آسفالتين
به طور كلی آسفالتین به جامدات رسوب كرده حاصل از افزودن هیدروكربنهای سبك نظیر نرمال پنتان و نرمال هپتان به نفت اطلاق می شود . به عبارت دیگر آسفالتین یك مولكول پیچیده و غیر قابل حل در نرمال آلكانهای سبك و قابل حل در بنزن می باشد و می تواند از نفت یا زغال سنگ مشتق شود . رزین به عنوان كسر نامحلول در پروپان و محلول در نرمال هپتان معرفی شده است كه به مخلوط آن با آسفالتین ، آسفالت گفته می شود . مشخص شده كه عناصر تشكیل دهنده رسوب آسفالتین به توجه به عامل رسوب دهنده و مخزن نفت متغیر است . نسبت H/C بین 1.05 – 1.15 درصد و مقدار اكسیژن بین 0.3 – 4.9 درصد و مقدار نیتروژن بین 0.6 – 3.3 درصد و مقدار گوگرد بین 0.3 – 10.3 درصد تغییر می كند .

آسفالتین معمولاً به عنوان سنگین ترین و قطبی ترین تركیب نفت معرفی می شود . آسفالتین دارای مولكولی آماروف است كه ذوب نمی شود و در دمای بالاتر از 300 – 400 درجه سانتیگراد تجزیه می شود ، به طوری كه هیچ نقطه ذوبی مشاهده نمی شود . نتایج تحقیقات برخی از محققین نشان داده كه آسفالتین نتیجه اكسیداسیون رزین می باشد كه خود آنها از اكسیداسیون آروماتیك های سنگین بدست آمده اند . هیدروژناسیون رزین و آسفالتین منجر به تولید هیدروكربنهای سنگین می شود . به طور كلی دو نوع رسوب آسفالتین در میادین نفتی گزارش شده است . رسوب جامد سخت و درخشنده كه احتمالاً ناشی از تجمع آسفالیتن روی سطح محلول می باشد و لجنهای تیره كه به خاطر تشكیل مقادیر بزرگ آسفالتین در داخل محلول می باشد . در حقیقت محیطی كه آسفالتین در آن رسوب می كند مستقیماً بر طبیعت آسفالتین تأثیر می گذارد . به طوری كه در نسبتهای بالا از رسوب دهنده ، رسوب آسفالتین كریستالی تر بوده و تمایل به تجمع ناگهانی دارد . همچنین هر چه عدد كربنی این رسوب دهنده كوچكتر باشد ، رسوب كریستالی تر است . موقعی كه آسفالتین توسط تزریق عوامل رسوب دهنده از نفت جدا می شود رنگ قهوه ای تیره دارد . پس از جدا كردن اجزای سبكتر ، آسفالتینها رنگ سیاه تیره به خود می گیرند كه شدت آن به غلظت آسفالتین بستگی دارد .

مهمترین سؤال اذهان اغلب محققین در این زمینه این است كه حالت حقیقی آسفالتین در مخزن اصلی آن چیست ؟ به عبارت دیگر حالت وجودی آسفالتین قبل از هر گونه اقدام برای جداسازی آن چگونه است ؟ لذا پیشگویی ماهیت آسفالتین در مخزن همواره مودر توجه بوده است . علیرغم تلاشهای فراوان انجام شده در 60 سال اخیر ، اختلاف نظر قابل ملاحظه ای در مورد ساختار و طبیعت آسفالتین در تعادل با نفت ، وجود دارد . توسعه مدلهای ترمودینامیكی ، حلالهای آسفالتین ، متوقف كننده های تشكیل رسوب آن و به طور كلی یافتن راهكارهای مناسب برای رفع مشكل تشكیل رسوب آسفالتین در مخازن نفتی مستلزم دانش كافی و دقیق از ماهیت حقیقی آن می باشد كه هنوز نیاز به تحقیق و مطالعه بیشتر در این خصوص احساس می 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

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: انجمن های مهندسی ایران

نوع مطلب : مهندسی نفت و گاز
نوشته شده در دوشنبه ۱۱ بهمن ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |