آسفالتين
به طور كلي آسفالتين به جامدات رسوب كرده حاصل از افزودن هيدروكربنهاي سبك نظير نرمال پنتان و نرمال هپتان به نفت اطلاق مي شود . به عبارت ديگر آسفالتين يك مولكول پيچيده و غير قابل حل در نرمال آلكانهاي سبك و قابل حل در بنزن مي باشد و مي تواند از نفت يا زغال سنگ مشتق شود . رزين به عنوان كسر نامحلول در پروپان و محلول در نرمال هپتان معرفي شده است كه به مخلوط آن با آسفالتين ، آسفالت گفته مي شود . مشخص شده كه عناصر تشكيل دهنده رسوب آسفالتين به توجه به عامل رسوب دهنده و مخزن نفت متغير است . نسبت H/C بين 1.05 – 1.15 درصد و مقدار اكسيژن بين 0.3 – 4.9 درصد و مقدار نيتروژن بين 0.6 – 3.3 درصد و مقدار گوگرد بين 0.3 – 10.3 درصد تغيير مي كند .
آسفالتين معمولاً به عنوان سنگين ترين و قطبي ترين تركيب نفت معرفي مي شود . آسفالتين داراي مولكولي آماروف است كه ذوب نمي شود و در دماي بالاتر از 300 – 400 درجه سانتيگراد تجزيه مي شود ، به طوري كه هيچ نقطه ذوبي مشاهده نمي شود . نتايج تحقيقات برخي از محققين نشان داده كه آسفالتين نتيجه اكسيداسيون رزين مي باشد كه خود آنها از اكسيداسيون آروماتيك هاي سنگين بدست آمده اند . هيدروژناسيون رزين و آسفالتين منجر به توليد هيدروكربنهاي سنگين مي شود . به طور كلي دو نوع رسوب آسفالتين در ميادين نفتي گزارش شده است . رسوب جامد سخت و درخشنده كه احتمالاً ناشي از تجمع آسفاليتن روي سطح محلول مي باشد و لجنهاي تيره كه به خاطر تشكيل مقادير بزرگ آسفالتين در داخل محلول مي باشد . در حقيقت محيطي كه آسفالتين در آن رسوب مي كند مستقيماً بر طبيعت آسفالتين تأثير مي گذارد . به طوري كه در نسبتهاي بالا از رسوب دهنده ، رسوب آسفالتين كريستالي تر بوده و تمايل به تجمع ناگهاني دارد . همچنين هر چه عدد كربني اين رسوب دهنده كوچكتر باشد ، رسوب كريستالي تر است . موقعي كه آسفالتين توسط تزريق عوامل رسوب دهنده از نفت جدا مي شود رنگ قهوه اي تيره دارد . پس از جدا كردن اجزاي سبكتر ، آسفالتينها رنگ سياه تيره به خود مي گيرند كه شدت آن به غلظت آسفالتين بستگي دارد .
مهمترين سؤال اذهان اغلب محققين در اين زمينه اين است كه حالت حقيقي آسفالتين در مخزن اصلي آن چيست ؟ به عبارت ديگر حالت وجودي آسفالتين قبل از هر گونه اقدام براي جداسازي آن چگونه است ؟ لذا پيشگويي ماهيت آسفالتين در مخزن همواره مودر توجه بوده است . عليرغم تلاشهاي فراوان انجام شده در 60 سال اخير ، اختلاف نظر قابل ملاحظه اي در مورد ساختار و طبيعت آسفالتين در تعادل با نفت ، وجود دارد . توسعه مدلهاي ترموديناميكي ، حلالهاي آسفالتين ، متوقف كننده هاي تشكيل رسوب آن و به طور كلي يافتن راهكارهاي مناسب براي رفع مشكل تشكيل رسوب آسفالتين در مخازن نفتي مستلزم دانش كافي و دقيق از ماهيت حقيقي آن مي باشد كه هنوز نياز به تحقيق و مطالعه بيشتر در اين خصوص احساس مي شود .
تلاشهاي فراواني براي مشخص نمودن ساختمان شيميايي آسفالتين و توسعه يك شكل ساختماني انجام گرفته است . تعيين اندازه هاي ذرات يا مولكولهاي آسفالتين همواره مورد مطالعه محققين بوده است و اثر عوامل مختلف بر آن مورد توجه و اهميت قرار گرفته است . كاربرد روشهاي دستگاهي sasx , esr , nmr , sans ftir ، روشهاي تخريب حرارتي و هيدروليز و اكسيداسيون آسفالتين نشان داده است كه آسفالتين از حلقه هاي آروماتيك و بنزن تشكيل شده است كه زنجيره جانبي متصل به آن هستند . اين آروماتيك هاي كوچك با پيوندهاي پلي متين همراه با اتمهاي گوگرد فراوان به يكديگر متصل هستند . بر اين اساس اشكال ساختماني متفاوت براي آسفالتينها ارائه شده است . اما استفاده از مكانيك مولكولي كه از توابع تحليلي براي كشش پيوند استفاده مي كند و انرژي ساختماني را به حداقل مي رساند ، پس از انجام چهارهزار مرحله مختلف ، ساختمان مولكولي اي را تأييد كرد كه به صورت سه بعدي نشان داده مي شود . بدين ترتيب نشان داده شد كه بر خلاف نظرات قبل آسفالتين يك مولكول سه بعدي است . وقتي مولكول ساده است ، چند پارامتر براي توصيف شكل هندسي آن كافي است . اما اگر مولكول بزرگ و پيچيده باشد نظير آسفالتين ، چون قطبيت در تمام سطح توزيع مي شود ، نمي توان اينگونه عمل كرد .
به هر حال وجود پلي آروماتيك ها در ساختمان مولكولي آسفالتين توسط بسياري از محققين تأييد شده است .
مطالعات انجام شده روي اندازه ذرات يا مولكولهاي آسفالتين نشان داده است كه عوامل بسياري در اندازه ذرات يا توزيع آنها مؤثرند . ملاحظه شده است كه افزايش جرم مولكولي حلال ، باعث كوچكتر شدن اندازه متوسط ذرات شده است . مطالعات درباره نسبت رسوب دهنده نشان داده است كه اندازه متوسط ذرات براي نسبتهاي كوچك رسوب دهنده بزرگتر است . در حقيقت ثابت دي الكتريك رسوب دهنده كه بيانگر توانايي آن براي شكستن نيروهاي جاذبه قطبي بين ذرات آسفالتين است ، نقش مهمي دارد . به طوري كه بزرگتر شدن اين ثابت مي تواند منجر به حل كردن كامل آسفالتين شود . طول زنجير پارافيني نيز توزيع اندازه ذرات را كنترل مي كند . افزايش دما با كاهش قدرت حلاليت نفت ، بر رسوب آسفاليت اثر مي گذارد. بنابراين مولكولهاي بزرگتر زودتر رسوب مي كنند . نتايج ، نشان داده كه اندازه ذرات آسفالتين از يك توزيع نرمال لگاريتمي پيروي مي كند . تغييرا دما بين صفر تا 100 درجه سانتيگراد ، اثر قابل توجهي را نشان مي دهد . افزايش فشار موجب افزايش اندازه ذرات آسفالتين مي شود . بطور كلي اندازه متوسط آن بين 266 تا 495 ميكرون محاسبه شده است .
گروهي از محققين با كاربرد روش SANS براي ساختمان مولكولي آسفالتين و براي حلاليت آن در تولوئن نشان دادند كه اندازه ذرات از تابع توزيع SCHULTZ پيروي مي كند و افزايش دما موجب تجزيه شدن ذرات بزرگتر مي شود . بطوري كه اندازه متوسط اين ذرات تقريباً مستقل از دما است . در اين شرايط تابع توزيع SCHULTZ به تابع توزيع GAUSSLAN تبديل مي شود . آزمايشات هدايت الكتريكي نيز اين تابع توزيع را تأييد كرده است به طوري كه عدم وجود مكانهاي باردار در سطح آسفالتين باعث عدم دستيابي به اجزاي ديگر نفت شده است .
