Анализ химического состава нефти и ее производных с помощью ИК-спектрометра

Для того, чтобы использовать наиболее эффективный способ нефтепереработки, решать проблемы, возникающие в процессе добычи «черного золота», его транспортировки и хранения, необходим знать химическую структуру этого сырья. Существуют множество инструментальных методов, посредством которых и осуществляется этот процесс. К ним относятся: молекулярное исследование сырья на основе Газожидкостная хроматография (ГЖХ, — ред.), Инфракрасная спектрометрия (ИКС, — ред.), Масс-спектрометрия и т.д. Подобные анализы позволяют получить фактическую информацию о составе нефти и, соответственно, сформулировать ее качественные характеристики и перспективу использования, в том числе с коммерческой точки зрения.

Метод ИКС является технологией, которая использует принцип отражения инфракрасных лучей, а также их поглощения и распространения через вещество. Инфракрасная спектрометрия показывает все колебательные связи с участием атома водорода. На основе обобщённого исследовательского материала специалистами были подготовлены информационные таблицы, в которых указаны частотные диапазоны полос. Все они соответствуют определенным фрагментам.

Посредством этого метода по функциональным признакам формируются группы. Инфракрасное исследование нефти является универсальным способом определения химического состава вещества. Его можно применять к жидким, газообразным, твердым, а также органическим и неорганическим структурам. Но надо учитывать, что по отношению к последним веществам ИКС показывает недостаточно выраженные спектры.

Структура нефти, ее фракции и производные (нефтепродукты) включают в себя большое количество углеводородных веществ, а также органических соединений. Все это ведет к сложным проявлениям характеристических полос, которые имеют устойчивое их искажение, как по форме, так и по интенсивности. На основании таких данных очень тяжело интерпретировать результаты. Более того, проведение количественного анализа скорости поглощения в ИКС с содержанием группы структурного фрагмента делается практически невозможным.

Именно поэтому для исследования химической структуры нефти, а также ее производных применяются методы, которые основаны на определении структурного фрагмента углеводородного вещества (желательно одной и той же гомологической цепочки), гетеросоединений, смолистых и асфальтеновых веществ, а также их содержания, отношения друг к другу и застывания, которая также была самая высокая,

Специалистами были проведены исследование нефти, взятой с нескольких месторождений, расположенных в России и в Казахстане.

Для каждого из образцов были получены инфракрасные спектры, которые расположены в диапазоне 400-4000 см-1. Был использован ИК-Фурье-спектрометр, определен химический состав и на основании соотношения полос (характеристических) рассчитались спектральные коэффициенты. Сопоставляя инфракрасные спектры исследуемого вещества, применяя определенные полосы поглощения были сделаны следующие выводы: в нефти обнаружены ароматические вещества, а в парафиновых углеводородах метиленовые и метиловые группы. Эта информация, в частности, коэффициент ароматичности, позволяет определить тип нефти.

Абсолютно стандартные методы способны связать полученные данные (расчётные) с физическими и химическими параметрами нефти или ее производных.

Нефть из Восточно-Сарутаюского нефтяного месторождения оказалась самой высокомолекулярной, с содержанием парафинов в твердом виде в 33,8% и с температурой застывания (которая также оказалась самой высокой) в +33С. Кроме того анализ показал в нефти присутствие значительного количества алкановых соединений -66,08%. Также в этой марке углеводорода оказалось самый высокий показатель алифатичности. Этот вид нефти по всем параметрам является метановым. «Черное золото» из другого месторождения по содержанию алкановых веществ недалеко ушло от предыдущего образца – их в нем 61,75%. По-другому обстоит дело с парафинами твёрдого вида. Их содержание не только меньше (почти в 5 раз), чем у нефти из Восточно-Сарутаюского месторождения, но и еще они обладают достаточно высокой степенью распределения. Что касается смолисто-асфальтеновых веществ, то их, наоборот, больше, причем поскольку они являются своеобразными депрессорами природного типа, то соответственно в совокупности с другими факторами это ведет к более низкой вязкости нефти.

Нефть, расположенная в таких месторождениях, как Южно-Филипповское, Каламкас и Медынское море имеет в своем составе преимущественно углеводородные нафтеновые соединения. Это подтвердили исследования по инфракрасным спектрам. Тем не менее качественные характеристики этих продуктов друг от друга принципиально отличаются. Так, например, температура, при которой нефть твердеет, превращаясь в застывшее вещество, составляет +3, +12 и +22С соответственно. Причиной этому мог бы быть любой из многочисленных факторов, влияющих на свойства нефти, но специалисты полагают, что скорее всего это вызвано наличием в ней депрессоров (нативных). По остальным параметрам можно сделать следующий вывод:

• Минимальное количество смолисто-асфальтеновых соединений, что соответственно провоцирует и самую высокую температуру продукта, находится в месторождении, расположенном в Медынском море.
• Содержание в нефти АСБ (в его суммарном значении) в Каламкас и Южно-Филипповском месторождении практически о одинаково 16,3 и 15,5% соответственно.
• Более высокая ароматичность нефти (величина Сар) присутствует в Южно-Филипповском месторождении.

Величина Сар показывает насколько нефтяные асфальтено-смолистые вещества находятся в устойчивом коллоидном положении. Чем этот показатель выше, тем оно более значительней. Прямо пропорциональное значение этому процессу имеет и сопутствующий депрессорный эффект. Так, на примере Южно-Филипповского месторождения, нефть которого имеет температуру застывания меньше 9 С, можно проследить, что при уменьшении значения Сар существует вероятность агрегирования асфальтеновых веществ – они становятся более крупными и в перспективе могут совсем выйти из системы вещества.

Таким образом, ИКС является методом, который позволяет исследовать на молекулярном уровне структуру нефти достаточно быстро и эффективно.