientes muestran que esto es incorrecto. De hecho, se ha sugerido recientemente que los asfaltenos están suspendidos nanocoloidalmente en petróleo crudo y en soluciones de tolueno de concentraciones suficientes. En cualquier caso, para líquidos de baja tensión superficial, como alcanos y tolueno, los tensioactivos no son necesarios para mantener las suspensiones nanocoloidales de asfaltenos.

La proporción de níquel a vanadio de los asfaltenos refleja las condiciones de pH y Eh del ambiente paleodeposicional de la roca fuente de petróleo (Lewan, 1980; 1984), y esta proporción, por lo tanto, se utiliza en la industria del petróleo para petróleo-petróleo. correlación y para la identificación de posibles rocas generadoras de petróleo (exploración de petróleo).

Ocurrencia

Los petróleos pesados, las arenas bituminosas , el betún y los aceites biodegradados (ya que las bacterias no pueden asimilar los asfaltenos, pero consumen fácilmente hidrocarburos saturados y ciertos isómeros de hidrocarburos aromáticos, controlados enzimáticamente) contienen proporciones mucho más altas de asfaltenos que los aceites de API media o los aceites ligeros . Los condensados ​​están virtualmente desprovistos de asfaltenos.

Medición

Debido a que la proporción de espines de electrones por gramo es constante para una especie particular de asfaltenos, entonces la cantidad de asfaltenos en un aceite se puede determinar midiendo su firma paramagnética (EPR). La medición de la firma EPR del petróleo en la boca del pozo a medida que se produce el petróleo proporciona una indicación directa de si la cantidad de asfaltenos está cambiando (por ejemplo, debido a la precipitación o desprendimiento en la tubería de abajo).

Además, la agregación, la precipitación o la deposición de asfaltenos a veces se pueden predecir mediante modelos o métodos de aprendizaje automático y se pueden medir en el laboratorio mediante métodos de obtención de imágenes o filtración.

Problemas de producción

Los asfaltenos imparten alta viscosidad a los petróleos crudos, lo que afecta negativamente a la producción. Además, la concentración variable de asfaltenos en los petróleos crudos dentro de los reservorios individuales crea una miríada de problemas de producción.

Ensuciamiento del intercambiador de calor

Se sabe que los asfaltenos son una de las principales causas de incrustaciones en los intercambiadores de calor del tren de precalentamiento de destilación de petróleo crudo. Están presentes dentro de las micelas en el petróleo crudo, que pueden descomponerse por reacción con parafinas a alta temperatura. Una vez que se ha eliminado la micela protectora, los asfaltenos polares se aglomeran y son transportados a las paredes del tubo, donde pueden adherirse y formar una capa incrustante.

Eliminación de asfaltenos

Los tratamientos químicos para eliminar el asfaltenos incluyen:

  1. Disolventes
  2. Dispersantes / solventes
  3. Aceite / dispersantes / disolventes

El enfoque de dispersante / solvente se utiliza para eliminar los asfaltenos de los minerales de formación. Puede ser necesario un tratamiento continuo para inhibir la deposición de asfaltenos en la tubería. Los tratamientos por lotes son comunes para equipos de deshidratación y fondos de tanques. También existen inhibidores de la precipitación de asfaltenos que se pueden utilizar mediante tratamientos continuos o tratamientos exprimidos.

Ver también

Referencias

enlaces externos