تلاش زيادي براي يافتن وزن مولكولي آسفالتين انجام گرفته و روشهاي متفاوت نظير VPU , SEC , GPC , HPLC براي انجام محاسبات به كار رفته اند اما وجود آروماتيك هاي متراكم باعث به وجود آمدن تمايل شديد آسفالتين به جذب سطحي روي ژل مي گردد كه باعث مي شود روشهاي GPC نامعتبر شود . از سويي فراريت بسيار كم آن باعث ضعف روشهاي اسپكتروسكوپي – جرمي مي شود . در حقيقت VPO بهترين و مناسب ترين روش براي برآورد جرم مولكولي آسفالتين است .
1 – 2 – ماهيت آسفالتين در نفت
همانطور كه از شكل زير پيداست ، آسفالتينها جايگاه ويژه اي را در نفت خام اشغال كرده اند .
مشخص نمودن ماهيت آسفالتين در نفت ، هدف مطالعات بسياري از محققين در چند دهه ي اخير بوده است . گروهي از محققين معتقدند كه آسفالتين به صورت يك ساختار كلوئيدي در نفت وجود دارد كه توسط عوامل پايدار كننده به صورت معلق در آمده است . افزودن حلال باعث جدا شدن اين عوامل از سطح آسفالتين و در نتيجه بر هم خوردن اين پايداري مي گردد . اين عوامل همان رزينها هستند كه به صورت تركيبات قطبي با وزن مولكولي بين 250 تا 1000 گرم بر مول مي باشند . اين حالت آسفالتين توسط روشهاي ميكروسكوپي تأييد شده است كه در آن آسفالتين همراه با مولكولهاي بزرگ زرين ، مايسلهايي را تشكيل مي دهد كه در نفت به صورت معلق و پراكنده در مي آيد .
دسته ديگر از مطالعات بر اساس تشكيل مايسلهاي آسفالتين در نفت و انجام واكنشهاي پليمريزاسيون به هنگام تشكيل رسوب انجام شده است .
آزمايشات تجربي فراواني براي مشخص نمودن غلظت بحراني مايسلها انجام گرفته است كه عمدتاً براي مخلوط آسفالتين و حلالهايي نظير تولوئن بوده است . از روشهاي اندازه گيري كشش سطحي براي تأييد اين وضعيت آسفالتين استفاده شده است .
بسياري از محققين هم معتقدند كه آسفالتين به صورت مولكولي در نفت حل مي شود كه مي تواند داراي ساختمان مشابه و يكسان براي تمام مولكولها باشد تا توزيعي از اندازه و وزن مولكولي داشته باشد . اين مولكولها اساساً كروي هستند كه تمايل به خوشه اي شدن دارند . حضور آسفالتين در نفت به صورت مولكولي به شدت به حضور ساير اجزاي نفت بستگي دارد . از آنجا كه حلاليت مولكولي پايه و اساس تعادل ترموديناميكي است ، نتايج حاصل از مدلهاي ترموديناميكي بر اين اساس و بازگشت پذيري فرايند تشكيل رسوب آسفالتين ، ماهيت مولكولي آن را در نفت تأييد كرده است .
برخي از محققين هم معتقدند كه مولكولها يا ذرات آسفالتين در نفت مي توانند به صورت حلاليت تلفيقي از حلالهاي كلوئيدي وجود داشته باشند . نتايج تجربي نشان داده است كه رسوب آسفالتين حاصل از دو بخش كلوئيدي و مولكولي است كه هريك بطور مجزا عمل مي كنند .
