Исследование спектральных свойств индивидуальных углеводородов и определение структурно-группового состава нефти и нефтепродуктов

Методом ИК-Фурье-спектрометрии изучены особенности структуры нефтей и экстрактов из пород до и после гидротермальных опытов. Состав экстрактов после гидротермальной обработки пород характеризуется более низким содержанием ароматических структур, о чем свидетельствует заметное снижение величины спектрального коэффициента ароматичности (D1600 / D720). Снижаются значения показателей окисленности (С2 = D1710 / D1465) и осерненности (С5 = D1030 / D1465), при этом наблюдается некоторое увеличение значений показателя парафинистости (С4 = D720 + D1380 / D1600). На основании высоких значений спектральных показателей ароматичности, окисленности и осерненности сделан вывод, что вода вымывает ароматические, кислород- и серосодержащие соединения из исходных пород.

С использованием данных элементного анализа, ИК-спектрометрии проведены исследования изменения в составе битумоида и керогена, происходящие при гидротермальном воздействии на горючий сланец в интервале температур от 225 до 325 ºС [23]. Полученные данные показали, что с ростом температуры опыта наблюдается изменение состава остаточного керогена, что фиксируется полученными спектрами.

Исследование характеристических полос поглощения кислородсодержащих групп в ИК-спектрах позволяет надежно проследить за процессами, происходящими в нефтях, подвергшихся термоокислительному воздействию в процессе внутрипластового горения, что позволяет разработать методы контроля за ходом горения с целью поддержания заданных параметров этого процесса. Исследования, представленные в работе, проводились на нефти месторождения Каражанбас. Разработан метод оценки изменения группового углеводородного состава образцов нефтей в зависимости от степени термоокислительного воздействия. Групповой состав рассчитывали по оптическим плотностям, вычисляемым по данным ИК-спектров этих образцов для полос поглощения, характеризующих деформационные колебания связей С–Н и С–С: 1450, 1370 и 720 см–1(алканы); 1030 и 970 см–1 (нафтены); 1600, 870, 810 и 750 см–1 (арены); 1700 см–1 (продукты окисления). По отношению суммы оптических плотностей полос, характеризующих углеводороды определенного ряда, к общей сумме оптических плотностей для всех углеводородов и продуктов окисления, рассчитывали процентное содержание тех или иных групп углеводородов и продуктов окисления. Метод проверен на искусственной смеси из 12 индивидуальных углеводородов. Расчетные данные о составе смеси удовлетворительно совпали с фактическими.

Результаты работы показали, что метод ИК-спектрометрии в сочетании с пиролитической газовой хроматографией может быть успешно применен при сравнительном изучении изменения химической структуры твердых битумов на примере ряда карбонизации: асфальт – асфальтит – керит – антраксолит. Методом ИК-спектрометрии установлено, что воздействие на твердые битумы высоких температур (500 ºС) приводит к значительному изменению их химического состава и строения. Показано, что при высоких температурах происходит полимеризация асфальтово-смолистых компонентов твердых битумов и переход их в карбоидную фракцию.

В работе ИК-спектрометрия привлечена для анализа жидких продуктов гидротермальной конверсии природного асфальтита, образующихся при различной температуре. Проведенный анализ с использованием нормированных оптических плотностей позволил качественно и количественно охарактеризовать структурные фрагменты, включающие кислородсодержащие функциональные группы (сульфоксиды, спирты, эфиры, кислоты, альдегиды, кетоны, амиды). Описанные результаты представляют интерес с точки зрения генезиса перечисленных типов нефтяных соединений.

Таким образом, приведенные данные говорят о высокой информативности ИК-спектроскопии в изучении кислородсодержащих соединений нефти и продуктов ее термических превращений.

Применение ИК-спектроскопии для исследования азотистых оснований нефти месторождения «Нефтяные камни» [24] позволило получить лишь общую характеристику выделенных соединений, которые не дают возможность сделать выводы относительно структуры азоторганических соединений.

Таким образом, для проведения работы выбран именно этот метод.

Исходя из вышесказанного, а так же для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. выбрать методику исследования жидких и твёрдых исходных нефтепродуктов и продуктов их сульфирования;

2. дать качественное описание химических процессов, протекающих при сульфировании отработанного моторного масла;

3. получить данные о структуре матрицы сульфокатионитов и функциональных группах, присутствующих на их поверхности;

4. оценить ионообменные свойства продукта сульфирования;

5. сравнить свойства продуктов сульфирования, полученных при разных температурах.