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Asfalteno

Los asfaltenos son sustancias moleculares presentes en el petróleo crudo , junto con resinas , hidrocarburos aromáticos y saturados (es decir, hidrocarburos saturados como los a...

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Los asfaltenos son sustancias moleculares presentes en el petróleo crudo , junto con resinas , hidrocarburos aromáticos y saturados (es decir, hidrocarburos saturados como los alcanos ). [ 1 ] [ 2 ] El término «asfalteno» fue acuñado por Jean-Baptiste Boussingault en 1837, cuando observó que el residuo de destilación de algunos betunes presentaba propiedades similares al asfalto . Los asfaltenos, en forma de asfalto o productos bituminosos procedentes de refinerías de petróleo, se utilizan como materiales de pavimentación en carreteras, tejas para tejados y revestimientos impermeables en cimientos de edificios.

Un ejemplo de posible estructura para una molécula de asfalteno.

Composición

Los asfaltenos se componen principalmente de carbono , hidrógeno , nitrógeno , oxígeno y azufre , así como de trazas de vanadio y níquel . La relación C:H es aproximadamente 1:1,2, dependiendo de la fuente del asfalteno. Los asfaltenos se definen operacionalmente como el n- heptano ( C7 H16 )-insoluble,tolueno(C6 H5 CH3 ) Componente soluble de uncarbonáceocomo petróleo crudo,betúnocarbón. Se ha demostrado que los asfaltenos tienen una distribución demasas molecularesen el rango de 400ua 1500 u, pero los valores promedio y máximo son difíciles de determinar debido a la agregación de las moléculas en solución. [ 3 ]

Análisis

La estructura molecular de los asfaltenos es difícil de determinar porque las moléculas tienden a unirse en solución. [ 4 ] 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 que contienen en su estructura, y la fórmula química promedio puede depender de la fuente. Aunque se han sometido a métodos analíticos modernos, incluyendo SARA , espectrometría de masas , resonancia paramagnética electrónica y resonancia magnética nuclear , las estructuras moleculares exactas son difíciles de determinar. Dada esta limitación, los asfaltenos están compuestos principalmente por unidades de anillos de carbono poliaromáticos con heteroátomos de oxígeno , nitrógeno y azufre , combinados con cantidades traza de metales pesados, particularmente vanadio y níquel quelados, y cadenas laterales alifáticas de diversas longitudes. [ 5 ] Muchos asfaltenos de petróleos crudos de todo el mundo contienen unidades de anillos similares, así como grupos polares y no polares, que se unen para formar moléculas grandes muy diversas. [ 6 ] [ 7 ]

Tras el calentamiento, los asfaltenos [ 8 ] se han subdividido en: no volátiles (especies heterocíclicas de N y S) y volátiles (parafinas + olefinas, bencenos, naftalenos, fenantrenos y otros). Speight [ 9 ] presenta 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 presenta límites físicos definidos arbitrariamente para el petróleo utilizando el número de carbonos y el punto de ebullición.

Geoquímica

Actualmente, los asfaltenos se reconocen como fragmentos dispersos y químicamente alterados de querógeno , que migraron fuera de la roca madre del petróleo durante la catagénesis . Se creía que los asfaltenos se mantenían en solución en el petróleo mediante resinas (de estructura y química similares, pero de menor tamaño), pero datos recientes demuestran que esto es incorrecto. De hecho, recientemente se ha sugerido que los asfaltenos se encuentran suspendidos nanocoloidalmente en petróleo crudo y en soluciones de tolueno con concentraciones suficientes. En cualquier caso, para líquidos de baja tensión superficial, como los alcanos y el tolueno, los tensioactivos no son necesarios para mantener suspensiones nanocoloidales de asfaltenos.

La relación níquel/vanadio de los asfaltenos refleja las condiciones de pH y Eh del paleoambiente deposicional de la roca madre del petróleo (Lewan, 1980; 1984), y esta relación se utiliza, por lo tanto, en la industria petrolera para la correlación petróleo-petróleo y para la identificación de posibles rocas madre para la exploración de petróleo .

Aparición

Los aceites pesados, las arenas bituminosas , el betún y los aceites biodegradados (ya que las bacterias no pueden asimilar los asfaltenos, pero consumen fácilmente los hidrocarburos saturados y ciertos isómeros de hidrocarburos aromáticos, controlados enzimáticamente) contienen proporciones mucho mayores de asfaltenos que los aceites de grado API medio o los aceites ligeros . Los condensados ​​prácticamente carecen de asfaltenos.

Medición

Dado que la relación de espines electrónicos por gramo es constante para una especie particular de asfalteno [ 10 ] , la cantidad de asfalteno en un petróleo puede determinarse midiendo su firma paramagnética (RPE). La medición de la firma RPE del petróleo en la cabeza del pozo durante su producción proporciona una indicación directa de si la cantidad de asfalteno está cambiando (por ejemplo, debido a la precipitación o el desprendimiento en la tubería inferior). [ 11 ]

Además, la agregación, precipitación o deposición de asfaltenos a veces se puede predecir mediante métodos de modelado [ 12 ] [ 13 ] o aprendizaje automático [ 14 ] y se puede medir en el laboratorio utilizando métodos de imágenes o filtración.

Asuntos

Los asfaltenos confieren una alta viscosidad a los crudos, lo que repercute negativamente en la producción. Además, la concentración variable de asfaltenos en los crudos de los distintos yacimientos genera multitud de problemas de producción.

