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アスファルテンは、樹脂、芳香族炭化水素、飽和化合物（アルカンなどの飽和炭化水素）とともに原油に含まれる分子状物質です。 [1] [2]「アスファルテン」という言葉は、1837年にブッサンゴーが、一部のビチューメンの蒸留残渣がアスファルトのような性質を持っていることに気づいたときに造られました。[要出典]石油精製所から出るアスファルトまたはビチューメン製品の形のアスファルテンは、道路の舗装材、屋根の屋根板、建物の基礎の防水コーティングとして使用されます。
構成
アスファルテンは、主に炭素、水素、窒素、酸素、硫黄、および微量のバナジウムとニッケルで構成されています。アスファルテンの供給源に応じて、C：H比は約1：1.2です。アスファルテンは、n-ヘプタン（C
7H
16)不溶性、トルエン( C
6H
5中国語
3アスファルテンは、原油、ビチューメン、石炭などの炭素質材料の可溶性成分です。アスファルテンは400 uから1500 uの範囲の分子量分布を持つことが示されていますが、溶液中の分子の凝集のため、平均値と最大値を決定することは困難です。[3]
分析
アスファルテンの分子構造は、分子が溶液中でくっつきやすいため、決定が難しい。[4]これらの物質は、数百、あるいは数千もの個別の化学種を含む極めて複雑な混合物である。アスファルテンには特定の化学式はない。個々の分子は構造に含まれる原子の数が異なり、平均的な化学式はソースによって異なる可能性がある。アスファルテンは、 SARA、質量分析、電子常磁性共鳴、核磁気共鳴などの最新の分析方法にかけられているが、正確な分子構造を決定することは困難である。この制限を考慮すると、アスファルテンは主に、酸素、窒素、硫黄 ヘテロ原子を含む多環芳香族炭素環単位と、微量の重金属、特にキレート化バナジウムとニッケル、およびさまざまな長さの脂肪族側鎖から構成されている。[5]世界中の原油からの多くのアスファルテンには、同様の環単位と極性および非極性基が含まれており、これらが結合して非常に多様な大きな分子を形成している。[6] [7]
加熱後のアスファルテン[8]は、非揮発性（複素環式NおよびS種）、および揮発性（パラフィン+オレフィン、ベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、その他）に分類されています。Speight [9]は、石油を揮発性飽和物、揮発性芳香族、非揮発性飽和物、非揮発性芳香族、樹脂、およびアスファルテンの6つの主要な画分に分離する簡略化された表現を報告しています。彼はまた、炭素数と沸点を使用して石油の物理的境界を任意に定義したことを報告しています。
地球化学
アスファルテンは今日、石油カタジェネシスの過程で石油の源岩から移動したケロジェンの分散した化学的に変化した断片として広く認識されています。アスファルテンは樹脂（構造と化学的性質は似ているが、より小さい）によって石油に溶解していると考えられてきましたが、最近のデータではこれが誤りであることがわかりました。実際、アスファルテンは原油や十分な濃度のトルエン溶液にナノコロイド状に懸濁していると最近示唆されています。いずれにせよ、アルカンやトルエンなどの表面張力の低い液体の場合、アスファルテンのナノコロイド懸濁液を維持するために界面活性剤は必要ありません。
アスファルテンのニッケルとバナジウムの比率は、石油の根源岩の古堆積環境のpHとEh条件を反映しています (Lewan、1980 年、1984 年) [全文引用が必要]。そのため、この比率は石油産業において、石油同士の相関関係や石油探査の潜在的な根源岩の特定のために使用されています。
発生
重油、オイルサンド、ビチューメン、生分解油（細菌はアスファルテンを同化できないが、飽和炭化水素と特定の芳香族炭化水素異性体は酵素制御により容易に消費するため）には、中API油や軽油よりもはるかに高い割合のアスファルテンが含まれています。コンデンセートにはアスファルテンがほとんど含まれていません。
測定
特定のアスファルテン種では1グラムあたりの電子スピンの比率が一定であるため[10]、油中のアスファルテンの量は常磁性特性（EPR）を測定することで決定できます。油の生産時に油井で油のEPR特性を測定すると、アスファルテンの量が変化しているかどうか（例えば、下部の配管での沈殿や剥離など）を直接示すことができます。[11]
さらに、アスファルテンの凝集、沈殿または沈着は、モデリング[12] [13]または機械学習[14]の方法によって予測できる場合があり、イメージング法またはろ過法を使用して実験室で測定することもできます。
生産上の問題
アスファルテンは原油に高い粘度を与え、生産に悪影響を及ぼします。さらに、個々の貯留層内の原油中のアスファルテン濃度は変動するため、生産にさまざまな問題が生じます。[例が必要]
熱交換器の汚れ
アスファルテンは、原油蒸留予熱トレインの熱交換器における汚れの最大の原因の 1 つとして知られています。アスファルテンは原油内のミセル内に存在し、高温下でパラフィンと反応して分解されます。保護ミセルが除去されると、極性アスファルテンは凝集して管壁に運ばれ、そこに付着して汚れ層を形成します。
