Состав и структура смолистых компонентов легкой и тяжелых нефтей

Abstract

Актуальность работы обусловлена отсутствием сравнительной характеристики состава и строения смол нефтей различной химической природы, так как особенности структуры смолистых компонентов оказывают существенное влияние на глубину их превращения в легкие углеводороды для производства светлых нефтепродуктов. Особое значение работы в этом направлении получили в последнее время из-за неуклонного роста в составе разведанных и извлекаемых запасов тяжелых высоковязких нефтей, которые отличаются от традиционных нефтей высоким содержанием высокомолекулярных гетероатомных соединений. Цель: сравнительное изучение состава, структуры и особенностей строения основных структурных блоков молекул и химического состава азоторганических оснований смолистых компонентов легкой и тяжелых нефтей. Методы: селективная химическая деструкция сульфидных и эфирных связей, элементный и структурно-групповой анализы, жидкостно-адсорбционная хроматография, криоскопия в бензоле, ЯМР 1Н-спектроскопия, хроматомасс-спектрометрия. Результаты. Проведен сравнительный анализ состава и структуры смолистых компонентов легкой и тяжелых нефтей. Определены сходства и различия их структурно-группового состава, строения азотистых соединений основного характера и структурных блоков, связанных в молекулах смол C-O и C-S связями. Установлено, что смолистые компоненты тяжелых нефтей отличаются большими общими размерами средних молекул за счет числа связанных воедино структурных единиц (1,79–1,86 против 1,25), имеющих более крупные средние размеры полиареновых ядер (число ароматических циклов 2,36–2,43 против 1,57); большее число алициклических фрагментов, сконденсированных с ароматическим ядром молекул (количество атомов С, находящихся в ?-положении к ароматическим циклам 4,56–4,75 против 3,42), и большую распространенность длинных алкильных заместителей (2,42–2,59 против 1,97). К наиболее распространенным «связанным» фрагментам макромолекул исследуемых смол относятся н-алканы, циклогексаны, прегнаны, холестаны, хейлантаны и гопаны. Особенностью молекул смол тяжелых нефтей является присутствие в составе их «эфиросвязанных» фрагментов полициклических ароматических углеводородов и гетероорганических соединений, а особенностью смол легкой нефти – присутствие в составе «серосвязанных» фрагментов полициклоалканов, этиловых эфиров н-алкановых кислот, алифатических спиртов и бициклических сульфидов. Смолы тяжелых нефтей характеризуются более высоким суммарным выходом азоторганических оснований (38,4–40,8 против 26,0 %), в составе которых доминируют соединения, осаждаемые в виде нерастворимых хлористоводородных солей (36,5–37,6 против 10,9 %).

The relevance of the work is caused by the need to gather and summarize the information on composition and structure of resin components of oils of different chemical nature, since the structural characteristics of resins have a significant impact on the level of their conversion to light hydrocarbons used for production of light oil products. In recent times, the researches in this direction have taken a particular importance due to the steady growth of heavy high viscosity oils in explored and recoverable reserves. Heavy high viscosity oils differ from conventional oils in a high content of high molecular weight heteroatomic compounds. The aim of the study is the comparative study of composition, structure and structural features of the main structural units of the molecules and chemical composition of the organic nitrogen bases of the resinous components of light and heavy oils. Methods: elemental analysis, cryoscopy in benzene, liquid adsorption chromatography, selective chemical destruction of sulfide and ether bonds, 1 H NMR spectroscopy, structural-group analysis, gas chromatography-mass spectrometry. Results. The authors have carried out a comparative analysis of composition and structure of the resin components of the light oil and those of heavy oils and determined the similarities and differences of their structural-group composition and the composition of nitro- gen-organic bases and fragments bound in the molecules of resins through ether and sulfide bridges. It was shown that resins of heavy oils are distinguished by large overall sizes of mean molecules due to the number of structural blocks bound together (1,79-1,86 againist 1,25). These structural blocks have larger average sizes of polyarene cores (2,36-2,43 againist 1,57), a greater number of alicyclic fragments condensed with an aromatic core of the molecules (4,56-4,75 againist 3,42), and an abundance of long alkyl substituents (2,42-2,59 againist 1,97). The most common «bound» fragments of macromolecules of the resins under study include n-alkanes, cy- clohexanes, pregnanes, cholestanes, heylantanes, and hopanes. The peculiarity of resin molecules of heavy oils is the presence of poly- cyclic aromatic hydrocarbons and hetero-organic compounds in their «ether-bound» fragments, while resins of the light oil are characterized by the presence of polycycloalkanes, ethyl esters of n-alkanoic acids, aliphatic alcohols and bicyclic sulfides in their compositions. Resins of heavy oils are characterized by a higher total yield in organo-nitrogen bases (38,4-40,8 againist 26,0 %), where the prevalence of compounds precipitated as insoluble hydrochloride salts was revealed (36,5-37,6 againist 10,9 %).