منبع:irche.com
به طور كلي آسفالتين به جامدات رسوب كرده حاصل از افزودن هيدروكربنهاي سبك نظير نرمال پنتان و نرمال هپتان به نفت اطلاق مي شود . به عبارت ديگر آسفالتين يك مولكول پيچيده و غير قابل حل در نرمال آلكانهاي سبك و قابل حل در بنزن مي باشد و مي تواند از نفت يا زغال سنگ مشتق شود . رزين به عنوان كسر نامحلول در پروپان و محلول در نرمال هپتان معرفي شده است كه به مخلوط آن با آسفالتين ، آسفالت گفته مي شود . مشخص شده كه عناصر تشكيل دهنده رسوب آسفالتين به توجه به عامل رسوب دهنده و مخزن نفت متغير است . نسبت H/C بين 1.05 – 1.15 درصد و مقدار اكسيژن بين 0.3 – 4.9 درصد و مقدار نيتروژن بين 0.6 – 3.3 درصد و مقدار گوگرد بين 0.3 – 10.3 درصد تغيير مي كند .
آسفالتين معمولاً به عنوان سنگين ترين و قطبي ترين تركيب نفت معرفي مي شود . آسفالتين داراي مولكولي آماروف است كه ذوب نمي شود و در دماي بالاتر از 300 – 400 درجه سانتيگراد تجزيه مي شود ، به طوري كه هيچ نقطه ذوبي مشاهده نمي شود . نتايج تحقيقات برخي از محققين نشان داده كه آسفالتين نتيجه اكسيداسيون رزين مي باشد كه خود آنها از اكسيداسيون آروماتيك هاي سنگين بدست آمده اند . هيدروژناسيون رزين و آسفالتين منجر به توليد هيدروكربنهاي سنگين مي شود . به طور كلي دو نوع رسوب آسفالتين در ميادين نفتي گزارش شده است . رسوب جامد سخت و درخشنده كه احتمالاً ناشي از تجمع آسفاليتن روي سطح محلول مي باشد و لجنهاي تيره كه به خاطر تشكيل مقادير بزرگ آسفالتين در داخل محلول مي باشد . در حقيقت محيطي كه آسفالتين در آن رسوب مي كند مستقيماً بر طبيعت آسفالتين تأثير مي گذارد . به طوري كه در نسبتهاي بالا از رسوب دهنده ، رسوب آسفالتين كريستالي تر بوده و تمايل به تجمع ناگهاني دارد . همچنين هر چه عدد كربني اين رسوب دهنده كوچكتر باشد ، رسوب كريستالي تر است . موقعي كه آسفالتين توسط تزريق عوامل رسوب دهنده از نفت جدا مي شود رنگ قهوه اي تيره دارد . پس از جدا كردن اجزاي سبكتر ، آسفالتينها رنگ سياه تيره به خود مي گيرند كه شدت آن به غلظت آسفالتين بستگي دارد .
مهمترين سؤال اذهان اغلب محققين در اين زمينه اين است كه حالت حقيقي آسفالتين در مخزن اصلي آن چيست ؟ به عبارت ديگر حالت وجودي آسفالتين قبل از هر گونه اقدام براي جداسازي آن چگونه است ؟ لذا پيشگويي ماهيت آسفالتين در مخزن همواره مودر توجه بوده است . عليرغم تلاشهاي فراوان انجام شده در 60 سال اخير ، اختلاف نظر قابل ملاحظه اي در مورد ساختار و طبيعت آسفالتين در تعادل با نفت ، وجود دارد . توسعه مدلهاي ترموديناميكي ، حلالهاي آسفالتين ، متوقف كننده هاي تشكيل رسوب آن و به طور كلي يافتن راهكارهاي مناسب براي رفع مشكل تشكيل رسوب آسفالتين در مخازن نفتي مستلزم دانش كافي و دقيق از ماهيت حقيقي آن مي باشد كه هنوز نياز به تحقيق و مطالعه بيشتر در اين خصوص احساس مي شود .
تلاشهاي فراواني براي مشخص نمودن ساختمان شيميايي آسفالتين و توسعه يك شكل ساختماني انجام گرفته است . تعيين اندازه هاي ذرات يا مولكولهاي آسفالتين همواره مورد مطالعه محققين بوده است و اثر عوامل مختلف بر آن مورد توجه و اهميت قرار گرفته است . كاربرد روشهاي دستگاهي sasx , esr , nmr , sans ftir ، روشهاي تخريب حرارتي و هيدروليز و اكسيداسيون آسفالتين نشان داده است كه آسفالتين از حلقه هاي آروماتيك و بنزن تشكيل شده است كه زنجيره جانبي متصل به آن هستند . اين آروماتيك هاي كوچك با پيوندهاي پلي متين همراه با اتمهاي گوگرد فراوان به يكديگر متصل هستند . بر اين اساس اشكال ساختماني متفاوت براي آسفالتينها ارائه شده است . اما استفاده از مكانيك مولكولي كه از توابع تحليلي براي كشش پيوند استفاده مي كند و انرژي ساختماني را به حداقل مي رساند ، پس از انجام چهارهزار مرحله مختلف ، ساختمان مولكولي اي را تأييد كرد كه به صورت سه بعدي نشان داده مي شود . بدين ترتيب نشان داده شد كه بر خلاف نظرات قبل آسفالتين يك مولكول سه بعدي است . وقتي مولكول ساده است ، چند پارامتر براي توصيف شكل هندسي آن كافي است . اما اگر مولكول بزرگ و پيچيده باشد نظير آسفالتين ، چون قطبيت در تمام سطح توزيع مي شود ، نمي توان اينگونه عمل كرد .
به هر حال وجود پلي آروماتيك ها در ساختمان مولكولي آسفالتين توسط بسياري از محققين تأييد شده است .
مطالعات انجام شده روي اندازه ذرات يا مولكولهاي آسفالتين نشان داده است كه عوامل بسياري در اندازه ذرات يا توزيع آنها مؤثرند . ملاحظه شده است كه افزايش جرم مولكولي حلال ، باعث كوچكتر شدن اندازه متوسط ذرات شده است . مطالعات درباره نسبت رسوب دهنده نشان داده است كه اندازه متوسط ذرات براي نسبتهاي كوچك رسوب دهنده بزرگتر است . در حقيقت ثابت دي الكتريك رسوب دهنده كه بيانگر توانايي آن براي شكستن نيروهاي جاذبه قطبي بين ذرات آسفالتين است ، نقش مهمي دارد . به طوري كه بزرگتر شدن اين ثابت مي تواند منجر به حل كردن كامل آسفالتين شود . طول زنجير پارافيني نيز توزيع اندازه ذرات را كنترل مي كند . افزايش دما با كاهش قدرت حلاليت نفت ، بر رسوب آسفاليت اثر مي گذارد. بنابراين مولكولهاي بزرگتر زودتر رسوب مي كنند . نتايج ، نشان داده كه اندازه ذرات آسفالتين از يك توزيع نرمال لگاريتمي پيروي مي كند . تغييرا دما بين صفر تا 100 درجه سانتيگراد ، اثر قابل توجهي را نشان مي دهد . افزايش فشار موجب افزايش اندازه ذرات آسفالتين مي شود . بطور كلي اندازه متوسط آن بين 266 تا 495 ميكرون محاسبه شده است .
گروهي از محققين با كاربرد روش SANS براي ساختمان مولكولي آسفالتين و براي حلاليت آن در تولوئن نشان دادند كه اندازه ذرات از تابع توزيع SCHULTZ پيروي مي كند و افزايش دما موجب تجزيه شدن ذرات بزرگتر مي شود . بطوري كه اندازه متوسط اين ذرات تقريباً مستقل از دما است . در اين شرايط تابع توزيع SCHULTZ به تابع توزيع GAUSSLAN تبديل مي شود . آزمايشات هدايت الكتريكي نيز اين تابع توزيع را تأييد كرده است به طوري كه عدم وجود مكانهاي باردار در سطح آسفالتين باعث عدم دستيابي به اجزاي ديگر نفت شده است .