Incrustaciones en el intercambiador de calor

Los asfaltenos, un importante causante de la obstrucción en los intercambiadores de calor del tren de precalentamiento de la destilación de crudo, se encuentran dentro de micelas en el crudo. Estas micelas pueden descomponerse al reaccionar con parafinas a altas temperaturas. Una vez eliminada la micela protectora, los asfaltenos polares se agregan y se transportan a las paredes de los tubos, donde se adhieren y forman una capa de obstrucción.

Eliminación de asfaltenos

Los tratamientos químicos para eliminar el asfalteno incluyen:

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

El método de dispersante/disolvente se utiliza para eliminar asfaltenos de los minerales de la formación. Puede ser necesario un tratamiento continuo para inhibir la deposición de asfaltenos en la tubería. Los tratamientos por lotes son comunes para los equipos de deshidratación y los fondos de los tanques. También existen inhibidores de la precipitación de asfaltenos que pueden utilizarse mediante tratamiento continuo o tratamientos de compresión. [ 15 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Mullins, OC et al. (eds.) (2007) Asfaltenos, petróleos pesados ​​y petrolomics , Springer, Nueva York.
  2. ↑ "Estructuras de la molécula de asfalteno, el coloide estérico de asfalteno y las micelas y vesículas de asfalteno" . uic.edu. Archivado del original el 21 de octubre de 2021.
  3. ↑ Podgorski, DC (2013). "Composición del petróleo pesado. 5. Continuo composicional y estructural del petróleo revelado". Energy & Fuels . 27 (3): 1268– 1276. Bibcode : 2013EnFue..27.1268P . doi : 10.1021/ef301737f .
  4. ↑ McKenna, AM (2013). "Composición del petróleo pesado. 3. Agregación de asfaltenos". Energy & Fuels . 27 (3): 1246– 1256. Bibcode : 2013EnFue..27.1246M . doi : 10.1021/ef3018578 .
  5. ↑ Asomaning, S. (1997). Incrustaciones de intercambiadores de calor por asfaltenos de petróleo. Tesis doctoral, Universidad de Columbia Británica.
  6. ↑ GA Mansoori, (2009). Int. J. Oil, Gas and Coal Technology 2 141.
  7. ↑ Rueda-Velasquez, RI (2013). "Caracterización de bloques de construcción de asfaltenos mediante craqueo en condiciones favorables de hidrogenación". Energy & Fuels . 27 (4): 1817– 1829. Bibcode : 2013EnFue..27.1817R . doi : 10.1021/ef301521q .
  8. ↑ JH Pacheco-Sánchez, y GAMansoori, (2013) Revista Mexicana de Física 59 , 584-593.
  9. ↑ JG Speight, (1994). en el libro Asfaltenos y asfaltos, 1, Avances en la ciencia del petróleo, 40 editado por Yen TF y GV Chilingarian, (Elsevier Science, Nueva York). Capítulo: Estudios químicos y físicos de los asfaltenos del petróleo.
  10. ↑ Yen, TG; Erdman, JG; Saraceno, AJ (1962). "Investigación de la naturaleza de los radicales libres en asfaltenos de petróleo y sustancias relacionadas mediante resonancia de espín electrónico". Química Analítica . 34 (6): 694– 700. doi : 10.1021/ac60186a034 .
  11. ↑ Abdallah, D.; Punnapalla, S.; Kulbrandstad, O.; Godoy, M.; Madem, S.; Babakhani, A.; Lovell, J. (2018). Estudios de asfaltenos en campos terrestres de Abu Dhabi, Parte IV: Desarrollo de un sensor de superficie . SPE ATCE. Vol. SPE-191676. Dallas. doi : 10.2118/191676-MS . 
  12. ↑ Yang, Z.; Ma, C. -F.; Lin, X. -S.; Yang, J. -T.; Guo, T. -M. (1999). "Estudios experimentales y de modelado sobre la precipitación de asfaltenos en petróleos de yacimientos desgasificados e inyectados con gas". Fluid Phase Equilibria . 157 : 143– 158. doi : 10.1016/S0378-3812(99)00004-7 .
  13. ↑ Lei, H.; Pingping, S.; Ying, J.; Jigen, Y.; Shi, L.; Aifang, B. (2010). "Predicción de la precipitación de asfaltenos durante la inyección de CO2 " . Exploración y desarrollo de petróleo . 37 (3): 349. Bibcode : 2010PEDO...37..349L . doi : 10.1016/S1876-3804(10)60038-9 .
  14. ↑ Rasuli Nokandeh, N.; Khishvand, M.; Naseri, A. (2012). "Un enfoque de red neuronal artificial para predecir el resultado de la prueba de deposición de asfaltenos". Fluid Phase Equilibria . 329 : 32–41 . Bibcode : 2012FlPEq.329...32R . doi : 10.1016/j.fluid.2012.06.001 .
  15. ↑ Comprensión de los problemas de parafina y asfaltenos en pozos de petróleo y gas. Archivado el 3 de agosto de 2008 en Wayback Machine . Consejo de Transferencia de Tecnología Petrolera, Región Sur del Medio Continente. Taller del 16 de julio de 2003 en Smackover, Arkansas, en el Museo de Recursos Naturales de Arkansas.
  • Un artículo en profundidad sobre asfaltenos de OilfieldWiki.com, la enciclopedia de los campos petrolíferos.
  • Artículo sobre incrustaciones de asfaltenos por Irwin A. Wiehe
  • Agregación de asfaltenos de petróleos crudos y sistemas modelo estudiada mediante espectroscopia NIR de alta presión (Fuente  : Sociedad Química Estadounidense )
  • Un sitio web completo sobre el asfalteno y su papel en la incrustación de petróleo, creado por el profesor GA Mansoori de la Universidad de Illinois en Chicago.