アスファルテン除去
アスファルテンを除去するための化学処理には以下のものがあります。
- 溶剤
- 分散剤/溶剤
- 油/分散剤/溶剤
分散剤/溶剤法は、地層鉱物からアスファルテンを除去するために使用されます。チューブ内のアスファルテンの沈着を抑制するために、連続処理が必要になる場合があります。脱水装置やタンク底部では、バッチ処理が一般的です。連続処理またはスクイーズ処理で使用できるアスファルテン沈殿抑制剤もあります。[15]
参照
参考文献
- ^ Mullins, OC et al. (eds.) (2007) Asphaltenes, Heavy Oils and Petroleomics、Springer、ニューヨーク。
- ^ アスファルテン。uic.edu
- ^ Podgorski, DC (2013). 「重 質石油の組成。5 .石油の組成と構造の連続性が明らかに」。エネルギーと燃料。27 (3): 1268–1276。doi :10.1021/ef301737f。
- ^ McKenna, AM (2013). 「重質石油の組成。3 .アスファルテンの凝集」。エネルギーと燃料。27 (3): 1246–1256。doi :10.1021/ef3018578。
- ^ Asomaning, S. (1997). 石油アスファルテンによる熱交換器の汚れ。ブリティッシュコロンビア大学博士論文
- ^ GA Mansoori、(2009)。国際ジャーナル石油・ガス・石炭技術2 141。
- ^ Rueda-Velasquez, RI (2013). 「好ましい水素化条件下でのクラッキングによるアスファルテン構成要素の特性評価」.エネルギーと燃料. 27 (4): 1817–1829. doi :10.1021/ef301521q.
- ^ JH Pacheco-Sánchez、GAMansoori、(2013) Revista Mexicana de Física 59、584-593。
- ^ JG Speight、(1994)。Yen TFとGV Chilingarian編著『アスファルテンとアスファルト』第1巻、石油科学の発展、40ページ（Elsevier Science、ニューヨーク）。章：石油アスファルテンの化学的および物理的研究
- ^ Yen, TG; Erdman, JG; Saraceno, AJ (1962). 「電子スピン共鳴法による石油アスファルテンおよび関連物質中のフリーラジカルの性質の調査」.分析化学. 34 (6): 694–700. doi :10.1021/ac60186a034.
- ^ Abdallah, D.; Punnapalla, S.; Kulbrandstad, O.; Godoy, M.; Madem, S.; Babakhani, A.; Lovell, J. (2018).アブダビ陸上油田におけるアスファルテン研究、パート IV: 表面センサーの開発。SPE ATCE。Vol. SPE-191676。ダラス。doi : 10.2118/191676-MS。
- ^ Yang, Z.; Ma, C. -F.; Lin, X. -S.; Yang, J. -T.; Guo, T. -M. (1999). 「脱ガスおよびガス注入された貯留層油中のアスファルテン沈殿に関する実験的およびモデリング研究」。流体相平衡。157 : 143–158。doi :10.1016/S0378-3812(99)00004-7。
- ^ Lei, H.; Pingping, S.; Ying, J.; Jigen, Y.; Shi, L.; Aifang, B. (2010). 「CO2注入時のアスファルテン沈殿の予測」.石油探査開発. 37 (3): 349. Bibcode :2010PEDO...37..349L. doi : 10.1016/S1876-3804(10)60038-9 .
- ^ Rasuli Nokandeh, N.; Khishvand, M .; Naseri, A. (2012). 「アスファルテン沈着試験結果を予測するための人工ニューラルネットワークアプローチ」。流体相平衡。329 :32–41。doi : 10.1016 /j.fluid.2012.06.001。
- ^ 石油・ガス井におけるパラフィンとアスファルテンの問題を理解する 2008年8月3日アーカイブ、Wayback Machine、石油技術移転協議会、南ミッドコンチネント地域、2003年7月16日 アーカンソー州スマックオーバーのアーカンソー天然資源博物館でのワークショップ
外部リンク
- 油田百科事典OilfieldWiki.comのアスファルテンに関する詳細な記事
- アーウィン・A・ウィーヘによるアスファルテン汚染に関する記事
- 高圧 NIR 分光法による原油およびモデルシステムからのアスファルテン凝集の研究 (出典:アメリカ化学会)
- シカゴのイリノイ大学のGA Mansoori教授による、アスファルテンと石油汚染におけるその役割に関する総合的なウェブサイト