تلاش زيادي براي يافتن وزن مولكولي آسفالتين انجام گرفته و روشهاي متفاوت نظير VPU , SEC , GPC , HPLC براي انجام محاسبات به كار رفته اند اما وجود آروماتيك هاي متراكم باعث به وجود آمدن تمايل شديد آسفالتين به جذب سطحي روي ژل مي گردد كه باعث مي شود روشهاي GPC نامعتبر شود . از سويي فراريت بسيار كم آن باعث ضعف روشهاي اسپكتروسكوپي – جرمي مي شود . در حقيقت VPO بهترين و مناسب ترين روش براي برآورد جرم مولكولي آسفالتين است .
1 – 2 – ماهيت آسفالتين در نفت
همانطور كه از شكل زير پيداست ، آسفالتينها جايگاه ويژه اي را در نفت خام اشغال كرده اند .
مشخص نمودن ماهيت آسفالتين در نفت ، هدف مطالعات بسياري از محققين در چند دهه ي اخير بوده است . گروهي از محققين معتقدند كه آسفالتين به صورت يك ساختار كلوئيدي در نفت وجود دارد كه توسط عوامل پايدار كننده به صورت معلق در آمده است . افزودن حلال باعث جدا شدن اين عوامل از سطح آسفالتين و در نتيجه بر هم خوردن اين پايداري مي گردد . اين عوامل همان رزينها هستند كه به صورت تركيبات قطبي با وزن مولكولي بين 250 تا 1000 گرم بر مول مي باشند . اين حالت آسفالتين توسط روشهاي ميكروسكوپي تأييد شده است كه در آن آسفالتين همراه با مولكولهاي بزرگ زرين ، مايسلهايي را تشكيل مي دهد كه در نفت به صورت معلق و پراكنده در مي آيد .
دسته ديگر از مطالعات بر اساس تشكيل مايسلهاي آسفالتين در نفت و انجام واكنشهاي پليمريزاسيون به هنگام تشكيل رسوب انجام شده است .
آزمايشات تجربي فراواني براي مشخص نمودن غلظت بحراني مايسلها انجام گرفته است كه عمدتاً براي مخلوط آسفالتين و حلالهايي نظير تولوئن بوده است . از روشهاي اندازه گيري كشش سطحي براي تأييد اين وضعيت آسفالتين استفاده شده است .
بسياري از محققين هم معتقدند كه آسفالتين به صورت مولكولي در نفت حل مي شود كه مي تواند داراي ساختمان مشابه و يكسان براي تمام مولكولها باشد تا توزيعي از اندازه و وزن مولكولي داشته باشد . اين مولكولها اساساً كروي هستند كه تمايل به خوشه اي شدن دارند . حضور آسفالتين در نفت به صورت مولكولي به شدت به حضور ساير اجزاي نفت بستگي دارد . از آنجا كه حلاليت مولكولي پايه و اساس تعادل ترموديناميكي است ، نتايج حاصل از مدلهاي ترموديناميكي بر اين اساس و بازگشت پذيري فرايند تشكيل رسوب آسفالتين ، ماهيت مولكولي آن را در نفت تأييد كرده است .
برخي از محققين هم معتقدند كه مولكولها يا ذرات آسفالتين در نفت مي توانند به صورت حلاليت تلفيقي از حلالهاي كلوئيدي وجود داشته باشند . نتايج تجربي نشان داده است كه رسوب آسفالتين حاصل از دو بخش كلوئيدي و مولكولي است كه هريك بطور مجزا عمل مي كنند .
منبع:irche.com
